RC電路的試驗報告

1、RC電路實驗報告一、實驗目的與實驗儀器.實驗目的(1)研究RC電路的暫態(tài)過程及 RC電路的充放電規(guī)律， 了解元件參數(shù)對過程的影響。(2)觀察正弦電壓下 RC電路穩(wěn)態(tài)過程中電流和電壓的位 相關系。(3)掌握示波器和信號發(fā)生器的作用。.實驗儀器RX7-0型標準電容箱，ZX21型電阻箱，SS-7802示波器, GFG-8219A函數(shù)信號發(fā)生器。二、實驗原理.RC電路的暫態(tài)過程當電路從一個平衡態(tài)到另一個平衡態(tài)，這種從開始變化到逐漸趨于穩(wěn)態(tài)的過程稱為暫態(tài)過程。如圖，開關合向1,電路充電，此時電路充電方程滿足RC+ Uc= 由初始條件t=0時，Uc=0,則資料.Uc(t)=41-e-t/RC), i(t)

2、=et/RC;開關合向2,電路放電，此時電路放電過程滿足RC由初始條件t=0時，Uc= ,則+ Uc = 0Uc(t)= u-t/RC, i(t)=-t/RC e江魏曾合同我由上述充放電方程可知：充放電的快慢由電路時間常數(shù)資料.T=RC的大小表示，P越大，充放電過程越慢；由充放電暫 態(tài)曲線可知，在實驗過程中對于RC電路充放電過程，通常認為tn5P時，充放電過程結束；電路充(放)電至電壓的 一半時，所需時間稱為半衰期T1/2,可由此測定時間常數(shù) To.時間常數(shù)。對元件端電壓Uc、Ur波形的影響實際測量中，常利用示波器動態(tài)連續(xù)觀察 RC電路的充放 電過程，電源電壓開關采用周期為 T、幅值為U0的方

3、脈沖信 號代替。同時可知：(1)當矩形方脈沖信號的門寬 Tk與時間常數(shù) ”固數(shù)量級相 同時，電容器充電所能達到的最高電壓 U cmax不受電源電壓影 響，放電最低值Ucmin也并不是0,而且Ucmax、Ucmin的值同理論 分析值偏差的大小與矩形波周期 T相對于時間常數(shù) ,取值相 關，當Tk p時，這一偏差可被忽略。(2)電阻元件R及電容元件C的端電壓Ur、Uc的波形隨 RC乘積相對于方脈沖周期 T (門寬T。取值的不同而有所不 同。資料.當r = RC Tk時，u出(t)=,滿足輸由信號電壓 Uc(t) 與輸入信號電壓u入對t積分近似成正比，此時稱為積分電路。.正弦電壓作用下RC電路 的穩(wěn)態(tài)

4、特性觀察一定頻率和幅值的 正弦交流電壓加在RC電路 中的位相關系如圖：若ur=U Rsin wt.即電阻元件上的電壓和電流位相一致資料.若uc=Ucsinat, i=Isin (at+兀/2),即電流位相領先于電壓位相，位相差為兀/2.電路中總電壓和電流的位相差為巾 =-arctan()。如果以正弦輸入信號通過 RC串聯(lián)電路，以電容器端電壓為輸由 信號通過調節(jié)電容器的電容值C (或電阻元件的 R),即可調節(jié)輸由電壓與輸入電壓之間的位相差，因此這種RC電路也稱為RC相移電路。三、實驗步驟I.測繪RC電路放電電壓曲線 (1)選擇50Hz的正矩形 波脈沖，選擇合適電壓，調 節(jié)好示波器狀態(tài)，“掃描時

5、間”預置1ms;(2)按如圖連線，先調節(jié)R、C=0,觀察信號源波形、C=2/觀察電容器充放電電壓為正矩形脈沖波。取R=5kQ曲線穩(wěn)定波形；(3)測量放電電壓曲線。利用示波器的A V-及-OFF光標測 量功能鍵，選放電曲線最高點為原點，以 0.2ms為時間間隔 逐點完成對放電曲線各點(t, V)的測量。.觀察RC乘積對UC-t、UR-t曲線特性的影響資料.題享電瞄之加電LZr丸At)由或(1)信號源改為50Hz方波信號，調節(jié)“輸由電壓”選擇適當?shù)姆?(2)按如圖1接線，調節(jié)R、C=0觀察信號源波形為方波。適當調節(jié)示波器，得到1-2個周期的穩(wěn)定方波，并記錄下所 觀察到的圖形;(3)已知方波門寬

