試驗(yàn)一階電路的過渡過程

1、實(shí)驗(yàn)2 一階電路的過渡過程實(shí)驗(yàn)2.1電容器的充電和放電一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?充電時(shí)電容器兩端電壓的變化為時(shí)間函數(shù)，畫出充電電壓曲線圖.放電時(shí)電容器兩端電壓的變化為時(shí)間函數(shù)，畫出放電電壓曲線圖.電容器充電電流的變化為時(shí)間函數(shù)，畫出充電電流曲線圖。.電容器放電電流的變化為時(shí)間函數(shù)，畫出放電電流的曲線圖。.測(cè)量RC電路的時(shí)間常數(shù)并比較測(cè)量值與計(jì)算值。.研究R和C的變化對(duì)RC電路時(shí)間常數(shù)的影響。二、實(shí)驗(yàn)器材雙蹤示波器1臺(tái)信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)0.1 pF和0.2 pF電容各1個(gè)1KQ和2KQ電阻各1個(gè)三、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備在圖2-1和圖2-2所示的RC電路中，時(shí)間常數(shù)r可以用電阻R和電容C的乘 機(jī)來計(jì)算。因此r =R C圖2-

2、1電容器的充電電壓和放電電壓在電容器充電和放電的過程中電壓和電流都會(huì)發(fā)生變化，只要在充電或放電 曲線圖上確定產(chǎn)生總量變化63 %所需要的時(shí)間，就能測(cè)出時(shí)間常數(shù)。用電容器充電電壓曲線圖測(cè)量時(shí)間常數(shù)的另一種方法是，假定在整個(gè)充電期間電容器兩端的電壓以充電時(shí)的速率持續(xù)增加， 當(dāng)增大到充滿電的電壓值時(shí)，這 個(gè)時(shí)間間隔就等于時(shí)間常數(shù)?；蛘哂秒娙萜鞣烹婋妷呵€圖來測(cè)量， 假定在整個(gè) 放電期間電容器兩端的電壓以初放電時(shí)的速率持續(xù)減少， 當(dāng)減少到零時(shí)，這個(gè)時(shí) 問間隔也等于時(shí)間常數(shù)。在圖2-2中流過電阻R的電流IR與流過電容器的電流IC相同，這個(gè)電流可 用電阻兩端的電壓VR除以電阻R來計(jì)算。因此Ir=|c=Vr

3、/REJiFD P司1。1 非$ 1 kOhm b圖2-2 電容器的充電電流和放電電流四、實(shí)驗(yàn)步驟1.在電子平臺(tái)上建立如圖2-1所示的實(shí)驗(yàn)電路，信號(hào)發(fā)生器和示波器的設(shè)置 可照?qǐng)D進(jìn)行。示波器屏幕上的紅色曲線是信號(hào)發(fā)生器輸出的方波。信號(hào)發(fā)生器的 輸出電壓在+5V與0之間擺動(dòng)，模擬直流電壓源輸出+5V電壓與短路。當(dāng)輸出電 壓為+5V時(shí)電容器將通過電阻R充電。當(dāng)電壓為0對(duì)地短路時(shí)，電容器將通過電 阻R放電。藍(lán)色曲線顯示電容器兩端電壓Vab隨時(shí)間變化的情況。在下面 V-T坐標(biāo)上畫出電容電壓 Vab隨時(shí)間變化的曲線圖。作圖時(shí)注意區(qū)分充電電壓曲線和 放電電壓曲線。0Tr v2.用曲線圖測(cè)量RC電路的時(shí)間常數(shù)

4、r.根據(jù)圖2-1所示的R,C元件值，計(jì)算RC電路的時(shí)間常數(shù)r o.在電子工作平臺(tái)上建立如圖2-2所示的實(shí)驗(yàn)電路，信號(hào)發(fā)生器和示波器按 圖設(shè)置。單擊仿真電源開關(guān)，激活實(shí)驗(yàn)電路，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。示波器屏幕上的紅 色曲線為信號(hào)發(fā)生器輸出的方波。方波電壓在 +5V和0V之間擺動(dòng)，模擬直流電 源電壓為+5V與短路。當(dāng)信號(hào)電壓為+5V時(shí)，電容器通過電阻R放電。當(dāng)信號(hào)電 壓為0V對(duì)地短路時(shí)，電容器通過電阻 R放電。藍(lán)色曲線表示電阻兩端的電壓與 時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，這個(gè)電壓與電容電流成正比。在下面的V-T坐標(biāo)上畫出電阻（電 容電流）隨時(shí)間變化的曲線圖。作圖時(shí)注意區(qū)分電容的充電曲線和放電曲線。V0T5.根據(jù)R的電阻值

