RCL串联电路.docVIP

实验十RLC串联电路的暂态过程 RC.?RL或者RLC电路的暂态过程即指电路由一个平衡态到另一个平衡图的变化过程。一般说，由于变化过程持续时间很短，所以称作为暂态过程。暂态过程的物理原理就是微分电路、积分电路等基础在脉冲技术等方便有较广泛的应用。? 串联电路与直流电源相接，当电源接通或断开的瞬间将形成电路充电或放电的暂态变化过程，变化快慢是由电路中各元件的量值和特性决定的，描述暂态变化快慢的特性参数是放电电路的时间常数或半衰期。?一.实验目的?1.?通过对RC和RL电路的暂态过程的学习，加深对电容和电感特性的认识。?2.?考察与研究RCL〔串联电路的暂态过程的三种状态。?3.?学巧实验方波信号与双综示波器，显示暂态信号?4.?学习实验数字式示波器，了解示波器的存储、输出功能。 ?二.实验原理? 1. RC电路的暂态过程?(1)?充电过程?在图1所示的电路中，开关k拨到1后，接通电源，电流便通过电阻,对电容器C进行充电，电容器上的电荷逐渐积累，电容两端的电压随着增加，同时电阻两端的电Ur=E-Uc,.随之减小。?电路中，电流在开关K拨到1的瞬间，电容器上没有电荷的积累，电源电压全部降到电阻R上，此时，电流Io=ER为最大。随着电容器上电荷的积累，Uc增大，充电电流i=E-UcR也随之减小，同时向电容提供的电量q减小，电容两端的电压Uc增加的速度变慢，即电容的充电速度越来越慢，直至Uc=0时，充电过程终止，电路达到稳定状态。这个暂态变化的具体数学描述为q=CUc? 充电过程： (2)放电过程?图1所示电路充电过程结束后，开关K由1拨向2，电容器C已带有电荷.开关K拨向2的瞬时Uc=E.电流最大Io=ER，随后，电容上的电荷通过R开始放电,Uc减小，放电电流i也随之减小，这就使得Uc减小的速度放慢。放电过程的数学描述为Uc+Ir=0 2. RL电路的暂态过程 电流由0由增长到一定过程后，才达到稳定状态，这个过程也是一个指数变化的过程。当电流达到稳定后，将1拨向2，电杆上的电流仍不能突变，电路中仍然存在电流，不过电流在逐渐减小。 3. RLC串联电路的暂态过程 （1） 放电过程 ① R^24L/C Uc随时间变化的规律如图6中的曲线I所示，及阻尼振动状态，此时振动的振幅呈指数衰减. ② R^2=4L/C 对应临界阻尼状态，曲线如图II ③ R^24L/C 对应于过阻尼状态，对应曲线III （2） 充电过程。 开关先在位置2，待电容放电结束，再把K拨到1，电源E对电容充电， 可见，充电过程和放电过程十分类似，只是最后趋向的平衡位置不同。?用示波器显示RLC串联电路的暂态过程，可以用方波代替时通时断的直流电源，这时电源电压在半个周期中为0，?在半个周期限中为E。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。? 三．实验仪器和器材：方波信号发生器，数字式存储示波器，电阻箱，电容箱，电感等。 四．实验步骤： 1. RC电路的暂态过程研究 2.RL电路的暂态过程研究 3.RCL电路的暂态过程研究 实验通过观察Q~t关系曲线，研究RLC串联电路三种暂态过程状态：即欠阻?屈状态、临界阻尼状态、过阻尼状态。由于Uc(T)=Q(T)/C,?所以Q(T)的波形完?全相似，于是在示波器上就能观察到在不同R下的0K)随时间变化的三种状态。将这三种状态描绘在毫米方格纸同一坐标内，图上标明时间坐标和电压幅值。并通过示波器或图纸上曲线求振荡周期T,?(1)?参考图9接线，方波信号自己连接。理论设计电感、电容与方波发生器的频率f,?并调节电阻箱R使产生如图10右所示RLC串联电路欠阻尼振荡状态、过阻尼状态,临界阻尼状态 (2)?计算临界阻尼状态时回路总电阻的实验值（包括电阻R、电感的损耗电阻RL和方波发生器的内阻r),与理论值比较 (3)测量欠阻尼振荡周期T,?将测量值T与理论值进行比较? 五．实验数据记录与处理 ： 1. RC电路的暂态过程研究： C=0.05μf， f=1kHZ ， R=1KΩ R=10KΩ R=90KΩ 换位后： R=1KΩ R=10KΩ 以上曲线和理论分析基本相符 2.RL电路的暂态过程研究： C=0.05μf， f=1kHZ R=2KΩ R=60KΩ 换位后： R=2kΩ R=60KΩ 以上曲线和理论分析基本相符。 3.RCL电路的暂态过程研究 C=0.04μf， f=100HZ 欠阻尼状态：R=1kΩ 用公式ω=1LC1-R2C4L 计算得出 ω=4974.94rads To=1.26ms 又由上图可得出实验值T大约为1.28ms，两者基本相符。 临界阻尼状态：实验值R=10000Ω 由公式R0=4L/C ,计算得到理论值为 10000Ω，实