波形设计与测试（设计性实验） 15.1实验目的 设计一个简单的RC微分电路，将方波变换成尖脉冲波。 设计一个简单的RC积分电路，将方波变换成三角波。 15.2 实验原理及说明 1.微分电路 在脉冲电路里，微分电路是一种常用的波形变换电路。可将矩形脉冲（方波）电压变换成尖脉冲波电压。见图15.1（a）所示是一种最简单的微分电路，是一个对时间常数有一定要求的RC串联分压电路。当电路时间常数远小于输入的矩形脉冲宽度T0时，则在脉冲作用的时间T0内，电容器暂态过程可以认为早已结束，于是暂态电流或电阻上的输入电压就是一个正向尖脉冲，如图15.（b）所示。在矩形脉冲结束时，输入电压调至零，电容器放电。放电电流在电阻上形成一个负向尖脉冲。因时间常数相同，所以正负尖脉冲相同。  图15.1（a） 图15.（b） 如果输入的是周期性的矩形脉冲，则输出的是周期性正负尖脉冲。由于T0》RC，所以暂态持续时间极短，电容电压波形接近输入矩形脉冲波，故有UC（t）= U1（t）。因为iC(t)=C所以U2（t）=RC=，该式说明输出电压U2（t）近视与输入电压U1（t）的导数成正比，这就是微分电路的由来。 在设计微分电路时，通常应使脉冲宽度T0至少大于时间常数τ的5倍以上，即T0≥5RC （τ= RC）。所以微分电路具有两个条件：（1）T0≥5RC（2）从电阻端输出。若取R=R0则C≤T0／5R0。则有RC选取愈小，输出电压值愈接近输入电压微分。在脉冲电路中，常用微分电路把矩形脉冲变换尖脉冲，作为脉冲信号。 2．积分电路 积分电路是另一种常用的波形变换电路，它是将矩形波变换成三角形波形的一种电路。简单的积分电路也是一种RC串联分压电路，只是它的输出是电容两端电压UC（t）而且电路的时间常数τ远大于脉冲持续时间T0。如图15.2所示。  图15.2 因输出电压：U2（t）=UC（t）=所以U2（t）==，输出电压U2（t）近视与输入电压U1（t）的积分成正比，这就是积分电路的由来。 如果将积分电路的充电和放电的电路的时间常数，设计得不一样，例如充电时间常数小而放电时间常数大（或相反），则积分电路还可以将矩形脉冲电压变换为锯齿波，如图15.3所示。  图15.3 设计积分电路具有两个条件：（1）τ》T0 （2）从电容两端输出。在脉冲电路中，常用积分电路把矩形脉冲变换锯齿波。 15.3预习要求 复习课本的相关内容和有关资料。 思考什么是微分电路？什么是积分电路？他们的作用是什么？ 微分电路和积分电路与一般的RC电路有什么区别？ 15.4实验内容与步骤 1．RC微分电路设计 设计一个RC微分电路，使用频率为5KHz，幅度为2V的方波电压，通过此电路变为尖脉冲电压，给定R=5.1KΩ，试计算电容的选取范围，选择三个不同大小的C值，（其中一个在计算范围以外）观察输入、输出波形并记录下来。（参考R=6 KΩ C=100pF U=6V T0=50μS）。 2．RC积分电路设计。 设计一个RC积分电路，用频率为5KHz，幅度为2V的方波电压，通过此电路变为三角波电压，给定电容C=0.01μf，试计算电阻的选取范围，选择三个不同大小的R值，（其中一个在计算范围以外）观察输入、输出波形并记录下来。 3．积分电路输出特性实验。 将上述积分电路输入矩形脉冲，频率为5KHz，幅度不变，脉冲宽度T0=T/4，其中T为脉冲重复周期，观察输出波形是否为锯齿波并解释。 15.5报告要求 写出设计电路计算过程。 将观察到的各种波形绘制在坐标纸上，并分析得到的结果。 回答下列问题： 微分电路中，电容C变化时，对输出脉冲幅度是否有影响？为什么？ 积分电路中，电容R变化时，对输出脉冲幅度是否有影响？为什么？ 实验（3）是否能观察到锯齿波？为什么？