5、和曲線圖的電壓讀數(shù)，計(jì)算開始充電時(shí)的電容電流Ic.根據(jù)R的電阻值和曲線圖的電壓讀數(shù)，計(jì)算開始放電時(shí)的電容電流Ic.用曲線圖測(cè)量RC電路的時(shí)間常數(shù)r.將R改為2KQ o單擊仿真電源開關(guān)，激活電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。用曲線圖測(cè) 量新的時(shí)間常數(shù)r o.根據(jù)新的電阻值R,計(jì)算圖2-2所示的RC電路的新時(shí)間常數(shù)r o.將C改為0.2 pF信號(hào)發(fā)生器的頻率改為500Hz單擊仿真電源開關(guān)，激活 電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。從曲線圖測(cè)量新的時(shí)間常數(shù)r o.根據(jù)R和C的新值，計(jì)算圖2-2所示的RC電路的新時(shí)間常數(shù)r o五、思考與分析.在步驟1中，當(dāng)充滿電后電容器兩端的電壓 Vab有多大？與電源電壓比較 情況如何？放完電后電容器

6、兩端的電壓 Vab是多少？.在步驟2, 3追蹤時(shí)間常數(shù)的測(cè)量值與計(jì)算值比較情況如何?.充滿電后流過電容器的電流是多少?.步驟7中時(shí)間常數(shù)的測(cè)量值與步驟3中的計(jì)算值比較情況如何?.改變R的阻值對(duì)時(shí)間常數(shù)有什么影響?.改變C的容量對(duì)時(shí)間常數(shù)有什么影響?實(shí)驗(yàn)2.2電感中的過渡過程一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?當(dāng)電感中的電流增大時(shí)確定電感電流隨時(shí)間變化的曲線圖。.當(dāng)電感中的電流減小時(shí)確定電感電流隨時(shí)間變化的曲線圖。.當(dāng)電感中的電流增大時(shí)確定電感兩端的電壓隨時(shí)間變化的曲線圖。.當(dāng)電感中的電流減小時(shí)確定電感兩端的電壓隨時(shí)間變化的曲線圖。.測(cè)量RL電路的時(shí)間常數(shù)并比較測(cè)量值和計(jì)算值。.研究R和L元件值變化時(shí)對(duì)RL電路時(shí)間常

7、數(shù)產(chǎn)生的影響。二、實(shí)驗(yàn)器材雙蹤示波器1臺(tái)信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)100mH,200mK感各 1個(gè)1KQ ,2KQ電阻各1個(gè)三、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備在圖2-3中電阻R中的電流iR與電感電流iL相同。這個(gè)電流可用電阻兩端 的電壓VR除以電阻R來計(jì)算，所以i L=i r二V/R在電感中，感應(yīng)電壓 VL與電感電流的變化率成正比。因此VL=L(di/dt)在圖2-3所示的電路中，當(dāng)電感電流達(dá)到靜態(tài)時(shí)， di/d=0 ,電感兩端的感應(yīng) 電壓V_=L(di/dt)=L(0)=0這就是說，電感電流處于靜態(tài)時(shí)電感看上去好象短路一樣，而電源電壓將全 部加到電阻R的兩端。因此，電感中的靜態(tài)電流Il,可由下式求出V=IlR+V=I lR+

8、0=IlRI l=V/R其中，V=+10V在圖2-4所示的RL電路中，當(dāng)電感電流增加時(shí)di/dt為正，則電感兩端的感 應(yīng)電壓也為正；當(dāng)電感電流減小時(shí)di/dt為負(fù)，則感應(yīng)電壓也為負(fù)。當(dāng)電感電流 IL剛剛開始增大時(shí)電感兩端的感應(yīng)電壓最大。在這一時(shí)刻電流 I L為00100 mHsin圖2-3電感中的暫態(tài)電流圖2-4電感中的暫態(tài)電壓當(dāng)電流為0時(shí)的電阻R兩端的電壓V-(I l)R=(0)R=0而電感兩端的電壓可由下式求出V=VR+VL=0+V=VL=10V在圖2-3和圖2-4中電路的時(shí)間常數(shù)p可用電感值L電阻值R來計(jì)算。由此，r =L/R0從曲線圖上確定電感電壓或電流變化全程的三分之二所需要的時(shí)間可

