RC串联电路的方波响应

1.研究RC串联电路的零输入响应和零状态响应的规律，并观察参数对响应的影响

2.学习使用示波器

1.一阶电路的响应。含有储能元件L、C元件的电路称为动态电路。其响应可由微分方程求

解。对线性电路，其响应可分为零状态响应、零输入响应及全响应。零状态响应是初始状态

为零，仅由激励引起的响应；零输入响应是激励为零，由初始条件引起的响应；全响应是同

时由激励和初始条件引起的响应。凡是可用一阶微分方程描述的电路称为一阶电路，一阶电

路通常由一个储能元件和若干电阻元件组成。

2.下图所示的RC一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化

的快慢决定于电路的时间常数τ。 3.时间常数τ的测定方法

用示波器测量零输入响应的波形如图14-1（a）所示。根据一阶微分方程的求解得知

tt,,,RCUUU,Ue,Ue。当t＝τ时，=0.386。此时所对应的时间就等于τ。C(,)SC(t)SS

亦可用零状态响应波形增加到0.632U所对应的时间测得，如下14-1图所示。 m

零输入响应 零状态响应

图14-1 RC电路响应曲线 4.RC电路的方波响应

一般电路的过渡过程是短暂的，普通示波器难以观测其波形。为了方便观测电路的过渡

过程，可以采用方波电压作为激励源，使电路中的过渡过程得以重复出现。我们利用信号发

生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激

,T/2>5），那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。只要选择方波的重复周期远

应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。只要合理地选取τ与T的比例大于电路的时间常数τ（

（,/2>5），上述充放电过程的每一周期都可视为一般的RC电路在零状态条件下的充电过T

程和电容通过电阻放电两个过程的组合。如果方波电压的半个周期大于5τ，在方波电压u（t）= U期间，电路的响应是零状态响应；在方波电压u（t）=0期间，电路的响应是零输S

入响应。下图14-2所示是电容电压随方波的变化波形。

图14-2 电容电压响应波形 研究RC电路的方波响应

按下图14-3接线,取方波幅值为5V,频率为5000HZ,T=2mS，调节示波器,使之出现3-5个方波,取C=0.22μF,R分别取0.5KΩ,1KΩ,2KΩ,观察不同RC值的uc(t)及ur(t)的波形

RaY1 信号发+ uCc生器 —cbY220Ω

图14-3 RC电路的方波响应

序号 仪表设备名称 选用挂箱型号 数量 备注 1 GDS-04 1 信号发生器 2 GDS-23 1 宽带电压表 3 GDS-06D 1 R、C实验箱 4 1 双踪示波器

1.用示波器观察响应的一次过程时,扫描时间要选取适当.

2.观察UU及的波形时,由于其幅度相差较大,因此要注意调节Y轴的灵敏度 c(t)R(t)

1.在坐标纸上分别描绘本次实验所观测到的各个波形，并注明电路元件参数的条件 2.阐述时间常数对电路过渡过程的影响

3.试以其中一条U曲线，估算出它的时间时间常数，并与计算值相比较 C