6、Tk約為1ms,通過固定電容值(C=0.5 pF),改變R可以改變To選擇如下情況：RC=TkRC=0.1TkRC=5Tk,分別記錄下各次的 R、C值及相應的UR-t波形圖;(4)拆掉線路，按圖2接線，重復上述操作，完成 RC乘積對UC-t曲線特性影響的觀測。.觀察正弦交流電壓作用下電路的位相關系(1)將信號源改選為正弦波輸由;(2)選擇圖1電路圖，調節(jié)示波器，觀察與U總-t、U*t (iC-t)曲線，記錄下波形圖，觀察并判斷出電容器上電壓和電流的 相位差;(3)選擇圖2電路圖，調節(jié)示波器，觀察與 U總-t、UC-t曲線，記錄下波形圖，觀察并判斷由電容器上電壓和電流的相 位差;資料.(4)觀察

7、U總-t、Uc-t曲線的位相關系。改變 R、C的取值,定性觀察兩曲線位相差的變化 四、數(shù)據(jù)處理1.RC電路放電電壓曲線研究t/ms0.00.20.40.60.81.01.21.4AUc/V3.122.281.400.600.00-0.48-0.92-1.28Uc/V6.125.284.403.603.002.522.081.72t/ms1.61.82.02.22.42.62.83.0A-1.5-1.8-2.0-2.1-2.2-2.3-2.4-2.5Uc/V60028642Uc/V1.441.201.000.880.720.640.560.4800由 5101.5 上0 2,53,5. lnUC

8、-t關系曲線圖及Ucmax的計算資料.InUc-t關系川I線圖zoo%y- -0,86Sx+ 1.794LSQ R工= 0,9977 TOC o 1-5 h z F 1.00-0 501*1*,.I non* r.t/ms0,0 fl,5 1.01.5 LU53,03.5F”T -1 00作由InUc-t曲線，得線性關系InUc = -0.868t + 1.794,由此可知Uc-t是指數(shù)曲線。令 t = 0 ,得 lnU Cmax = 1.794 ,則 UCmax = 6.01V.時間常數(shù)p的求解方法一：從Uc-t曲線上，得指數(shù)關系Uc = 6.01e868t,當1 = 0時，得 = 6.01

9、V ,貝U將Uc = 0.37 帶入，得 r = Zn0.37 10.86s X10-3= 1.15 X10-3s.方法二：從Uc-t曲線上，得指數(shù)關系Uc = 6.01e868t,當t = 0時，得 = 6.01V ,則將 Uc = 0.5 帶入，得 2 = fn0.5 10,868 X10-3= 0.799 X10-3s,則由放電方程知r = 1.44 1=1.44 X0.799X10-3s = 1.15 X10-3s.方法三：由lnUc-t曲線，得由斜率 k=-0.868 ,又lnUc與 時間t滿足線性關系資料.3lnUc = -+ 1.794,則 r = -X10 =X10-3 =1.

10、15X10-3s.理論值：r = RC =5000 Q X0.2 以F = 1 X10-3s.定性分析RC乘積（即時間常數(shù)p）對UR-t、Uc-t曲線的影響1）方波脈沖下UR-t曲線RC = TkRC =0.1TkRC = 5TkR/ Q200020010000C/以F0.50.50.5 RC=0 RC=Tk資料. RC=0.1Tk RC=5Tk2）方波脈沖下Uc-t曲線RC = TkRC =0.1TkRC = 5TkR/ Q200020010000C/以F0.50.50.5 RC=0 RC=Tk RC=0.1Tk RC=5T k資料.我們選取的三種情況下時間常數(shù)T與門寬 Tk屬于一個數(shù)量 級

11、，電容器充電所能達到的最高電壓 Ucmax不受源電壓影 響，放電最低值 Ucmin也并不是0.當。=RC Tk時，將方波信號作為輸入信號，電容端 電壓Uc作為輸由電壓，則輸由信號的波形在到達一個門寬 Tk后突變。.正弦電路作用下 RC電路中電容電壓與電路電流之間的相 位關系（f=50Hz ）RC = TkRC =0.1TkRC = 5TkR/ Q200020010000C/以F0.50.50.5小理論值-72.6-88.2-32.4正弦波下Uc-t曲線資料. RC=0 RC=Tk RC=T.1Tk正弦波下i-t曲線 RC=5Tk RC=0 RC=T RC=0.1T RC=5T資料.由相量圖可知

12、，三種情況下,RC電路的阻抗角巾分別為RC = TkRC =0.1TkRC = 5TkR/ Q200020010000C/以F0.50.50.5小理論值-72.6-88.2-32.4加-M18.02.259.4加-帆-72.0-88.5-31.5-72.0-88.5 、-31.5,這與其理論值分別為-72.6 、-88.0 、-31.4。相差不大。五、分析討論（提示：分析討論不少于 400字）資料.考慮到RC電路與頻率的關系，通過查閱書籍和資料我了 解到RC電路常用作頻率電路，RC串聯(lián)電路可作為低通濾波 電路和高通濾波電路。它們的濾波原理如下：09 二 g時,用二 0, /1S）二一/不肉。這也闞見電威,使他撅酒H而次們透電釵苗解端電助輸出電后,今國二 梃虺二古時再 7 二- 1場即粉由上司冷2二。時J力二取3二0一二降時澗二