实验电路的暂态过程

实验电路的暂态过程第一页，共二十七页，编辑于2023年，星期二实验背景实验目的实验原理实验仪器实验内容实验主要现象操作过程数据及处理注意事项思考题第二页，共二十七页，编辑于2023年，星期二实验背景电阻（R）、电容（C）、电感（L）是电路的基本元件。在RC、RL串联电路中，接通或断开电源时，电路往往产生一种稳定状态过渡到另一种稳定状态的暂态过程，这些电路的暂态过程不可忽视。在瞬变时电路某些元件的电压或电流可能大于稳定状态时它最大值的好几倍，出现过电压或过电流现象，第三页，共二十七页，编辑于2023年，星期二实验背景所以，如不预先考虑到暂态过程中暂态现象，电路元件便有损伤甚至毁坏的危险。另一方面，通过暂态过程的研究，还可以从积极方面控制和利用过渡现象，如提高过渡的速度，可获得高电压或者大电流。第四页，共二十七页，编辑于2023年，星期二实验目的1）学会使用数字示波器、函数信号发生器观测电路的暂态过程；2）学会观测并选择合适的波形测量电路的时间常数；3）学会观测并选择合适的波形测量电路半衰期。第五页，共二十七页，编辑于2023年，星期二实验原理

一、RC电路１.电阻R及电容C组成的直流串联电路中，接通或断开电源的瞬间，电容上的电压随时间发生变化。如图1所示，当开关K闭合在位置1时，将对电容C充电直到其电压等于电源的开路电压V0为止；当开关K闭合在位置2时，电容将通过电阻R放电直到其电量全部被耗光为止，电路这一过程称为电路的暂态过程。第六页，共二十七页，编辑于2023年，星期二实验原理２.RC充放电公式在此过程中，电容器C上的电压随时间的变化关系如下：

令τ=RC，τ称为电路的时间常数（或驰豫时间），它反映电路充放电过程的快慢，τ越大，充放电过程越慢，反之则快。当Vc由V0减小到V0/2时，相应的时间间隔称为半衰期

充电过程放电过程第七页，共二十七页，编辑于2023年，星期二k第八页，共二十七页，编辑于2023年，星期二实验原理

二、RL电路１.电阻R及电感L组成的直流串联电路中，接通或断开电源的瞬间，电路的电流随时间发生变化。如图2所示，当开关K闭合在位置2时，电感L的电流由0逐渐增大，直到其电流达到稳定值I0

（I0=Vs/R)；当开关K闭合在位置2时，电感L将通过电阻R逐渐放电，直到其电流减小到0。同理，电路这一过程称为电路的暂态过程。第九页，共二十七页，编辑于2023年，星期二实验原理２.RL电路中电流的计算公式在此过程中，电感L上的电流随时间的变化关系如下：

令τ=L/R，τ称为电路的时间常数（或驰豫时间），它反映电路充放电过程的快慢，τ越大，充放电过程越慢，反之则快。当Ι由Ι0减小到Ι0/2时，相应的时间间隔称为半衰期

电流增大过程电流消失过程第十页，共二十七页，编辑于2023年，星期二第十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期二由于人工控制充放电路的开关频率是很低的，本实验用信号发生器输出的方波来代替电源和机械开关。方波的波形如右图所示。它在前半周期（0~T/2）输出电压为正，然后迅速降为0；后半个周期输出电压为0，而且不断重复，这样前半周期相当于把开关K扳向1，后半周期相当于把开关K扳向2，而且不断重复。第十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期二第十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期二实验方法和仪器实验电路板TDS1001B数字存储示波器GFG—8216A函数发生器接函数信号发生器的连接线接数字示波器的连接线计算机第十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期二AutosetRC电路连接参考图第十五页，共二十七页，编辑于2023年，星期二RC电路连接参考图第十六页，共二十七页，编辑于2023年，星期二附件：电路板所对应的电子器件值6个电阻4个电容4个电感第十七页，共二十七页，编辑于2023年，星期二电路板所对应的电子器件值新的电路板电阻这排按键档：1号：100Ω2号：560Ω3号：1kΩ4号：10kΩ5号：20kΩ6号：100kΩ

电容、电感按键档：1号：0.001μF2号：0.01μF3号：0.047μF4号：0.1μF5号：5mH6号：25mH7号：33mH8号：68mH第十八页，共二十七页，编辑于2023年，星期二第十九页，共二十七页，编辑于2023年，星期二应用“NISignalExpressTektronixEdition”软件来把黑白数字示波器采集到的波形给打印出来。第二十页，共二十七页，编辑于2023年，星期二数据记录及处理

（1）设计表格记录信号源内阻、电感电阻值RL。第二十一页，共二十七页，编辑于2023年，星期二数据及处理（2）设计表格记录RC电路半衰期的理论值、实测值及其相应的R、C值。R1（KΩ）Rs(Ω)C(μF)T1/2测量(μs)T1/2理论(μs)mt(μs)1500.0120100第二十二页，共二十七页，编辑于2023年，星期二数据及处理（3）设计表格记录RL电路半衰期的理论值、实测值及其相应的R、L值。R1（KΩ）RL(Ω)Rs(Ω)L(H)T1/2测量(μs)T1/2理论(μs)mt(μs)0.1157500.033110第二十三页，共二十七页，编辑于2023年，星期二数据及处理（4）计算两种电路的时间常数及其不确定度，并给出测量结果。（5）比较测量所得的时间常数与用元件示值代入公式计算得到的时间常数值。第二十四页，共二十七页，编辑于2023年，星期二重点和难点

重点：熟练掌握使用数字示波器和信号发生器观测电路暂态过程，测量电路半衰期大小；难点：（1）电路半衰期的测量；经常出现的问题：（1）线路连接错误；（2）元件选择错误；（3）接线地方接触不好。第二十五页，共二十七页，编辑于2023年，