LRC电路的暂态过程研究.doc

LRC电路的暂态过程研究实验目的:1. 研究LRC电路的暂态特性;2. 进一步理解L,R,C元件在电路中的作用;3. 进一步掌握示波器的使用.实验仪器:CA9020F双踪示波器,CA函数信号发生器,RX7-B十进式电容器,G3十进式电感器,Z38A/11交直流电阻箱.实验原理:LRC电路的暂态过程就是当电源接通或断开后的瞬间,电路中的电流和电压呈现非稳定的变化过程.实验研究RC串联电路,RL串联电路,LRC串联电路在暂态过程中的瞬时特性,研究与之相关联的过电压和过电流现象,对于进一步认识这种电路的工作机制,防止暂态过程产生损害和利用这一过渡过程获得更有用的高电压和大电流有不可替代的作用.1. RC串联电路:如图2101所示:图2101 RC串联电路原理示意图图中,电阻R和电容C串联,当开关K置于位置1时,有:Ri+q/C=E成立上式也可写作: 电容器上储存的电荷量为qq=Q(1-e-t/).式中=RC称为RC电路的时间常数,单位为秒;Q为电容器充满时的电荷量,单位为库仑.由上式得出电容和电阻两端的电压和时间的关系为:UC=q/C=E(1-)UR=E 当开关K置0位置时, 根据电荷守恒定律,q(0)=Q=EC得:q=Q UC=E UR=-E 结论:(1) RC串联电路中的电容所储存的电荷量不能突变,因此其两端的电压也不能突变,但电阻两端的电压能够突变.(2) RC串联电路中的过渡时间与RC有关, 值大过渡时间长,电路电压变化缓慢.2. RL串联电路如图2103为RL串联电路:图2103 RL串联电路原理示意图当开关K接通1位置时,有:电路中瞬时电流为:I=I(1-)其中,=L/R称为RL串联电路的时间常数,单位为秒;I=E/R为电路中瞬时最大电流,单位为安培.同样可以得到电路中电流和各元件上的瞬时电压为:I=I UR=E UL=-E .研究后可知:(1) RL串联电路中的电流不能突然变化,而线圈两端的电压能够突变;(2) RL串联电路中,电压,电流的变化快慢与时间参量(=L/R)有关.3. LRC串联电路:(1) 放电过程:如图2104所示:图2104 LRC串联电路原理示意图某一时刻,开关K置于1位置.电源E对电路中的电容C充电,当电容充满时,开关置于0位置.此时有:UC+UL+UR=0,即: 因为有: 可以得到: 电路中电容上电压UC的变化规律为以下三种情况: 当R24L/C时,有:UC=U( er1t + er2t) ,r1=-+, r2=-电路中的电压或电流在开关置于0位置时,很快的释放完毕,电路不再工作.我们称之为过阻尼状态. 三种状态下UC与t的关系示意图实验内容1. RC电路暂态过程的观测:如图2108所示:图2108 RC暂态过程实验电路图图中S为示波器,F为方波发生器,方波发生器自动控制加到电容上的电压的极性和大小,在示波器上可以观察到电容器充放电过程中,电容两端及电阻两端的电压变化规律如下图2109所示:图2109 方波与电容充放电示意图观察过程:A. 观察UC波形.方波信号使用500HZ,取不同的时间常数RC,用示波器观察电容两端电压的波形,描绘波形并分析波形的差异.B.观察并描绘不同R值下的电流波形,RC值保持不变.2. RL暂态过程的观测:参照前述的观察步骤和方法观察不同RL的电流波形并描绘.3. LRC电路暂态过程的观测:(1) 观测三种阻尼状态:方波信号取为500赫兹,电容取为0.05微法拉,改变电阻R的数值,在示波器上观测三种阻尼状态的波形.（参考值C=0.05微法、L=30mH、f=503.5HZ、临界阻尼R约为R=1500欧） 实验预习及思考题:1. 时间常数的物理意义是什么?2. 通过电感线圈的电流和加在电容两端的电压能否突变?3. 根据实验观察,说明三种状态的波形是怎样演变的?在幅度,衰减形式,和衰减快慢方面有那些变化.fuRLCVOLTS/DIVTIME/DIVRC622.6HZ19.4Vpp1K-2K0.