實驗40RC、RL電路的暫態(tài)過程.ppt

實驗40 RC、RL電路的暫態(tài)過程,實驗背景 實驗目的 實驗原理 實驗儀器 實驗內(nèi)容 實驗主要現(xiàn)象 操作過程 數(shù)據(jù)及處理 注意事項 思考題,實驗背景,電阻（R）、電容（C）、電感（L）是電路的基本元件。在RC、RL串聯(lián)電路中，接通或斷開電源時，電路往往產(chǎn)生一種穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一種穩(wěn)定狀態(tài)的暫態(tài)過程，這些電路的暫態(tài)過程不可忽視。在瞬變時電路某些元件的電壓或電流可能大于穩(wěn)定狀態(tài)時它最大值的好幾倍，出現(xiàn)過電壓或過電流現(xiàn)象，,實驗背景,所以，如不預先考慮到暫態(tài)過程中暫態(tài)現(xiàn)象，電路元件便有損傷甚至毀壞的危險。另一方面，通過暫態(tài)過程的研究，還可以從積極方面控制和利用過渡現(xiàn)象，如提高過渡的速度，可獲得高電壓或者大電流。,實驗目的,1）學會使用數(shù)字示波器、函數(shù)信號發(fā)生器觀測電路的暫態(tài)過程； 2）學會觀測并選擇合適的波形測量電路的時間常數(shù)； 3）學會觀測并選擇合適的波形測量電路半衰期。,實驗原理,一、RC電路 .電阻R及電容C組成的直流串聯(lián)電路中，接通或斷開電源的瞬間，電容上的電壓隨 時間發(fā)生變化。如圖1所示，當開關(guān)K閉合在位置1時，將對電容C充電直到其電壓等于電源的開路電壓V0為止；當開關(guān)K閉合在位置2時，電容將通過電阻R放電直到其電量全部被耗光為止，電路這一過程稱為電路的暫態(tài)過程。,實驗原理,.RC充放電公式 在此過程中，電容器C上的電壓隨時間的變化關(guān)系如下： 令=RC，稱為電路的時間常數(shù)（或馳豫時間），它反映電路充放電過程的快慢，越大，充放電過程越慢，反之則快。當Vc由V0減小到V0/2時，相應(yīng)的時間間隔稱為半衰期,充電過程,放電過程,k,實驗原理,二、RL電路 .電阻R及電感L組成的直流串聯(lián)電路中，接通或斷開電源的瞬間，電路的電流隨時間發(fā)生變化。如圖2所示，當開關(guān)K閉合在位置2時，電感L的電流由0逐漸增大，直到其電流達到穩(wěn)定值I0 （ I0 =Vs/R)；當開關(guān)K閉合在位置2時，電感L將通過電阻R逐漸放電，直到其電流減小到0。同理，電路這一過程稱為電路的暫態(tài)過程。,實驗原理,.RL電路中電流的計算公式 在此過程中，電感L上的電流隨時間的變化關(guān)系如下： 令=L/R，稱為電路的時間常數(shù)（或馳豫時間），它反映電路充放電過程的快慢，越大，充放電過程越慢，反之則快。當由0減小到0/2時，相應(yīng)的時間間隔稱為半衰期,電流增大過程,電流消失過程,由于人工控制充放電 路的開關(guān)頻率是很低 的，本實驗用信號發(fā) 生器輸出的方波來代 替電源和機械開關(guān)。 方波的波形如右圖所示。它在前半周期 （0T/2）輸出電壓為正，然后迅速降為 0；后半個周期輸出電壓為0，而且不斷重 復，這樣前半周期相當于把開關(guān)K扳向1，后 半周期相當于把開關(guān)K扳向2，而且不斷重復。,實驗方法和儀器,實驗電路板 TDS1001B數(shù)字存儲示波器 GFG8216A函數(shù)發(fā)生器 接函數(shù)信號發(fā)生器的連接線 接數(shù)字示波器的連接線 計算機,Auto set,RC電路連接參考圖,RC電路連接參考圖,附件：電路板所對應(yīng)的電子器件值,6個電阻,4個電容,4個電感,電路板所對應(yīng)的電子器件值,新的電路板 電阻這排按鍵檔：1號：100 2號：560 3號：1 k 4號：10 k 5號：20 k 6號：100 k 電容、電感按鍵檔：1號：0.001 F 2號：0.01 F 3號：0.047 F 4號：0.1 F 5號：5 mH 6號：25 mH 7號：33 mH 8號：68 mH,應(yīng)用 “NI Signal Express Tektronix Edition”軟件來把黑白數(shù)字示 波器采集到的波形給打印出來。,數(shù)據(jù)記錄及處理,（1）設(shè)計表格記錄信號源內(nèi)阻、電感電阻值RL。,數(shù)據(jù)及處理,（2）設(shè)計表格記錄RC電路半衰期的理論 值、實測值及其相應(yīng)的R、 C值。,數(shù)據(jù)及處理,（3）設(shè)計表格記錄RL電路半衰期的理論 值、實測值及其相應(yīng)的R、L值。,數(shù)據(jù)及處理,（4）計算兩種電路的時間常數(shù)及其不確定度，并給出測量結(jié)果。 （5）比較測量所得的時間常數(shù)與用元件示值代入公式計算得到的時間常數(shù)值。,重點和難點,重點：熟練掌握使用數(shù)字示波器和信號發(fā)生器觀測電路暫態(tài)過程，測量電路半衰期大??； 難點：（1）電路半衰期的測量； 經(jīng)常出現(xiàn)的問題： （1）線路連接錯誤； （2）元件選擇錯誤； （3）接線地方接觸不好。,思考題,（1）在RC電路