《RC、RLC串联电路的暂态过程研究》实验指导(供上课用)

《RC、RLC串联电路的暂态过程研究》实验指导暂态过程：RC、RL、RLC电路在接通或断开直流电源的短暂时间内,电路由一个稳定态转变到另一个稳定态的转变过程。【实验目的】1、研究RC、RLC串联电路的暂态特性；2、学习利用示波器观测图形；3、加深对R、L和C各元件在电路中作用的认识【实验仪器】双踪示波器信号发生器电容器电感器电阻箱九孔板等【实验原理】一、RC串联电路暂态过程1、充电过程初始条件：t=0，Uc=0； 由此解得充电过程2、放电过程初始条件：t=0，Uc=E。由此解得放电过程不同τ值的RC电路电容充放电示意图◆时间常数,单位为秒。它反映了电压按指数函数变化的快慢，即电路中暂态过程的快慢。半衰期当放电时UC从E减少到相应的时间.二、RLC串联电路的暂态过程只讨论放电过程，电容两端电压此方程的解可分为以下三种情况：(1)欠阻尼状态此电路的各物理量均呈现振荡特性．的振幅按指数衰减，它随时间的变化如图所示，欠阻尼振荡状态。w为振荡角频率,时间常数，实际上不但电容和电感本身都有电阻，而且回路中也存在回路电阻，这些电阻是会对电路产生影响的．电阻R的作用是加上阻尼项，使振荡幅度呈指数衰减，衰减的快慢由时间常数决定．◆欠阻尼时间常数：从示波器上测量阻尼振荡时任意两个同一侧的振幅值、及其对应的时间、，计算时间常数并与理论值比较．(2)临界阻尼状态，(3)过阻尼状态，是欠阻尼振荡刚刚不出现振荡的过渡状态，电路中各物理量的变化过程不再具有周期性。【实验内容】1．RC电路暂态过程的观测实验中用方波发生器代替了直流电源和电键。用示波器观察电容器的波形，在方波电压值为U0的半个周期时间内，电源对电容器C充电，而在方波电压为零的半个周期内，电容器内电荷通过电阻R放电。充放电过程如图所示。（1）把方波信号发生器、可变电阻R=0~5KW、电容C=0.1mF，示波器按图接线。（2）调节可调电阻R，观察的波形。（3）记录电阻R=1KW、电容C=0.1mF选用合适的扫描速率档位和衰减档位，完整地显示暂态过程。用示波器逐点测试Uc和时间t值,记入表中(4)测量半衰期，求出τ的实验值，并与理论值τ=RC进行比较．（4）选做：改变电阻(电容)值，观测Uc波形，记录一完整暂态过程内的Uc值。（5）选做：观测RL串联电路的暂态过程，记录一周期内的UR值。2．RLC电路暂态过程的观测（1）按图接线,电阻取0~5KW，电容取0.1mF，L取10mH，调节可调电阻，观测三种阻尼状态电容上Vc的波形。（2）电阻取47W，电容取0.1mF，L取10mH，用示波器观察、用示波器逐点测试Uc和时间t值,记录8到12个顶点及其间零点坐标,记入表中。（3）从示波器上测量阻尼振荡时任意两个同一侧的振幅值、及其对应的时间、，计算时间常数并与理论值比较．（4-选做）调节电阻，刚好出现临界阻尼，记录临界电阻值，继续增大电阻，观测过阻尼图形。数据记录一．研究不同值的RC串联电路的暂态过程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.研究欠阻尼状态的RLC暂态过程f=500Hz(方波)C=0.1mFL=10mHR=100Ωt

0.0

(V)

0.0

记录相邻10-12个顶点记录8到10个顶点及其间零点坐标。数据处理用Excel或其它软件作图，把不同值的的RC串联电路的暂态过程作在同一图上。测量得：R=1000ΩC=0.1mF计算得：理论值相对误差用Excel或其它软件作图，描绘欠阻尼状态的RLC暂态过程图。测算，并与理论值比较注意事项示波器要选择合