《RC实验电路》word版

1、.江西应用技术职业学院实验实训项目报告单课程名称电路分析基础实验（训）项目编号08实验（训）项目名称RC电路的充放电过程实验（训）场所电工电路实验室电气智能实验室教 材电工与电子学实验教程实验（训）课时2一、实验目的1.加深理解RC电路充放电过程中电流和电压的变化规律。2.测定RC充放电电路的时间常数（time constant）。3.观测RC充放电电路中电流和电容电压的波形图。二、实验原理1.RC电路的充电过程在图8-1电路中，设电容器上的初始电压为零，当开关S闭合瞬间，由于电容电压uc不能跃变，电路中的电流为最大，i=，此后，电容电压随时间逐渐升高，直至uc=US；电流随时间逐渐减小，最后

2、i=0，充电过程结束，充电过程中的电压uc和电流i均随时间按指数规律变化。uc和i的数学表达式为uc=Us(1-e)I= e理论上要无限长的时间电容器充电才能完成，实际上当t=5RC时，uc已达到99.3%US，充电过程已近似结束。充电时i与uc的变化曲线如图8-2所示。图8-1 RC充电电路图8-2 RC充电时电压和电流的变化曲线2.RC电路的放电过程在图8-3电路中，电容C已充有电压U0，闭合开关S，电容器立即对电阻R进行放电，放电开始时的电流为，放电电流的实际方向与充电时相反，放电时的电流i与电容电压uc随时间均按指数规律衰减为零，电流与电压的数学表达式为uc=U0(1-e)I= e式中

3、U0为电容器的初始电压。放电时i和uc的变化曲线如图8-4所示。图8-3 RC放电电路图8-4 RC放电时电流和电压的变化曲线3.RC电路的时间常数RC电路的时间常数用表示，=RC，的大小决定了电路充放电时间的快慢。对充电而言，时间常数是电容电压uc从零增长到63.2%US所需的时间；对放电而言，r是电容电压uc从U0下降到36.8%U0所需的时间。4.RC充放电电路中电流和电容电压的波形图。在图8-5中，将周期性的方波电压加于RC电路，当方波电压的幅度上升为U时，相当于一个直流电压源U对电容C充电，当方波电压下降为零时，相当于电容C又对电阻R放电，图8-6（a）和(b)示出方波电压与电容电压

4、的波形图，图（c）示出电流i的波形图，它与电阻电压UR的波形相似。图8-5 RC充放电电路图8-6 RC充放电电路的电流和电压波形5.微分电路(differentiating circuit)和积分电路(integrating circuit)在图8-5的RC充放电电路中，当电源方波电压的周期T>>时，电容器充放电速度很快，又若uc>>uR，ucu在电阻两端的电压uR=Ri=RCRC，这就是说电阻两端的输出电压uR与输入电压u的微分近似成正比，此电路即称为微分电路，uR波形如图8-6（d）所示。当电源方波电压的周期T>>时，电容器充放电速度很慢，又若uc&l

5、t;<uR，uRu，在电容两端的电压uc=，这就是说电容两端输出电压uC与输入电压u的积分近似成正比，此电路即称为积分电路，uc波形如图8-6（e）所示。6.用万用表粗测电解电容器的好坏将万用表旋钮置于R×10k电阻挡，再将表的负端（内部电池正端）连接电容器的正极，表的正端（内部电池的负端）连接电容器的负极，若指针迅速上升后又缓缓返回到某一高阻值刻度处，表示通过万用表的充电电流是正常的，电容器是好的。若指针上升后不返回，而且指示阻值很小，表示电容器已短路。若指针上升后返回很少，表示电容器的漏电电流大，绝缘电阻太小，若指针不动，表示电容器内部断开。三、实验设备与器材1.直流稳压电

6、源1台2.万用电表直流电压挡>20k/V1只3.秒表1只4.电容器1000F，25V电解电容1只0.01F，0.5F，均50V各1只5.电阻器20k，30k，均0.25W各2只100k，0.25W1只6.电阻箱1个7.双踪示波器1台四、实验内容本实验要求先采用电路仿真的手段进行RC电路的充放电实验，观察充放电波形，与实践操作相结合的方法进行，再按照本实验内容进行实践性操作。1、 测定RC电路充电和放电过程中电容电压的变化规律。实验线路如图8-7，电阻R1和R2均取20k，电容C取1000F，直流稳压电源的输出电压取10V，万用表置直流电压10V挡，将万用并接在电容C的两端，首先用导线将电

7、容C短接放电，以保证电容的初始电压为零，然后将开关S由位置“2”合向位置“1”，电容器开始充电，同时立即用秒表计时，读取不同时刻的电容电压uc，直至时间t=5r时结束，将t及uc记入表8-1。充电结束后，记下uc的值，再将开关S合向位置“2”，电容器开始放电，同时立即用秒表重新计时，读取不同时刻的电容电压uc，也记入表8-1，并记下电压表的内阻Rv。将图8-7电路中的电阻R1与R2均换为30k，重复上述测量，测量结果记入表8-2。2.时间常数的测定实验线路仍同图8-7，R1和R2均取30k，测量uc从零上升到63.2%US所需的时间，亦即测量充电时间常数r1；再测量uc从U0下降至36.8%U

8、0所需的时间，亦即测量放电时间常数r2，将r1、r2记入表8-2中。3.观测RC电路充放电时电流I和电容电压uc的变化波形。线图如图8-8，R由电阻箱取得，阻值为10k，C取0.01F，电源为频率1000Hz，幅度1V的方波电压（也可以用SR-8型示波器输出的校正方波电压）。用SR-8型示波器观看电压波形，电容电压uc由示波器的YA通道输入，方波电压u由YB通过输入，调整示波器各旋钮，观察u与uc的波形，并描下波形图。改变电阻箱的阻值，观察电压uc波形的变化，分析其变化原因。再将图8-8中的R和C互换位置，取R=10K，用示波器观察并描绘下uR(即I的波形图)4.观测微分和积分电路输出电压的波

9、形按图8-8接线，取R=100k，C=0.5F（=RC=50ms），电源方波电压u的频率为1kHz，幅值为1V(T=)，在电容两端的电压uc即为积分输出电压，将方波电压u输入示波器的YB通道，uc输入YA通道，观察并描绘u和uc的波形图。再将图8-8中R和C互换位置，取R=1k，C=0.01F(=RC=0.01ms)，电源方波电压u同上(T=1ms=>>)，在电阻两端的电压uR即为微分输出电压，将u输入YB通过，uR输入YA通道，观察并描绘u和uR 波形图。5.粗测电解电容器质量的好坏。根据实验原理中表达的方法，粗测本次实验所用电解电容器质量的好坏。五、预习要求1、 用万用表测量变

10、化中的电容电压时，不要换挡，以保证电路的电阻值不变。2.秒表计时和电压表读数要互相配合，尽量做到同步。3.电解电容器有正负极性，使用时切勿接错。每次做RC充电实验前，都要用导线短接电容器的两极，以保证其初始电压为零。六、预习要求1、 预习RC电路过渡过程中电流和电压的变化规律及电路的时间常数。2.根据实验中给定的R和C的正确值，预算电路的时间常数，供实验中参考。七、实验记录表8-1US= R1=R2= C= RV=T(s)051015202530406080100uc(V)(充电)uc(V)(放电)表8-2US= R1=R2= C= RV=T(s)051015202530406080100uc(V)(充电)uc(V)(放电)时间常数测定充电r1=（ ） 放电r2= （ ）其它：八、实验分析1.根据表8-1和表8-2数据，绘制充放电电压uct曲线，曲线