文档介绍：第 4 章一阶动态电路分析
在日常生活中, 任何车辆启动时, 车速总是从零开始逐渐上升的, 经过一段时间后, 才能达到一定的运行状态。车辆的静止是一种稳定状态; 车辆的匀速运行是另一种稳定状态。以一种均匀速度行驶过渡到另一种均匀速度行驶, 就形成不同的稳定状态。车辆启动或停止的过程, 或者更广泛地说, 车辆加速或减速的过程,则是由一种稳定状态到另一种稳定状态的过渡过程。
电路中也存在类似的过渡过程。前面几章我们讨论的都是电路的稳定状态, 即电路中的电流和电压在给定的条件下已达到某一稳定值的状态。本章我们将讨论电路由一种稳态转变到另一种稳态的过渡过程。首先通过一个实训项目来定性地认识过渡过程, 然后再对过渡过程进行定量分析。
实训 4 简易电子门铃的制作与电路测试
1. 实训目的
(1) 熟悉电子电路的连接方法;
(2) 基本掌握示波器的使用方法;
(3) 认识RC动态电路的主要特点;
(4) 了解555集成电路的基本功能。
2. 实训设备、器件与实训电路
(1) 实训设备与器件:直流稳压电源一台,双通道示波器一台,万能板一块,8Ω扬声器一个,按键一个,电阻、电容、导线若干。
(2) 实训电路与说明: 实训电路如图4 - 1所示。图中555为集成定时器电路。555定时器具有如下特点: 当它按图4 - 1的方式将2、6脚连到一起时,如果连接点的电位高于电源电压的2/3,则3脚的输出电压等于0V,7脚对地短路,如果连接点的电位低于电源电压的1/3时, 则3脚的输出电压等于电源电压,7脚对地开路。
3. 实训步骤与要求
1) 连接电路按图在万能板上将电路连接好,注意,IC的引脚及电容C1、C3的极性不要接错。
2) 通电试听
接通电源(5V),按下按键S,此时,可以听到扬声器发出的单一频率的声音。松开按键,声音停止。
3) 测试输出波形
打开示波器, 用通道1输入探头的“地”与电路的“地”相连, 中心头接至扬声器的上端。注意,如果你事先不会使用示波器, 请仔细阅读示波器的说明书直至能正确使用为止。
如果操作正确,当按下按键喇叭发声时,我们可以在荧光屏上看到如图4 - 2(a)所示的脉冲波形。要求用示波器读出输出波形的周期T及脉冲的宽度T1,并记录在实训报告上(为减少声音干扰,可以将扬声器从电路中断开)。
4) 测试555第2、 6脚的波形
用示波器通道2输入探头的中心头接555第2、 6脚, “地”与“地”相接。按下按键,此时,我们可以观测到如图4 - 2(b)所示的锯齿状波形。如将示波器的输入状态设置为直流,我们可以读出其幅度最小值约为电源电压的1/3, 其最大值约为电源电压的2/3。
在荧光屏上比较通道1与通道2的波形我们可以发现,锯齿波的最小值与输出波形从低电平向高电平过渡对应,锯齿波的最大值与输出波形从高电平向低电平过渡对应。
5)试验电容C1对输出信号周期的影响
将电容器C1由10 μF替换为20μF,再次测试步骤3)与4)中测试到的波形,并记录周期T与脉冲宽度T1。在这一步骤中我们可以发现,波形的形状基本没有改变,但波形的周期与脉冲宽度却变大了。
6) 试验电阻R1对输出信号周期的影响
在步骤5)的基础上,将电阻R1由10kΩ替换为20kΩ,再次测试上面两处的波形,同时记录T与T1。可以发现,T与T1又变大了。
4. 实训总结与分析
1) 音频信号产生的原理
从上面的实训中,我们在扬声器测得如图4 - 2(a)所示的输出波形,它的频率恰落在音频范围内,因此可以推动扬声器发出声音。我们知道,电路中并没有音频信号源,显然, 加至扬声器的音频信号是电路自己产生的。音频信号产生的过程,涉及到电路的过渡过程,我们可以按如下过程来定性地理解电路的工作原理。
(1) 从接通电源到C1两端电压升高至2E/3。
接通电源后的瞬间,由于电容C1内部原先没有储存电荷,由物理学知识我们知道,其两端电压为0。根据555的性质,其3脚电压等于电源电压,7脚对地开路。这以后,电源E要通过电阻R1与R2对电容C1充电,使C1两端电压升高。当C1两端电压高于2E/3时,根据555的性质,其输出电压立即跳变至0V,7脚对地短路。由于7脚对地短路,电源E无法再通过R2对C1充电,C1两端电压不可能再升高。这一段时间,与图4 -2中0~t1时间段对应,从(b)图中,我们可以看到在充电过程中, 电容器两端电压逐渐升高的情况。