实验电路的暂态过程.ppt

实验40 RC、RL电路的暂态过程 实验背景 实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容 实验主要现象 操作过程 数据及处理 注意事项 思考题 实验背景 电阻（R）、电容（C）、电感（L）是电路的基本元件。在RC、RL串联电路中，接通或断开电源时，电路往往产生一种稳定状态过渡到另一种稳定状态的暂态过程，这些电路的暂态过程不可忽视。在瞬变时电路某些元件的电压或电流可能大于稳定状态时它最大值的好几倍，出现过电压或过电流现象， 实验背景 所以，如不预先考虑到暂态过程中暂态现象，电路元件便有损伤甚至毁坏的危险。另一方面，通过暂态过程的研究，还可以从积极方面控制和利用过渡现象，如提高过渡的速度，可获得高电压或者大电流。 实验目的 1）学会使用数字示波器、函数信号发生器观测电路的暂态过程； 2）学会观测并选择合适的波形测量电路的时间常数； 3）学会观测并选择合适的波形测量电路半衰期。 实验原理 一、RC电路 １.电阻R及电容C组成的直流串联电路中，接通或断开电源的瞬间，电容上的电压随 时间发生变化。如图1所示，当开关K闭合在位置1时，将对电容C充电直到其电压等于电源的开路电压V0为止；当开关K闭合在位置2时，电容将通过电阻R放电直到其电量全部被耗光为止，电路这一过程称为电路的暂态过程。 实验原理 ２.RC充放电公式 　在此过程中，电容器C上的电压随时间的变化关系如下： 令τ=RC，τ称为电路的时间常数（或驰豫时间），它反映电路充放电过程的快慢，τ越大，充放电过程越慢，反之则快。当Vc由V0减小到V0/2时，相应的时间间隔称为半衰期 　 实验原理 二、RL电路 １.电阻R及电感L组成的直流串联电路中，接通或断开电源的瞬间，电路的电流随时间发生变化。如图2所示，当开关K闭合在位置2时，电感L的电流由0逐渐增大，直到其电流达到稳定值I0 （ I0 =Vs/R)；当开关K闭合在位置2时，电感L将通过电阻R逐渐放电，直到其电流减小到0。同理，电路这一过程称为电路的暂态过程。 实验原理 ２.RL电路中电流的计算公式 　在此过程中，电感L上的电流随时间的变化关系如下： 令τ=L/R，τ称为电路的时间常数（或驰豫时间），它反映电路充放电过程的快慢，τ越大，充放电过程越慢，反之则快。当Ι由Ι0减小到Ι0/2时，相应的时间间隔称为半衰期 　 由于人工控制充放电 路的开关频率是很低 的，本实验用信号发 生器输出的方波来代 替电源和机械开关。 方波的波形如右图所示。它在前半周期 （0~T/2）输出电压为正，然后迅速降为 0；后半个周期输出电压为0，而且不断重 复，这样前半周期相当于把开关K扳向1，后 半周期相当于把开关K扳向2，而且不断重复。 实验方法和仪器 实验电路板 TDS1001B数字存储示波器 GFG—8216A函数发生器 接函数信号发生器的连接线 接数字示波器的连接线 计算机 电路板所对应的电子器件值 新的电路板 电阻这排按键档：1号：100Ω 2号：560Ω 3号：1 kΩ 4号：10 kΩ 5号：20 kΩ 6号：100 kΩ 电容、电感按键档：1号：0.001 μF 2号：0.01 μF 3号：0.047 μF 4号：0.1 μF 5号：5 mH 6号：25 mH 7号：33 mH