1.实验摘要

1、研究RC电路的零输入响应和零状态响应。用示波器观察响应过程。电路参数：R=100K、C=10uF、Vi=5V

2.从响应波形图中测量 时间常数和电容的充放电时间

2.实验仪器

5V电源，100KΩ电阻，10uF电容，示波器，导线若干

2.实验原理

（1）RC电路的零输入响应和零状态响应

（i）电路中某时刻的电感电流和电容电压称为该时刻的电路状态。t=0时，电容电压uc（0）称为电路的初始状态。

（ii） 在没有外加激励时，仅由t=0零时刻的非零初始状态引起的响应称为零输入响应，它取决于初始状态和电路特性（通过时间常数τ=RC来体现），这种响应时随时间按指数规律衰减的。

（iii）在零初始状态时仅由在t0时刻施加于电路的激励引起的响应称为零状态响应，它取决于外加激励和电路特性，这种响应是由零开始随时间按指数规律增长的。

（iiii）线性动态电路的完全响应为零输入响应和零状态响应之和动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，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大于电路的时间常数τ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的

2.时间常数τ的测定方法:

用示波器测量零输入响应的波形，根据一阶微分方程的求解得知uc＝Um*e-t/RC＝Um*e-t/τ,当t＝τ时，即t为电容放电时间，Uc(τ)＝0.368Um。

此时所对应的时间就等于τ。亦可用零状态响应波形增加到0.632Um所对应的时间测得，即电容充电的时间t.

（2）测量电容充放电时间的电路图

如图所示，R=100KΩ，us=5V,c=10uF,单刀双掷开关A.

4实验步骤和数据记录

（i）按如图所示的电路图在连接好电路，测量电容C的两端电压变化，即一阶动态电路的响应测试。

（ii）用示波器测量电容两端的电压，示波器的测量模式调整为追踪。 （iii）打开电源开关，将开关和电压源端相接触，使电容充电，用示

波器记录电容充电时的电压变化。

（iiii）将开关和另一端相接触，使电容放电，用示波器记录电容放电时的电压变化。

充电时波形图

放电时波形图

充电时：充电时间T=4.720s,时间常数τ=1.080s

放电时：放电时间T=3.920s,时间常数τ=1.200s

5.实验总结

(1)实验测得在误差范围内，充电时间T=4.720s,时间常数τ=1.080s 放电时间T=3.920s,时间常数τ=1.200s

(2)电路连接好后方可打开电源，否则会损坏器件，产生误差。实验时应注意同示波器动态测量电容两端电压的方法，以便得到正确波形。

(3)将实验数据与一阶动态电路的原理进行对比，并找出实验误差，进行改进实验。

 

第二篇：动态响应的观测实验报告

实验报告

课程名称：电路与模拟电子技术实验 指导老师：孙晖 成绩： __________________ 实验名称： 动态响应的观测 实验类型：______ _同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1、熟悉一阶RC电路的零状态响应、零输入响应和全响应。

2、研究一阶电路在阶跃激励和方波激励情况下，响应的基本规律和特点。 3、掌握积分电路和微分电路的基本概念。

4、研究一阶动态电路阶跃响应和冲激响应的关系。 5、从响应曲线中求出RC电路时间常数τ 。 二、实验原理

1、 零输入响应：指输入为零，初始状态不为零所引起的电路响应。 2、 零状态响应：指初始状态为零，而输入不为零所产生的电路响应。 3、 完全响应：指输入与初始状态均不为零时所产生的电路响应。 三、实验仪器设备： 1、信号源

2、DG08动态实验单元(206) 3、示波器

四、实验任务：

1、利用Multisim软件仿真，了解电路参数和响应波形之间的关系，并通过虚拟示波器的调节熟悉时域测量的基本操作。 2、实际操作实验。

五、实验数据记录和处理 零输入响应曲线：

阶跃响应和冲击响应电路：

2、实际操作实验： 零输入曲线：

全响应曲线：

微分电路曲线：

积分电路曲线：

阶跃和冲激电路曲线：

六、实验结果与分析 1、零输入响应

向下搬动开关的过程中，电路中响应随时间的变化规律如下：

t?U0

uc(t)?U0e? i(t)??e?

R

?

t

零输入下电容电压uC(t)和电流i(t)随时间变化的曲线如图所示。

实验中，取得uC(t0) = 3.28 V，得uC(t0+τ) = 36.8% uC(t0) = 1.20 V，τ = 0.9200 ms，与理论值τ = RC = 1 s的相对误差为e = 8 %

产生误差的原因可能有：

a. 示波器显示出的波形较毛糙，没有很好的降噪，导致在追踪定位选取uC(t0)和

uC(t0+τ)时出现不准确；

b. 电容器等电子元器件老旧，性能参数与标称值有差异； c. 存在导线接头处电阻；

d. 信号源输出电压不够稳定。

1. 零状态响应

u?

t

C(t)?US(1?e?)

iUS?tC(t)??R

e

微分电路与积分电路

为便于比较，信号源电压US = 3V，频率f = 1000Hz，即T = 1ms保持不变。积分电路f = 300Hz。

若τ << T，输出电压与输入电压成微分关系，如下：

uC(t)?uS(t)

uR(t)?RC

duC(t)dudt?RCS(t)

dt

当τ = 0.1T时，如示波器显示波形，电阻上输出的电压线性度很好，且可观察到，

当方波频率一定时，τ值越小，输出三角波的线性度越好，但其幅度下降；τ变大时，波形的幅度随之增大，但其线性度将变坏。

若τ >> T，输出电压与输入电压成积分关系，如下：

i(t)?

uS(t)R

t

uC(t)?

?0

i(?)d?t

?

?0

uS

(?)d?

C

RC

当τ = 10T时，如示波器显示波形，电容上输出的电压已近似三角波，且可观察到，

当方波频率一定时，τ值越大，输出三角波的线性度越好，但其幅度下降；τ变小时，波形的幅度随之增大，但其线性度将变坏。

七、讨论和心得

这次实验让我明白了实验前自主预习的重要性，只有先学好理论才能有明确的目标知道怎样去行动。另外在本次实验中大量使用示波器，让我更加重视示波器的使用。接下来的时间里我一定努力做好电学实验。