實驗二 RC電路的過渡過程

實驗二RC電路的過渡過程一、實驗?zāi)康?、研究RC電路在零輸入、階躍激勵和方波激勵情況下，響應(yīng)的基本規(guī)律和特點。2、學(xué)習(xí)用示波器觀察分析電路的響應(yīng)。二、實驗屬性（驗證性）三、實驗儀器設(shè)備及器材電工實驗裝置：DG011T、DY031T、DG053T、DY053T示波器四、實驗要求1、預(yù)習(xí)時仔細(xì)閱讀實驗指導(dǎo)書，復(fù)習(xí)教材中的有關(guān)內(nèi)容。2、明確實驗?zāi)康?、任?wù)和了解實驗原理。五、原理及說明1、一階RC電路對階躍激勵的零狀態(tài)響應(yīng)就是直流電源經(jīng)電阻R向C充電。對于圖4-1所示的一階電路，當(dāng)t=0時開關(guān)由位置2轉(zhuǎn)到位置1，由方程t≥0初始值UC（0-）=0可以得出電容電壓和電流隨時間變化的規(guī)律：t≥0t≥0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，具有時間的量綱，稱為時間常數(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)的時間越長即過渡過程時間越長。反之，τ越小，過渡過程的時間越短。2、電路在無激勵情況下，由儲能元件的初始狀態(tài)引起的響應(yīng)稱為稱為零輸入響應(yīng)，即電容器的初始電壓經(jīng)電阻R放電，在圖4-1中，讓開關(guān)K于位置1，始初始值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上的電壓和電流隨時間變化的規(guī)律：t≥0t≥01R +K2 +Us uc（t） C-I（t）-圖4-13、對于RC電路的方波響應(yīng)，在電路的時間常數(shù)遠(yuǎn)小于方波周期時，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-）時把電源用短路置換，電路響應(yīng)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。本實驗采用的方波是信號的頻率為1000赫茲。六、實驗步驟：1、測定RC電路的電容充電過程。按圖4-2接線，先調(diào)節(jié)電源電壓U=5V。在開關(guān)K由2置于1時的瞬間開始用秒表計時，實驗板上有秒表與5V電壓表，使用時只須外接5V直流電源即可。當(dāng)電壓表指示的電容電壓UC達(dá)到表4-1中所規(guī)定的某一數(shù)值時，將開關(guān)置于2點（中間點），用秒表記下時間填在表4-1中，然后開關(guān)K置于1點，重復(fù)上述實驗并記下各時間。其中：U=5VR=100KΩC=147F1kR +23 +U uc（t） cV-I（t）-圖4-2表4-1UC（V）1.522.533.544.5充電時間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4-2接線，電容電壓為4.5V。用秒表計時，在t=0時，將開關(guān)K置于3點，方法同上。數(shù)據(jù)記在表4-2中。表4-2UC（V）4.543.532.521.5放電時間t2（s）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)定方波形（可選幅值3至5V，頻率1KHZ左右）。按圖4-3接線。取不同的R和C。如：R方波示發(fā)波生C器器圖4-3（1）C=1000pFR=10KΩ（2）C=1000pFR=100KΩ（2）C=0.01FR=1KΩ（