9、測(cè)出RL電路的時(shí)間常數(shù)。從電感電流曲線圖測(cè)量時(shí)間常數(shù)的另一種方法是，假定在整個(gè)電流變化期間電感電流都以最初的速率繼續(xù)增大，則從開始到最后達(dá)到穩(wěn)定值所需要的時(shí)間就等于時(shí)間常數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.在電子工作平臺(tái)上建立如圖 2-3所示的實(shí)驗(yàn)電路，信號(hào)發(fā)生器和示波器的 設(shè)置可按圖進(jìn)行。單擊仿真電源開關(guān)，激活電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。在示波器的屏幕 上紅色曲線為信號(hào)發(fā)生器的方波輸出，輸出電壓在 +10V和0V之間跳變，模擬加 +10V直流電壓與短路。當(dāng)信號(hào)電壓為+10V時(shí)，電感電流將增加直至達(dá)到最大靜 態(tài)值。當(dāng)信號(hào)電壓為0時(shí)相當(dāng)于對(duì)地短路，電感電流將減小直至達(dá)到 00屏幕上 藍(lán)色曲線表示電阻 R兩端的電壓與時(shí)間的

10、函數(shù)關(guān)系，這個(gè)電壓與電感電流成正 比。在下面的V-T坐標(biāo)上作出電阻電壓（電感電流）的曲線圖，作圖時(shí)要注意區(qū) 分代表電感電流增大的部分和電感電流減小的部分。V0T2.根據(jù)R的阻值和曲線圖電壓讀數(shù)，計(jì)算達(dá)到最大穩(wěn)態(tài)時(shí)的電感電流IL.根據(jù)R的阻值和+10V信號(hào)輸出電壓，計(jì)算達(dá)到最大穩(wěn)態(tài)時(shí)的電感電流IL.從曲線圖測(cè)量RL電路的時(shí)間常數(shù)r .根據(jù)圖2-3中R和L的元件值，計(jì)算RL電路的時(shí)間常數(shù)r子工作平臺(tái)上建立如圖2-4所示的實(shí)驗(yàn)電路，按圖2-3對(duì)信號(hào)發(fā)生器和示 波器進(jìn)行設(shè)置。單擊仿真電源開關(guān)，激活電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。在示波器屏幕上， 紅色曲線表示信號(hào)發(fā)生器的方波輸出，信號(hào)電壓在 +10V和0V之間跳變，

11、模擬加 +10V直流電壓與短路。當(dāng)信號(hào)電壓跳變到 +10V時(shí)，電感電流將增加直至達(dá)到最 大靜態(tài)值，電感電流達(dá)到靜態(tài)后將使電感電壓降為 00當(dāng)信號(hào)電壓跳變到0對(duì)地 短路時(shí)，電感電流將減小直至達(dá)到 0,電感電流到0后將引起電感電壓變負(fù)，變 小。屏幕上藍(lán)色曲線表示電感兩端的電壓 Vab與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。在下面的 V-T 坐標(biāo)上畫出電感電壓 Vab的曲圖，作圖時(shí)注意區(qū)分電感電流增加時(shí)的電壓曲線和 電感流減時(shí)的電壓曲線；V7大曲線圖測(cè)量RL電路的時(shí)間常數(shù)T 。8,將改為2kQ ,單擊仿真電源開關(guān)，再次激活電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。從曲線圖測(cè) 量新的時(shí)間常熟T o.根據(jù)R的新阻值，計(jì)算圖2-4所示的RL電路的新時(shí)間常數(shù)r 0.將L改為200mH單擊仿真電源開關(guān)，再次激活電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，從曲線圖測(cè)量新的時(shí)間常數(shù)r o.根據(jù)R和L的新值，計(jì)算圖2-4所示的RL電路新的時(shí)間常數(shù)r 0五、思考與分析.步驟1,2中電感的最大靜態(tài)電流測(cè)量值與步驟 3中的計(jì)算值比較，情況如 ?.步驟5中時(shí)間常數(shù)p的計(jì)算值與步驟4中的測(cè)量值比較