長(zhǎng)江大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告RC,RLC電路的暫態(tài)過程

1、大學(xué)物理課題RC、RLC電路的暫態(tài)過程教學(xué)目的1、觀察RC電路的暫態(tài)過程，理解時(shí)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(shí)間常數(shù)它的意義；學(xué)會(huì)教學(xué)方法測(cè)量RC暫態(tài)過程半衰期的方法，并由此求出時(shí)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(dāng)L、C 一定時(shí)，R值的不同導(dǎo)致RLC電路出現(xiàn)三種 不同的阻尼震蕩的原因。講授與實(shí)驗(yàn)演示相結(jié)合。學(xué)-前言時(shí)3學(xué)時(shí)。RC串聯(lián)電路與直流電源相接，當(dāng)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(shí)間常數(shù)或半衰期。本實(shí)驗(yàn)主要研究當(dāng)方波電源加于RC串聯(lián)電路時(shí)產(chǎn)生的RC瞬態(tài)放電曲線及 用示波器測(cè)量電路半衰期的方法；同時(shí)還要了解方波電源加于RLC串聯(lián)電路時(shí)產(chǎn) 生的阻尼衰減震蕩的特性及測(cè)量方法。實(shí)驗(yàn)儀器FB318型RLC電路實(shí)驗(yàn)儀，雙蹤示波器。實(shí)驗(yàn)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(hào)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(gè)周期時(shí)間內(nèi)，電源對(duì)電容C充電，而在方波電壓為零的半個(gè)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(shí)間t的變化規(guī)律為Uc= Uo l-e-t/（R+r）C（充電過程）

3、（1）測(cè)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(shí)間常數(shù)（或弛豫時(shí)間）。當(dāng)電容C上電壓 在放電時(shí)由Uc減少到Uo/2時(shí)，相應(yīng)經(jīng)過的時(shí)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(cè)量RC放電曲線的半衰期比測(cè)弛豫時(shí)間要方便。所以，可測(cè)量半衰期Ti/2,然后，除以In 2得到時(shí)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(dāng)開關(guān)S打到1時(shí)，電容充電至U。，然后把開關(guān)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(shí)，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(shí)間常數(shù)2L,多為初相位(7)衰減振動(dòng)的角頻率w4L(8)9 4L（2） 16令，相應(yīng)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(shí)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(duì)應(yīng)于臨界阻尼狀態(tài)，它是過阻尼到阻尼振動(dòng)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(shí)通時(shí)斷的 直流電源，這時(shí)電源電壓為U (t)=0（前半周期U。（后半周期）對(duì)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(gè)方波周期內(nèi)，可以從示波器屏幕上觀察到兩個(gè) 衰減振蕩波形。實(shí)驗(yàn)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(shí)間常數(shù)務(wù)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(cè)Ur或Uc的變化規(guī)律，記錄下不同RC值時(shí)的 波形

6、情況，并分別測(cè)量時(shí)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(shí)振蕩的周期較少，則應(yīng)重新調(diào)節(jié)L、 C值。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、由于FB318型RLC電路實(shí)驗(yàn)儀采用了功率信號(hào)輸出，故接線時(shí)應(yīng)特別注 意防止短路。2、信號(hào)源電壓輸出必須保持較小值，Upp取2-5Vo實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理1、不同的RC時(shí)的Uc波形及其時(shí)間常數(shù)的測(cè)方波頻率169 (Hz)； 丁測(cè)二T】/ln2序號(hào)R(Q)c (沖E 理(S)丁土的長(zhǎng)度X(cm)掃描速率 (ms/cm)Ti (s)2T 測(cè)(s)相對(duì)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