RLC暫態(tài)過(guò)程實(shí)驗(yàn)報(bào)告南昌大學(xué).doc

南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱： 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱： RLC電路的暫態(tài)過(guò)程 學(xué)院： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 能源與動(dòng)力工程162班 學(xué)生姓名： 韓杰 學(xué)號(hào)： 5902616051 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大樓 座位號(hào)： 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕緦?shí)驗(yàn)主要研究當(dāng)方波電源加于RC串聯(lián)電路時(shí)產(chǎn)生的RC瞬態(tài)放電曲線及用示波器測(cè)量電路半衰期的方法；同時(shí)還要了解方波電源加于RLC串聯(lián)電路時(shí)產(chǎn)生的阻尼衰減震蕩的特性及測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)原理：1、RC電路的瞬態(tài)過(guò)程 電阻R與純電容C串聯(lián)接于內(nèi)阻為r的方波信號(hào)發(fā)生器中，用示波器觀察C上的波形。在方波電壓值為U0的半個(gè)周期時(shí)間內(nèi)，電源對(duì)電容C充電，而在方波電壓為零的半個(gè)周期內(nèi)，電容器捏電荷通過(guò)電阻（R+r）放電。充放電過(guò)程如圖所示，電容器上電壓UC隨時(shí)間t的變化規(guī)律為 UC= U0 1-e-t/(R+r)c (充電過(guò)程) （1）RC放電曲線UC= U0 e-t/(R+r)c （放電過(guò)程） （2） 式中，(R+r)c稱為電路的時(shí)間常數(shù)（或弛豫時(shí)間）。當(dāng)電容C上電壓在放電時(shí)由UC減少到U0/2時(shí)，相應(yīng)經(jīng)過(guò)的時(shí)間成為半衰期T1/2，此時(shí) T1/2=（R+r）c2=0.693（R+r）c (3) 一般從示波器上測(cè)量RC放電曲線的半衰期比測(cè)弛豫時(shí)間要方便。所以，可測(cè)量半衰期T1/2，然后，除以2得到時(shí)間常數(shù)（R+r）c。 2、RLC串聯(lián)電路的瞬態(tài)過(guò)程（電路如圖所示，這部分內(nèi)容選做。） 當(dāng)開(kāi)關(guān)S打到1時(shí)，電容充電至U0，然后把開(kāi)關(guān)S打到2，電容在閉合的RLC電路中放電，后者電路方程是： L +Ri+UC=0 (4) RLC瞬態(tài)過(guò)程電路其中，UC為電容上的電壓，i為通過(guò)回路的電流。又有i = c ，將其代入（4）式，得 L +R+ UC=0 （5） 根據(jù)起始條件t=0時(shí)，UC=U0且=0解方程，有三種情況：(1) R2，相應(yīng)電路為過(guò)阻尼狀態(tài)，其解為 UC = U0sh(t +) (9) 式中 =，這時(shí)電路將因阻尼過(guò)大不產(chǎn)生振蕩，而是慢慢放電，最后UC = 0。 這是過(guò)阻尼狀態(tài)，。而 =。 （3）R2=對(duì)應(yīng)于臨界阻尼狀態(tài)，它是過(guò)阻尼到阻尼振動(dòng)之間的過(guò)度分界。 用示波器顯示RLC串聯(lián)電路瞬態(tài)過(guò)程，可以用方波替代時(shí)通時(shí)斷的直流電源，這時(shí)電源電壓為 U（t）= 對(duì)于方程（5）式，等式右邊為0和等式右邊為常數(shù)U0，其解是等同的。因此，在一個(gè)方波周期內(nèi)，可以從示波器屏幕上觀察到兩個(gè)衰減振蕩波形。二、 實(shí)驗(yàn)儀器：RLC電路實(shí)驗(yàn)儀，雙蹤示波器。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟：1、RC串聯(lián)電路的暫態(tài)特性 （1）選擇合適的R和C值，根據(jù)時(shí)間常數(shù)，選擇合適的方波頻率，一般要求方波的周期T10,這樣能較完整地反映暫態(tài)過(guò)程,并且選用合適的示波器掃描速度,以完整地顯示暫態(tài)過(guò)程。 （2）改變R值或C值，觀測(cè)UR或UC的變化規(guī)律，記錄下不同RC值時(shí)的波形情況，并分別測(cè)量時(shí)間常數(shù)。 2、RLC串聯(lián)電路的暫態(tài)特性 先選擇合適的L、C值，根據(jù)選擇的參數(shù)，調(diào)節(jié)R值大小。觀察三種阻尼振蕩的波形。如果欠阻尼時(shí)振蕩的周期較少，則應(yīng)重新調(diào)節(jié)L、C值。5、 數(shù)據(jù)處理：1、不同的RC時(shí)的UC波形及其時(shí)間常數(shù)的測(cè)量 方波頻率169（HZ）；測(cè) =T/2 序號(hào)R（）C（f）理（S）T (微s)測(cè)(s)f khzv110000222.210-622.8910-625.088.822000.0224.410-645.7710-623.878.42、RLC電路三種阻尼振蕩的波形 L=6mH, C=0.5f(1) 欠阻尼振蕩（R=100）過(guò)阻尼振蕩（R=2000）七、思考題1）試說(shuō)明RC電路組成的延時(shí)開(kāi)關(guān)的工作原理。 答：從RC電路的充放電電壓隨時(shí)間變化曲線上可以看到，uc是從零指數(shù)型逐漸上升到E，然后再按指數(shù)規(guī)律下降到0，利用這一特性便可以設(shè)計(jì)延時(shí)電路，我們可以將uc作為采樣電壓，可以設(shè)定一個(gè)觸發(fā)電平，只有當(dāng)電壓值高于觸發(fā)電平時(shí)，工作電路才工作，這樣做應(yīng)該是完全可以實(shí)現(xiàn)的，類(lèi)似的也可以用uR作為采樣電壓。（2）電容電感均為儲(chǔ)能元件，試從能量轉(zhuǎn)換觀點(diǎn)分析解釋RLC阻尼振蕩波形的原理及特點(diǎn)。 答：RLC的阻尼振蕩是通過(guò)電容和電感能量周期性轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電容能量達(dá)到最大時(shí)，能量向電感轉(zhuǎn)移，反之亦然，由此形成周期性的振動(dòng)狀態(tài)。在能量的轉(zhuǎn)移過(guò)程中，能量會(huì)