为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划rc一阶动态电路暂态过程的研究实验报告大学物理课题RC、RLC电路的暂态过程教学目的1、观察RC电路的暂态过程，理解时间常数的意义。2、观察RLC串联电路的暂态过程及其阻尼震荡规律。重难点1、观察RC电路的暂态过程，理解时间常数的意义；学会测量RC暂态过程半衰期的方法，并由此求出时间常数。观察RLC串联电路的暂态过程及其阻尼震荡规律。2、理解当L、C一定时，R值的不同导致RLC电路出现三种不同的阻尼震荡的原因。教学方法讲授与实验演示相结合。学时3学时。一前言RC串联电路与直流电源相接，当接通电源或断开电源的瞬间将形成电路充电或放电的瞬态变化过程，这瞬态变化快慢是由电路内各元件量值和特性决定的，描述瞬态变化快慢的特性参数就是放电电路的时间常数或半衰期。本实验主要研究当方波电源加于RC串联电路时产生的RC瞬态放电曲线及用示波器测量电路半衰期的方法；同时还要了解方波电源加于RLC串联电路时产生的阻尼衰减震荡的特性及测量方法。二实验仪器FB318型RLC电路实验仪，双踪示波器。三实验原理1、RC电路的瞬态过程电阻R与纯电容C串联接于内阻为r的方波信号发生器中，用示波器观察C上的波形。在方波电压值为U0的半个周期时间内，电源对电容C充电，而在方波电压为零的半个周期内，电容器捏电荷通过电阻放电。充放电过程如图所示，电容器上电压UC随时间t的变化规律为UC=U01-e-t/(R+r)c(充电过程)测RC充放电电路tRC放电曲线t/(R+r)cUC=U0e-式中，(R+r)c称为电路的时间常数。当电容C上电压在放电时由UC减少到U0/2时，相应经过的时间成为半衰期T1/2，此时T1/2=c2=(3)一般从示波器上测量RC放电曲线的半衰期比测弛豫时间要方便。所以，可测量半衰期T1/2，然后，除以2得到时间常数c。2、RLC串联电路的瞬态过程当开关S打到1时，电容充电至U0，然后把开关S打到2，电容在闭合的RLC电路中放电，后者电路方程是：diL+Ri+UC=0(4)dtRLC瞬态过程电路dUC其中，UC为电容上的电压，i为通过回路的电流。又有i=c，dt将其代入式，得dUCdUC1L2+UC=0CdtdtdUC根据起始条件t=0时，UC=U0且解方程，有三种情况：dt(1)R2，相应电路为过阻尼状态，其解为CUC=4LU0e2RC?4L?t?sh(t+)(9)2L式中=，这时电路将因阻尼过大不产生振荡，而是慢慢放电，最R后UC=0。这是过阻尼状态，。而=1LCR2C?1。4LR=24L对应于临界阻尼状态，它是过阻尼到阻尼振动之间的过度分C界。用示波器显示RLC串联电路瞬态过程，可以用方波替代时通时断的直流电源，这时电源电压为U=U0(前半周期)对于方程式，等式右边为0和等式右边为常数U0，其解是等同的。因此，在一个方波周期内，可以从示波器屏幕上观察到两个衰减振荡波形。四实验内容及步骤1、RC串联电路的暂态特性选择合适的R和C值，根据时间常数，选择合适的方波频率，一般要求方波的周期T10,这样能较完整地反映暂态过程,并且选用合适的示波器扫描速度,以完整地显示暂态过程。改变R值或C值，观测UR或UC的变化规律，记录下不同RC值时的波形情况，并分别测量时间常数。2、RLC串联电路的暂态特性先选择合适的L、C值，根据选择的参数，调节R值大小。观察三种阻尼振荡的波形。如果欠阻尼时振荡的周期较少，则应重新调节L、C值。五实验注意事项1、由于FB318型RLC电路实验仪采用了功率信号输出，故接线时应特别注意防止短路。2、信号源电压输出必须保持较小值，UPP取2-5V。六实验数据及处理1、不同的RC时的UC波形及其时间常数的测量方波频率169；测=T1/2UC的波形实验十一阶动态电路暂态过程的研究一、实验目的1研究一阶电路方波响应的变化规律和特点。2学习用示波器测定电路时间常数的方法。3掌握微分电路与积分电路的测试方法。二、必备知识1电路换路后无外加独立电源，仅由电路中动态元件初始储能而产生的响应称为零输入响应。若电路的初始储能为零，仅由外加独立电源作用所产生的响应称为零状态响应。2动态电路的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，用一般的双踪示波器观察电路的过渡过程和测量有关的参数，必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用信号源输出的方波来模拟阶跃激励信号，即方波的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号，方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。只要选择方波的半个周期大于被测电路时间常数的35倍，电路在这样方波序列信号的作用下，它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是相同的。