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一阶RC电路的方波响应实验原理
接线图
2023年07月21日 22:50 426
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1.
电路的零状态响应和零输入响应
含有动态元件
(或
)的电路称为动态电路，当动态电路从一种稳定状态转换到另一种稳定状态时，电路储存的能量会发生变化，若电路没有冲激电流(或冲激电压)，能量的变化就不能在一瞬间完成，能量的积累或衰减需要一定的时间或过渡过程来进行，这个过渡过程也称暂态过程，简称暂态。
电路如图3-1(a) 所示。设电容初始电压为零(即零状态的电路)，当
时，开关S合到1处，电源
开始对电容充电，电容电压
沿指数规律上升，且
，波形见图3-1(b) 所示的曲线1。此响应也称为零状态响应。
若上述电路已经进入稳态，
，设在时，将开关S合向2处，此时，电路脱离电源
(即电路的输入为零)，因此，电容会通过电阻
放电，电容电压沿指数规律下降，且
，波形见图3-1(b) 所示的曲线2。此响应也称为零输入响应。电容充、放电的快慢均由电路的时间常数
决定。
电路根据对电路参数和输出信号的选取不同，可实现对输入信号的简单微分或者积分，实现将输入的方波变换成正负尖顶脉冲或三角波。
2.微分电路
电路如图3-2(a) 所示。输入信号为正负方波，输出信号取自电阻的两端，即
，如果电路的参数满足：电路的时间常数
，其中
为方波的周期，则此电路中
，
，可以推得输出信号
即输出电压
近似与对输入电压
的微分成比例，故称电路为微分电路，输出端的波形如图3-2(b) 所示。微分电路将输入的方波转换成了正负尖顶脉冲，此尖顶脉冲波形常作为触发信号使用。
3.积分电路
电路如图3-3(a) 所示。输入信号为正负方波，输出信号取自电容的两端，即
，如果电路的参数满足：电路的时间常数
，其中为方波的周期，则此电路中
，
，此时，电路的电流
，可以推得输出信号
即输出电压
近似与对输入电压的积分成比例，故称电路为积分电路，输出端的波形如图3-3(b) 所示。积分电路将输入的方波转换成了三角波。
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