綜合電路實(shí)驗(yàn)電子教案

綜合電路實(shí)驗(yàn)電子教案一、RC，RL，RLC串連電路的暫態(tài)研究1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?,研究RC，RL，LC,RLC等電路的暫態(tài)過程，學(xué)習(xí)掌握各種電路中各種物理量的變化規(guī)律。2,通過實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)電容，電感特性的理解，以及R，L,C各元件在不同電路中的性能及其在暫態(tài)過程中的作用，同時(shí)加深理解時(shí)間常數(shù)的概念。實(shí)驗(yàn)要求：

1、獨(dú)立完成電路的連接和調(diào)節(jié)

2、仔細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和繪制實(shí)驗(yàn)圖像

3、認(rèn)真回答課后思考題2實(shí)驗(yàn)原理：1,RC串聯(lián)電路：在電阻R和電容C組成的直流串聯(lián)電路中，暫態(tài)過程即是電容器的充放電過程原理圖：開關(guān)K合向1時(shí)，直流電源對(duì)電容器C充電，電路方為：將其代入上式，考慮初始條件得到方程的解為：由將充放電過程中電容器兩電壓和電流隨時(shí)間的變化關(guān)系為：圖13上式表明：在充放電過程中，電容器上的電量q和電壓以及電量i均按指數(shù)規(guī)律變化RC串連電路充放電曲線如圖所示：。2,RL串連電路：如圖（3）所示，在由電阻R和電感L組成的直流串聯(lián)電路中，當(dāng)開關(guān)K合向“1”時(shí)，電路兩端電壓從0突變?yōu)镋，但由于電感L的自感作用，閉路中的電流不會(huì)瞬間突變，而是逐漸增加到最大值電路方程為：考慮到初始條件，得到

圖3圖24方程的解為：可見，回路電流i是經(jīng)過一指數(shù)增長(zhǎng)過程，逐漸達(dá)到穩(wěn)定值的，i增長(zhǎng)快慢由時(shí)間決定。同理，當(dāng)開關(guān)K從“1”側(cè)向“2”時(shí)，電流i不會(huì)猝然降至零而只會(huì)消失為零。電路方程為：。由初始條件可以得到方程的解為：可見，將電源斷開后，物理量i,u

也按指數(shù)規(guī)律變化，變化的快慢用同一時(shí)間常數(shù)來表征。52．LC串連電路：由電感和電容組成得直流串連電路如圖4所示，當(dāng)K與"1"接通，電源對(duì)電容C充電，回路方程為：將上式對(duì)t求導(dǎo)得：這是簡(jiǎn)諧振動(dòng)得基本方程，考慮到初始條件，T＝0，i=0,Uc=0，可以得到方程得解為：圖46可見，電源對(duì)電容充電時(shí)，由于電感的自感作用，回路電流i以及電容、電感上的降壓將發(fā)生周期性的變化，形成電磁振蕩，振蕩頻率為：，當(dāng)K合向“2”時(shí)，電容器放電，回路方程為：可見再初始條件變化的條件下，電容放電過程中，電路中的各物理量以同樣的角頻率做電磁振蕩。7

4.RLC串連電路：以上所討論的LC串聯(lián)電路形成自由電磁振蕩只是理想情況，即以為電容和電感中都沒有電阻，可實(shí)際上不但電容和電感本身都有電阻，而且回路中也存在回路電阻，這些電阻之和，是會(huì)電路產(chǎn)生影響的，電阻是耗散元件，將使電能單向轉(zhuǎn)化為熱能?？梢韵胂?，電阻的主要作用就是把阻尼項(xiàng)引入到方程中由電阻R,電感L和電容C組成的直流串聯(lián)電路如圖5所示，當(dāng)K與"l"接通，電源對(duì)電容器充電，電容上的電壓隨時(shí)間變化，回路方程為：對(duì)其求導(dǎo)得：8這是簡(jiǎn)諧振動(dòng)的基本方程，考慮初始條件t=0，i=0,的解有三種形式：1.，時(shí)間常數(shù)，振蕩頻率是此電路的各物理量均呈現(xiàn)振蕩特性，振蕩呈指數(shù)衰減，衰減快慢由馳豫時(shí)間決定，這種這種情況稱為阻尼振蕩狀態(tài)。圖592.，此時(shí)方程解為：此時(shí)電路中各物理量不在具有周期性變化的規(guī)律，這種狀態(tài)稱為臨界阻尼狀態(tài)。3．，此時(shí)電路中的各物理量不再具有周期性變化的規(guī)律，而是緩慢的趨向平穩(wěn)值，并且變化率比臨界臨界狀態(tài)時(shí)要小，這便是過阻尼狀態(tài)。方程解如下：式中的10三種狀態(tài)的曲線為（圖6所示）：

