實驗二 簡單RC電路的過渡過程

實驗二簡單RC電路的過渡過程一、實驗目的1、研究RC電路在零輸入、階躍激勵和方波激勵情況下，響應的基本規(guī)律和特點。2、學習用示波器觀察分析電路的響應。二、實驗屬性驗證性三、實驗儀器設備及器材電工實驗裝置(DG011T，DY031T，DG053T，DY053)四、實驗要求實驗前些預習報告，憑預習報告參加實驗。熟悉教材中RC電路的相關知識。實驗中聽從安排，正確使用儀表，記錄測量數(shù)據(jù)。實驗后根據(jù)要求認真書寫實驗報告。五、實驗原理1、一階RC電路對階躍激勵的零狀態(tài)響應就是直流電源經電阻R向C充電。對于圖2-1所示的一階電路，當t=0時開關K由位置2轉到位置1，由方程初始值Uc(0–)=0可以得出電容電壓和電流隨時間變化的規(guī)律上述式子表明，零狀態(tài)響應是輸入的線性函數(shù)。其中τ=RC，具有時間的量綱，稱為時間常數(shù)，它是反映電路過渡過程快慢程度的物理量。τ越大，暫態(tài)響應所持續(xù)的時間越長即過渡過程時間越長。反之，τ越小，過渡過程的時間越短。2、電路在無激勵情況下，由儲能元件的初始狀態(tài)引起的響應稱為零輸入響應。即電容器的初始電壓經電阻R放電。在圖2-1中，讓開關K于位置1，使初始值Uc(0–)=U0，再將開關K轉到位置2。電容器放電由方程可以得出電容器上的電壓和電流隨時間變化的規(guī)律：3、對于RC電路的方波響應，在電路的時間常數(shù)遠小于方波周期時，可以視為零狀態(tài)響應和零輸入響應的多次過程。方波的前沿相當于給電路一個階躍輸入，其響應就是零狀態(tài)響應，方波的后沿相當于在電容具有初始值uc(0–)時把電源用短路置換，電路響應轉換成零輸入響應。由于方波是周期信號，可以用普通示波器顯示出穩(wěn)定的圖形，以便于定量分析。本實驗采用的方波信號的頻率為1000赫茲。圖2-1六、實驗內容與步驟1、測定RC電路的電容充電過程。圖2-2按圖2-2接線。先調節(jié)電源電壓U=5V。在開關K由2置于1時的瞬間開始用秒表計時，實驗板上有秒表與5V電壓表，使用時只需外接5V直流電源即可。當電壓表指示的電容電壓Uc達到表2-1中所規(guī)定的某一數(shù)值時，將開關置于2點(中間點)，用秒表記下時間填在表2-1中，然后開關置于1點，重復上述實驗并記下各時間。其中：U=5VR=100KΩC=147μF表2-1Uc(V)1.522.533.544.5充電時間t1(s)2、測定RC電路的電容放電過程將電容充電至表中電壓，按圖2-2接線，電容電壓為4.5V。用秒表計時，在t=0時，將開關K置于3點，方法同上。數(shù)據(jù)記在表2-2中。表2-2Uc(V)4.543.532.521.5充電時間t2(s)3、用示波器觀察RC電路的方波響應-首先將方波發(fā)生器的電源接通使之產生方波，并將此方波輸給示波器，調整示波器，使其能觀察到合適的穩(wěn)定方波波形(可選幅值3至5V，頻率1KHz左右)。按圖2—3接線。選取不同的R和C。如：(1)C=1000PFR=10KΩ(2)C=0.01μFR=1KΩ(3)C=0.01μFR=10KΩ用示波器觀察uc(t)波形的變化情