實(shí)驗(yàn)二 簡單RC電路的過渡過程

實(shí)驗(yàn)二簡單RC電路的過渡過程一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、研究RC電路在零輸入、階躍激勵(lì)和方波激勵(lì)情況下，響應(yīng)的基本規(guī)律和特點(diǎn)。2、學(xué)習(xí)用示波器觀察分析電路的響應(yīng)。二、實(shí)驗(yàn)屬性驗(yàn)證性三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及器材電工實(shí)驗(yàn)裝置(DG011T，DY031T，DG053T，DY053)四、實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)前些預(yù)習(xí)報(bào)告，憑預(yù)習(xí)報(bào)告參加實(shí)驗(yàn)。熟悉教材中RC電路的相關(guān)知識。實(shí)驗(yàn)中聽從安排，正確使用儀表，記錄測量數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)后根據(jù)要求認(rèn)真書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。五、實(shí)驗(yàn)原理1、一階RC電路對階躍激勵(lì)的零狀態(tài)響應(yīng)就是直流電源經(jīng)電阻R向C充電。對于圖2-1所示的一階電路，當(dāng)t=0時(shí)開關(guān)K由位置2轉(zhuǎn)到位置1，由方程初始值Uc(0–)=0可以得出電容電壓和電流隨時(shí)間變化的規(guī)律上述式子表明，零狀態(tài)響應(yīng)是輸入的線性函數(shù)。其中τ=RC，具有時(shí)間的量綱，稱為時(shí)間常數(shù)，它是反映電路過渡過程快慢程度的物理量。τ越大，暫態(tài)響應(yīng)所持續(xù)的時(shí)間越長即過渡過程時(shí)間越長。反之，τ越小，過渡過程的時(shí)間越短。2、電路在無激勵(lì)情況下，由儲能元件的初始狀態(tài)引起的響應(yīng)稱為零輸入響應(yīng)。即電容器的初始電壓經(jīng)電阻R放電。在圖2-1中，讓開關(guān)K于位置1，使初始值Uc(0–)=U0，再將開關(guān)K轉(zhuǎn)到位置2。電容器放電由方程可以得出電容器上的電壓和電流隨時(shí)間變化的規(guī)律：3、對于RC電路的方波響應(yīng)，在電路的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于方波周期時(shí)，可以視為零狀態(tài)響應(yīng)和零輸入響應(yīng)的多次過程。方波的前沿相當(dāng)于給電路一個(gè)階躍輸入，其響應(yīng)就是零狀態(tài)響應(yīng)，方波的后沿相當(dāng)于在電容具有初始值uc(0–)時(shí)把電源用短路置換，電路響應(yīng)轉(zhuǎn)換成零輸入響應(yīng)。由于方波是周期信號，可以用普通示波器顯示出穩(wěn)定的圖形，以便于定量分析。本實(shí)驗(yàn)采用的方波信號的頻率為1000赫茲。圖2-1六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、測定RC電路的電容充電過程。圖2-2按圖2-2接線。先調(diào)節(jié)電源電壓U=5V。在開關(guān)K由2置于1時(shí)的瞬間開始用秒表計(jì)時(shí)，實(shí)驗(yàn)板上有秒表與5V電壓表，使用時(shí)只需外接5V直流電源即可。當(dāng)電壓表指示的電容電壓Uc達(dá)到表2-1中所規(guī)定的某一數(shù)值時(shí)，將開關(guān)置于2點(diǎn)(中間點(diǎn))，用秒表記下時(shí)間填在表2-1中，然后開關(guān)置于1點(diǎn)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)并記下各時(shí)間。其中：U=5VR=100KΩC=147μF表2-1Uc(V)1.522.533.544.5充電時(shí)間t1(s)2、測定RC電路的電容放電過程將電容充電至表中電壓，按圖2-2接線，電容電壓為4.5V。用秒表計(jì)時(shí)，在t=0時(shí)，將開關(guān)K置于3點(diǎn)，方法同上。數(shù)據(jù)記在表2-2中。表2-2Uc(V)4.543.532.521.5充電時(shí)間t2(s)3、用示波器觀察RC電路的方波響應(yīng)-首先將方波發(fā)生器的電源接通使之產(chǎn)生方波，并將此方波輸給示波器，調(diào)整示波器，使其能觀察到合適的穩(wěn)定方波波形(可選幅值3至5V，頻率1KHz左右)。按圖2—3接線。選取不同的R和C。如：(1)C=1000PFR=10KΩ(2)C=0.01μFR=1KΩ(3)C=0.01μFR=10KΩ用示波器觀察uc(t)波形的變化情