一階動態電路及其應用課程：電路分析基礎實驗（電路與電子線路實驗1）呂偉鋒、盧振洲

一階動態電路及其應用掌握一階動態電路各類響應的特點和規律。掌握用示波器觀察波形并測量一階動態電路時間常數的方法。理解積分、微分電路的設計。會用集成電路555芯片結合一階動態電路設計脈沖波。一.實驗目的

一階動態電路及其應用二.實驗儀器序號儀器名稱型號或規格主要功能1函數信號發生器

2雙蹤示波器

3數字萬用表

4電工電路實驗臺SBL系列

5九孔方板及元器件

一階動態電路及其應用三.實驗原理1.一階動態電路充放電規律及應用以一階RC電路為例，零狀態響應時，電容電壓由零通過電阻充電到穩態值，電容電壓變化過程可表示為

零輸入響應時，電容電壓通過電阻放電到零，這一階段電容電壓的響應可表示為

一階動態電路及其應用三.實驗原理1.一階動態電路充放電規律及應用為便于用示波器觀測波形，直流電壓源變成可重復的方波信號。只要方波周期足夠長，在其作用期間，電路的暫穩態過程結束，則方波正脈寬引起零狀態響應，負脈寬引起零輸入響應。這樣即可實現對RC電路兩種響應的觀察，如圖3.1.1所示。圖3.1.1

方波激勵下vc(t)和vR(t)波形

一階動態電路及其應用三.實驗原理1.一階動態電路充放電規律及應用一階RC電路的響應按指數規律增長或衰減，如圖3.1.2所示。電壓由0上升至Vs/2需時間Δt=0.69τ。因此用示波器測量動態電路的時間常數τ，只要從示波器上讀出Δt，再利用Δt/0.69即可求得。圖3.1.2

一階RC電路電容的暫態響應波形

一階動態電路及其應用三.實驗原理1.一階動態電路充放電規律及應用RC電路在不同激勵條件下，且當電路的元件參數和輸入信號的周期之間存在某種特定的關系時，可構成簡單的積分和微分電路，起到波形變換的作用。圖3.1.3

積分、微分電路及其響應

一階動態電路及其應用三.實驗原理2.基于集成芯片555定時器的應用集成芯片555是一種模擬和數字功能相結合的集成定時器，可在4.5~16V工作。該定時器成本低，性能可靠，只需外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩態觸發器及施密特觸發器等脈沖產生與變換電路功能。圖3.1.4

555引腳圖

一階動態電路及其應用三.實驗原理2.基于集成芯片555定時器的應用圖3.1.6(a)所示是一個多穩態電路，此時555如同一個自動電壓控制開關，其工作過程依次重復，使得輸出為脈沖波形。波形如圖3.1.6(b)所示。（a）（b）圖3.1.6

多諧振蕩器電路和波形暫穩態時間:t1=0.69(R1+R2)C;t2=0.69R2C脈沖周期:T=t1+t2占空比:D=t1/T

一階動態電路及其應用四.實驗內容及步驟1.一階RC電路暫態響應的觀察及τ值的測量(1)按圖3.1.2(a)連接電路，圖中Vs為函數信號發生器提供的方波信號vs(t)，輸出信號vo(t)=vc用示波器觀察并測量。(2)將函數信號發生器的輸出信號通過同軸電纜線接入實驗電路的輸入端和示波器的CH1通道。(3)將電路輸出接入示波器CH2通道。注意輸入、輸出的接地端保持“共地”。

一階動態電路及其應用四.實驗內容及步驟1.一階RC電路暫態響應的觀察及τ值的測量(4)輸入耦合方式開關置于“DC”檔，調節信號發生器使之輸出Vp-p=4V，f=500~1000Hz的方波，觀察并記錄CH1和CH2通道信號的波形。(5)保持輸入信號不變，改變R和C的參數，觀察輸出響應波形。了解時間常數改變對電路響應的影響。

一階動態電路及其應用四.實驗內容及步驟2.積分電路和微分電路的觀測(1)根據積分電路和微分電路的形成條件，保持原方波信號，選擇合適的R、C元件，組成如圖3.1.3(a)、(b)所示的積分電路和微分電路。觀測并描繪在此激勵信號作用下響應vo的波形。(2)在不改變信號激勵頻率和積分電路條件的情況下，改變R或C的值，觀測并描繪響應的波形，記錄相關元件參數。

一階動態電路及其應用四.實驗內容及步驟3.一階RL電路響應的研究一階RL電路與一階RC電路具有對偶關系，仿照一階RC電路的研究，自行設計實驗實現一階RL電路的觀測及時間常數測量，研究電路參數對響應的影響，設計并實現RL積分和微分電路。

一階動態電路及其應用四.實驗內容及步驟4.555多諧振蕩實驗設計用555定時器設計一個符合要求的脈沖波，通過實際測量驗證設計結論。(1)頻率為300Hz、450Hz、660Hz、850Hz或1500Hz其中之一。(2)頻率為1kHz，占空比為3/5、2/3、3/4、4/5、0.9其中之一。(3)只改變一個元件，使頻率從300Hz至30KHz粗調，但占空比不變。(4)只改變一個元件，使頻率從4kHz至10kHz變化，同時占空比從0.6至0.9變化；或頻率從2kHz至5kHz變化，同時占空比也從0.6至0.9變化。

一階動態電路及其應用五.實驗注意事項1.輸入輸出信號須共地，同軸電纜線信號端和接地端不能調換。2.電阻電容元件要選取合適，使輸出不要太小或太大，否則會增加信號觀測難度。

一階動態電路及其應用六.實驗預習思考題1.怎樣的電信號同時可作為一階動態電路零輸入響應、零狀態響應和完全響應的激勵信號？2.試推導原理中測量時間常數τ的計算過程。3.了解555芯片的工作原理并設計元器