一階（jiē）電路動態過程的研（yán）究實驗
來源： 作者： 發布（bù）時間：2018-9-15 22:14:31
一階電路動態過程的研究實驗
一、一階電（diàn）路動態過（guò）程的研究實驗實驗目（mù）的
（1）研究一階電路的（de）零輸入響應，零狀（zhuàng）態響應及全響應的基本規律和特點。
（2）學習一階電路時間常數（shù）τ的（de）測量方法。
（3）熟悉微分和積分電路結構，加深對構成微（wēi）分和積分電路必要條件的理解。
（4）熟悉示波器的使用方法。
二、一階（jiē）電（diàn）路動態過程的研究實驗原理及（jí）說明
（1）含有L、C元件的電路（lù）稱動態電路（lù）。描述動態電路的方程是微分方程，由給定的初始條件可求得電路的響應（yīng）。對線（xiàn）性電路其響（xiǎng）應可分為零狀態響應、零輸入響（xiǎng）應及全響應。初始狀態為零，僅激勵引起的響應叫零狀態響應；激勵（lì）為零（líng），由（yóu）初始條件引起的響應叫零輸入響應；同時同激勵和初始（shǐ）條件引起的響應叫全響應。電路中隻含有一個電感（gǎn）或（huò）電容元件時稱為一階（jiē）電路。
（2）一階電路的（de）零輸入響應總是按指數規律衰減，零狀態響（xiǎng）應總是按指數規律遞增或遞減，衰減（jiǎn）和遞增速率的快慢，決定（dìng）於電路本身參數所確定的（de）時間常數τ。在RC電路中，τ＝RC；在RC電路中，τ＝L/R。
（3）動態電路的過（guò）渡過程是短暫的單次變化過程，在瞬間發生又（yòu）很快消失，所以觀察這一過程是有困難的，常用方法是用方波儀記錄其過程。在（zài）實驗室中，根（gēn）據電路時間常（cháng）數τ的大小不同分別采用不同的實驗方法。當τ較大（dà）時（shí）（數秒），一般（bān）采用卡秒表的方法，即在“換路”的同時，既觀測電壓（或電流）的數值，又啟動秒表記錄時間，從而可以記錄下電壓（或電流）隨時間變化的規（guī）律。當τ較小時，一般采用示波器觀測。為了便於（yú）觀測，必須使單次過渡過程重複出現。可以（yǐ）用方波的前沿代替單次接通直流電源（yuán），這樣，在方波的每一個前沿和後沿，都出現一（yī）次過渡過程。
（4）微分電路（lù）和積（jī）分電路是脈衝數字電路中最常見的波形變換電路。如（rú）果輸入是方波信號，對（duì）於微分電路，當電（diàn）路時間常數τ遠遠小於方波的（de）脈衝寬度Tp（20倍以上）時，電路輸出與輸入近似呈微（wēi）分關係，即（jí）將方波變換成（chéng）正負極性（xìng）的尖脈衝；對於積分電路，如果（guǒ）電路時間常數τ遠遠大於方波的（de）脈衝寬度Tp（20倍以上），電路輸出與輸入（rù）近似（sì）呈積分關係，即將方波變換成（chéng）三角波。
三、一階（jiē）電路動態過程的研究（jiū）實驗電路及元器件參數
實驗電路見電路原理實驗箱《一階電路（lù）動態過程的（de）研（yán）究》單元，R1＝3KΩ、R2＝5.1KΩ、R3＝5.1KΩ、R4＝2.4KΩ、C1＝10μ、C2＝0.1μ、L1＝100mH、L2＝100mH。在這個單元上（shàng），可以做RC微分、RC積分、RL微分、RL積分。
四、一階電路動態過程的研究實驗內容及方法步驟
（一）微分電路與積分電路的（de）研究
（1）RC微（wēi）分電路如圖1所示，調節方波儀輸出頻（pín）率，使方（fāng）波脈衝（chōng）寬度滿足微分電路的必要條件（jiàn），將R2、R4分別接入，觀察（chá）微分電路輸出（chū）有何不同，並將波形畫在附表本圖2中。
（2）RL微分電路如圖2所示，調節方波儀輸出頻率，使方波脈衝寬度滿足微（wēi）分電路的必要條件，將R1、R3分別接入，觀察微分電路輸出有何不同，並將（jiāng）波形畫（huà）在附表圖2中。
（3）RC積分電路如圖3所示，在方波脈衝寬度滿足積分電路必要條件（jiàn）下將R1、R3分別接入，觀（guān）察積分電路輸出有（yǒu）何不同，並將波形畫在附表圖4中。
（4）RL積分電路（lù）如圖4所示，在方波脈衝寬度滿足積分（fèn）電路（lù）必要（yào）條件下，將R2、R4分別接入，觀察積分電路輸（shū）出有何不同，並將波形畫（huà）在附（fù）表5中。
五（wǔ）、一階電路動態過程的研究實驗測試記（jì）錄表格
見附表。
六（liù）、一階電路動態過程的研究實驗注意事項（xiàng）
（1）電路左端為輸入端，加方波信（xìn）號，右端為輸出端，接示波器（qì），不要（yào）弄錯。
（2）用示波器觀察波形（xíng），一定要將輸入信號選擇開（kāi）關置於（yú）“AC”位置，隨被測信號幅值不同，改變（biàn）幅值開關的（de）位置，使波形清晰可測。
七、預習及思考題
（1）微分電路（lù）如圖5所示，R＝5.1KΩ，C1＝0.1μF，試（shì）問對方波脈寬有什麽要求？
八、一階電路動態過（guò）程的研究實驗報告要求（qiú）
（1）分別畫出微分電路、積分電路輸（shū）出波形，並指出隨電阻R值（zhí）的不同，波形有何變化？
九（jiǔ）、一階電路（lù）動態（tài）過（guò）程的研究實驗用儀器、儀表、設備
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序號 |
名 稱 型 號 |
技術特性（xìng）及說明 |
數量 |
備注 |
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1 |
電路原理實驗箱（xiāng）或（huò）實驗板 |
一階電路動態過程的研究 |
1 |
自行開發研（yán）製（zhì） |
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2 |
示波器 |
1 |
自（zì）備（bèi） | |
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6 |
2號（hào）實驗導線（xiàn） |
二端2號鍍金插（chā）頭 |
n |