3.时间常数的测定方法一阶电路的时间常数是一非常重要的物理量，它决定零输入响应和零状态响应按指数规律变化的快慢。RC电路的时间常数可从示波器观察的响应曲线中测量出来。图所示电路，对于零输入响应：uC?US?t/RC?t/?e?US?eU当t?时，uC(?)?，此时所对应的时间就等于，如图。对于零状态响应，可用其响应波形增长倒所对应的时间测得，如图。图10.2时间常数的测量4微分电路和积分电路是一阶电路较典型的电路。在方波激励下，当电路元件参数和输入信号的周期满足一定的要求时，构成输出电压波形和输入电压波形之间的特定关系。uC?R?图10.3微分电路?如图所示RC电路，由R端作为响应输出，输入信号uS如图所示，方波重复周期为T，若满足即uR?iR?RCduduS?RCdtdt?RC?T2时，此时电路的输出电压与输入信号近似成微分关系，此电路称为微分电路，其响应波形为正负尖脉冲如图。uS(t)2/TtT?t图微分电路输入波形图微分电路输入波形R?uc?t图10.6积分电路图积分电路输出波形若将图中的R与C位置调换，由C端作为响应输出，且满足?RC?T2时，即构成积分电路，如图，此时电路的输出电压与输入信号近似成积分关系，即uC?1C?idt?1RC?uSdt输出端得到近似三角波的电压，如图所示。三、预习要求1预习教材中有关RC一阶电路响应的内容。2预习本实验指导、中功率函数信号发生器和示波器的使用方法。四、实验仪器1SS-7802A型双踪示波器2SG1645型功率函数信号发生器3十进制电容箱4.旋转式电阻箱5.电感箱GX3/4(010)100mH五、实验任务1示波器测试RC电路的时间常数图是一RC串联电路，输入方波电压峰-峰值为4V，周期2mS。改变R或C，观察对输出电压uC的影响，用文字叙述观察结果。当电路的时间常数=时，记录对应的R、C值，并定量描绘出输出波形。C图RC一阶电路2给定方波作为输入信号，其参数为：峰-峰值4V，周期2mS，设计一微分电路，使其输出为尖脉冲波形。画出电路图，由R、C参数值计算时间常数，描绘uS、uR的波形图。3输入信号与任务2相同，设计一积分电路，记录各参数及uS、uc的波形图。观察不同R、C参数的积分效果，并分析如何提高输出电压的幅值。4将图的电容箱换接为电感箱，调节R或L的值，观察uL波形。选定一组参数，画出uL的波形。六、实验报告要求1按照实验任务的要求，用坐标纸画出所观察的波形，并标明电路参数和时间常数。2总结示波器测定时间常数的方法。3根据实验观察结果，归纳、总结微分电路和积分电路的特点。实验六项目名称：一阶电路的暂态响应一、实验目的1研究一阶RC电路的充电和放电特性。2了解测定RC电路时间常数的方法。3用示波器观察RC电路的方波响应。二、实验原理1电路时间常数的测定方法RC电路充放电时，其时间常数值的大小决定电容充电和放电的快慢。当电路过渡过程持续时间t为值的46倍时，可认为电路达到稳定状态，过渡过程基本结束。实验测定的值，一般有以下几种方法：(1)充电时，由uC(t)?US(1?e?t/?)可知，当t=时，uC?，于是在充电曲线uC(t)上找出uC?的点所对应的时间即为值，如图6-1(a)所示。图6-1电路时间常数值的测定(2)在电流曲线i(t)上任取a和b两个点。如图6-1(b)所示。由于a，b两点在曲线i(t)上，所以a、b两点的坐标ai1，t1和bi2，t2满足方程i?US?t/?e。通过代换可得Rt2?t1lni(1/i2)(3)在电流曲线i(t)上任取一点D，过D点作切线DF和垂线DE，如图6-1(c)所示。则DE?。次切距EF的长度便是的值，即EF?tg?2RC电路的方波响应(a)(b)图6-2微分电路(b)图6-3积分电路(1)图6-2(a)是微分电路，输入电压ui为图6-2(b)所示的矩形脉冲电压，T为脉冲电压的周期，T?。由于=RC与T相比小得多，电容的充放电在远小于T的时间内即可完成。图6-2(b)画出了电压uC和u0的波形，其中过渡过程的时间宽度是放大画出的。在大多数时间内，uC?ui，而u0?CduCdu?R?RCi，即输入电压ui和输出电压u0近似成微dtdt分关系。(2)图6-3(a)是积分电路，输入电压ui是周期为T的矩形脉冲电压，T?。由于=RC与T相比大得多，电容的充放电进行得十分缓慢，在大多数时间内，uR?ui，而uC?u0?11tidtu?，即i?u/R0iC?RC?t?uidt，因此输出电压u0与输入ui近似成积分关系。图6-3(b)是ui、uR及u0的波形。四、实验步骤图6-4一阶电路暂态响应的实验线路1按图6-4(a)在图6-4(C)中进行接线并设置开关，组成微分电路。方波信号发生器的输出电压作为微分电路的输入电压ui。将该电压的频率调节到1000Hz，电压有效值为3V。电阻R为1k，电容C为001F。然后用示波器观察输入电压ui，电容电压uC和输出电压u0的波形，并且按适当的比例把观察到的输入电压ui，电容电