當(dāng)K與“2”接觸時(shí)，電容在閉合回路中放電，回路方程為：此式與放電過程回路形式相同，只是初始條件不同，放電過程t=0時(shí)i=0,Uc=E方程解為：或圖611可見，電路在充放電過程中物理量變化規(guī)律類似，只是最后趨向平衡狀態(tài)不同。

【實(shí)驗(yàn)儀器】

電阻、電容、電感、信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、導(dǎo)線及綜合電路實(shí)驗(yàn)箱。1．RC電路的暫態(tài)過程參照?qǐng)D7的電路圖，用示波器代替圖5.8-1電路中的直流電源和開關(guān)。方波信號(hào)在時(shí)間內(nèi)，以【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】12以恒定電壓加在RC電路兩端，相當(dāng)于電源接通，電容器充電；方波信號(hào)在時(shí)間內(nèi)，輸出電壓為零，相當(dāng)于圖（1）中開關(guān)K合向“2”斷開電源，電容器經(jīng)電阻R放電，對(duì)電路中發(fā)生地周期性充電過程，可以很方便的在示波器上觀察到電容器上周期性變化地充放電曲線，如圖8：圖7圖813（1）、觀察電容器上電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系。按圖（7）連接線路，固定方波輸出信號(hào)頻率f=1KHZ,電容C取0.1uF，改變R的阻值，使得，觀察并記錄這三種情況下Uc的波形，并分別解釋Uc的變化規(guī)律。（2）測(cè)量時(shí)間常數(shù)。選擇方波信號(hào)的頻率和電阻R值，使至滿足，在毫米坐標(biāo)紙上記錄下方波波形和的波形。利用x軸時(shí)基因數(shù)，用作圖法求出半衰期，由此計(jì)算時(shí)間常數(shù)，并與進(jìn)行比較。（3）觀測(cè)電流波形。如要觀察電流波形，請(qǐng)考慮應(yīng)如何改變電路連線，觀察記錄在三種情況下的波形并分析其變化規(guī)律。142．RL電路的暫態(tài)過程

按照?qǐng)D9所示連接電路，電感取值L＝68mH，參照RC電路的暫態(tài)過程的觀測(cè)方法，觀測(cè)三種不同值情況下，UR和UL的波形，測(cè)量時(shí)間常數(shù)，并與理論公式進(jìn)行比較。3．RLC電路的暫態(tài)過程

按照?qǐng)D10所示連接電路，用示波器觀測(cè)UcRLC阻尼振蕩的全過程，需要適當(dāng)調(diào)節(jié)方波信號(hào)的頻率。電感取值L＝68mH，計(jì)算三種不同阻尼狀態(tài)對(duì)應(yīng)的電阻范圍。，為了清楚的觀測(cè)到（1）、觀測(cè)阻尼振蕩狀態(tài)，選擇適合的R值及方波信號(hào)，使示波器上出現(xiàn)完整的阻尼振蕩波形，如圖11所示，測(cè)量振蕩周期T及馳豫時(shí)間，從示波器上測(cè)量阻尼振蕩時(shí)，任意兩個(gè)同一側(cè)的振蕩值對(duì)應(yīng)的時(shí)間以及在時(shí)間間隔

內(nèi)振蕩的次數(shù)n15如圖12所示，則可求出T和，并