長江大學物理實驗報告RC,RLC電路的暫態(tài)過程

1、大學物理課題RC、RLC電路的暫態(tài)過程教學目的1、觀察RC電路的暫態(tài)過程，理解時間常數(shù)它的意義。重 難占 八、2、觀察RLC串聯(lián)電路的暫態(tài)過程及其阻尼震蕩規(guī)律。1、觀察RC電路的暫態(tài)過程，理解時間常數(shù)它的意義；學會教學方法測量RC暫態(tài)過程半衰期的方法，并由此求出時間常數(shù)缶觀察RLC串聯(lián)電路的暫態(tài)過程及其阻尼震蕩規(guī)律。2、理解當L、C 一定時，R值的不同導致RLC電路出現(xiàn)三種 不同的阻尼震蕩的原因。講授與實驗演示相結合。學-前言時3學時。RC串聯(lián)電路與直流電源相接，當接通電源或斷開電源的瞬間將形成電路充 電或放電的瞬態(tài)變化過程，這瞬態(tài)變化快慢是由電路內(nèi)各元件量值和特性決定 的，描述瞬態(tài)變化快慢的

2、特性參數(shù)就是放電電路的時間常數(shù)或半衰期。本實驗主要研究當方波電源加于RC串聯(lián)電路時產(chǎn)生的RC瞬態(tài)放電曲線及 用示波器測量電路半衰期的方法；同時還要了解方波電源加于RLC串聯(lián)電路時產(chǎn) 生的阻尼衰減震蕩的特性及測量方法。實驗儀器FB318型RLC電路實驗儀，雙蹤示波器。實驗原理1、RC電路的瞬態(tài)過程電阻R與純電容C串聯(lián)接于內(nèi)阻為r的方波信號發(fā)生器中，用示波器觀 察C上的波形。在方波電壓值為U。的半個周期時間內(nèi)，電源對電容C充電，而在方波電壓為零的半個周期內(nèi)，電容器捏電荷通過電阻（R+r）放電。充放電過程如圖所示，電容器上電壓Uc隨時間t的變化規(guī)律為Uc= Uo l-e-t/（R+r）C（充電過程）

3、（1）測RC充放電電路RC放電曲線t / （R+r）cUc二UoG（放電過程）（2）式中，（R+r）c稱為電路的時間常數(shù)（或弛豫時間）。當電容C上電壓 在放電時由Uc減少到Uo/2時，相應經(jīng)過的時間成為半衰期Ti/2, ftT1/2=(R+r) C In 2=0. 693 (R+r) c-般從示波器上測量RC放電曲線的半衰期比測弛豫時間要方便。所以，可測量半衰期Ti/2,然后，除以In 2得到時間常數(shù)（R+r） Co2、RLC串聯(lián)電路的瞬態(tài)過程（電路如圖所示.這部分內(nèi)容選做。）當開關S打到1時，電容充電至U。，然后把開關S打到2,電容在閉合的RLC電路中放電，后者電路方程是:diL +R 祥

4、Uc=0 dtRLC瞬態(tài)過程電路其中，艮為電容上的電壓，為通過回路的電流。乂有i = cd Ucdtd2 Uc dt21 IT+Uc = 0將其代入（4）式，得(5)根據(jù)起始條件40時，Uc=U。且蠟 =0解方程，有三種情況: dr-,即阻尼較小情況，方程（4）的解為Uo C r cos (wt + q) 4L-R-C其中時間常數(shù)2L,多為初相位(7)衰減振動的角頻率w4L(8)9 4L（2） 16令，相應電路為過阻尼狀態(tài)，其解為Uc 二ue sh 頃+饑 R2C-4LV *2L式中丁二B ,這時電路將因阻尼過大不產(chǎn)生振蕩，而是慢慢放電，最后 Uc = Oo這是過阻尼狀態(tài)，。而/%】。9 4L

5、（3）R%對應于臨界阻尼狀態(tài)，它是過阻尼到阻尼振動之間的過度分界。用示波器顯示RLC串聯(lián)電路瞬態(tài)過程，可以用方波替代時通時斷的 直流電源，這時電源電壓為U (t)=0（前半周期U。（后半周期）對于方程（5）式，等式右邊為0和等式右邊為常數(shù)U。，其解是等 同的。因此，在一個方波周期內(nèi)，可以從示波器屏幕上觀察到兩個 衰減振蕩波形。實驗內(nèi)容及步驟1、RC串聯(lián)電路的暫態(tài)特性選擇合適的R和C值，根據(jù)時間常數(shù)務選擇合適的方波頻率，一 般要求方波的周期T10寫這樣能較完整地反映暫態(tài)過程，并且選用 合適的示波器掃描速度，以完整地顯示暫態(tài)過程。改變R值或C值，觀測Ur或Uc的變化規(guī)律，記錄下不同RC值時的 波形

6、情況，并分別測量時間常數(shù)缶2、RLC串聯(lián)電路的暫態(tài)特性先選擇合適的L、C值，根據(jù)選擇的參數(shù)，調(diào)節(jié)R值大小。觀察三種 阻尼振蕩的波形。如果欠阻尼時振蕩的周期較少，則應重新調(diào)節(jié)L、 C值。實驗注意事項1、由于FB318型RLC電路實驗儀采用了功率信號輸出，故接線時應特別注 意防止短路。2、信號源電壓輸出必須保持較小值，Upp取2-5Vo實驗數(shù)據(jù)及處理1、不同的RC時的Uc波形及其時間常數(shù)的測方波頻率169 (Hz)； 丁測二T】/ln2序號R(Q)c (沖E 理(S)丁土的長度X(cm)掃描速率 (ms/cm)Ti (s)2T 測(s)相對誤 差11K0.44 4X10-0. 2912. 9X10*4. 2X10-14. 5%21. 2K0.33. 6X1(/0. 2712. 7X10*3. 9X10-48. 1%32K0.34 6X1。-0. 4414.4X10”6. 4X1(/6. 6%Uc的波形A UCL=6mH, OO. 5p f(1)欠阻尼振蕩(R=10Q)Uc（2）臨界阻尼振蕩（R=220Q）（3）過阻尼振