《RC、RLC串聯電路的暫態(tài)過程研究》實驗指導(供上課用)

《RC、RLC串聯電路的暫態(tài)過程研究》實驗指導暫態(tài)過程：RC、RL、RLC電路在接通或斷開直流電源的短暫時間內,電路由一個穩(wěn)定態(tài)轉變到另一個穩(wěn)定態(tài)的轉變過程?！緦嶒災康摹?、研究RC、RLC串聯電路的暫態(tài)特性；2、學習利用示波器觀測圖形；3、加深對R、L和C各元件在電路中作用的認識【實驗儀器】雙蹤示波器信號發(fā)生器電容器電感器電阻箱九孔板等【實驗原理】一、RC串聯電路暫態(tài)過程1、充電過程初始條件：t=0，Uc=0； 由此解得充電過程2、放電過程初始條件：t=0，Uc=E。由此解得放電過程不同τ值的RC電路電容充放電示意圖◆時間常數,單位為秒。它反映了電壓按指數函數變化的快慢，即電路中暫態(tài)過程的快慢。半衰期當放電時UC從E減少到相應的時間.二、RLC串聯電路的暫態(tài)過程只討論放電過程，電容兩端電壓此方程的解可分為以下三種情況：(1)欠阻尼狀態(tài)此電路的各物理量均呈現振蕩特性．的振幅按指數衰減，它隨時間的變化如圖所示，欠阻尼振蕩狀態(tài)。w為振蕩角頻率,時間常數，實際上不但電容和電感本身都有電阻，而且回路中也存在回路電阻，這些電阻是會對電路產生影響的．電阻R的作用是加上阻尼項，使振蕩幅度呈指數衰減，衰減的快慢由時間常數決定．◆欠阻尼時間常數：從示波器上測量阻尼振蕩時任意兩個同一側的振幅值、及其對應的時間、，計算時間常數并與理論值比較．(2)臨界阻尼狀態(tài)，(3)過阻尼狀態(tài)，是欠阻尼振蕩剛剛不出現振蕩的過渡狀態(tài)，電路中各物理量的變化過程不再具有周期性。【實驗內容】1．RC電路暫態(tài)過程的觀測實驗中用方波發(fā)生器代替了直流電源和電鍵。用示波器觀察電容器的波形，在方波電壓值為U0的半個周期時間內，電源對電容器C充電，而在方波電壓為零的半個周期內，電容器內電荷通過電阻R放電。充放電過程如圖所示。（1）把方波信號發(fā)生器、可變電阻R=0~5KW、電容C=0.1mF，示波器按圖接線。（2）調節(jié)可調電阻R，觀察的波形。（3）記錄電阻R=1KW、電容C=0.1mF選用合適的掃描速率檔位和衰減檔位，完整地顯示暫態(tài)過程。用示波器逐點測試Uc和時間t值,記入表中(4)測量半衰期，求出τ的實驗值，并與理論值τ=RC進行比較．（4）選做：改變電阻(電容)值，觀測Uc波形，記錄一完整暫態(tài)過程內的Uc值。（5）選做：觀測RL串聯電路的暫態(tài)過程，記錄一周期內的UR值。2．RLC電路暫態(tài)過程的觀測（1）按圖接線,電阻取0~5KW，電容取0.1mF，L取10mH，調節(jié)可調電阻，觀測三種阻尼狀態(tài)電容上Vc的波形。（2）電阻取47W，電容取0.1mF，L取10mH，用示波器觀察、用示波器逐點測試Uc和時間t值,記錄8到12個頂點及其間零點坐標,記入表中。（3）從示波器上測量阻尼振蕩時任意兩個同一側的振幅值、及其對應的時間、，計算時間常數并與理論值比較．（4-選做）調節(jié)電阻，剛好出現臨界阻尼，記錄臨界電阻值，繼續(xù)增大電阻，觀測過阻尼圖形。數據記錄一．研究不同值的RC串聯電路的暫態(tài)過程1、f=500Hz(方波)R=1000Ω,C=0.1mF。t0.0…

(V)0.0……

2、f=500Hz(方波)R=2000Ω,C=0.1mF。t0.0…

(V)0.0……

二.研究欠阻尼狀態(tài)的RLC暫態(tài)過程f=500Hz(方波)C=0.1mFL=10mHR=100Ωt

0.0

(V)

0.0

記錄相鄰10-12個頂點記錄8到10個頂點及其間零點坐標。數據處理用Excel或其它軟件作圖，把不同值的的RC串聯電路的暫態(tài)過程作在同一圖上。測量得：R=1000ΩC=0.1mF計算得：理論值相對誤差用Excel或其它軟件作圖，描繪欠阻尼狀態(tài)的RLC暫態(tài)過程圖。測算，并與理論值比較注意事項示波器要選擇合