RC实验电路.doc

江西应用技术职业学院 实验实训项目报告单 课程名称 电路分析基础 实验（训）项目编号 08 实验（训）项目名称 RC电路的充放电过程 实验（训）场所 电工电路实验室 电气智能实验室 教 材 电工与电子学实验教程 实验（训）课时 2 一、实验目的 1.加深理解RC电路充放电过程中电流和电压的变化规律。 2.测定RC充放电电路的时间常数（time constant）。 3.观测RC充放电电路中电流和电容电压的波形图。 二、实验原理 1.RC电路的充电过程 在图8-1电路中，设电容器上的初始电压为零，当开关S闭合瞬间，由于电容电压uc不能跃变，电路中的电流为最大，i=，此后，电容电压随时间逐渐升高，直至uc=US；电流随时间逐渐减小，最后i=0，充电过程结束，充电过程中的电压uc和电流i均随时间按指数规律变化。uc和i的数学表达式为 uc=Us(1-e) I= e 理论上要无限长的时间电容器充电才能完成，实际上当t=5RC时，uc已达到99.3%US，充电过程已近似结束。充电时i与uc的变化曲线如图8-2所示。 图8-1 RC充电电路 图8-2 RC充电时电压和电流的变化曲线 2.RC电路的放电过程 在图8-3电路中，电容C已充有电压U0，闭合开关S，电容器立即对电阻R进行放电，放电开始时的电流为，放电电流的实际方向与充电时相反，放电时的电流i与电容电压uc随时间均按指数规律衰减为零，电流与电压的数学表达式为 uc=U0(1-e) I= e 式中U0为电容器的初始电压。放电时i和uc的变化曲线如图8-4所示。 图8-3 RC放电电路 图8-4 RC放电时电流和电压的变化曲线 3.RC电路的时间常数 RC电路的时间常数用τ表示，τ=RC，τ的大小决定了电路充放电时间的快慢。对充电而言，时间常数τ是电容电压uc从零增长到63.2%US所需的时间；对放电而言，r是电容电压uc从U0下降到36.8%U0所需的时间。 4.RC充放电电路中电流和电容电压的波形图。 在图8-5中，将周期性的方波电压加于RC电路，当方波电压的幅度上升为U时，相当于一个直流电压源U对电容C充电，当方波电压下降为零时，相当于电容C又对电阻R放电，图8-6（a）和(b)示出方波电压与电容电压的波形图，图（c）示出电流i的波形图，它与电阻电压UR的波形相似。 图8-5 RC充放电电路 图8-6 RC充放电电路的电流和电压波形 5.微分电路(differentiating circuit)和积分电路(integrating circuit) 在图8-5的RC充放电电路中，当电源方波电压的周期Tτ时，电容器充放电速度很快，又若ucuR，uc≈u在电阻两端的电压uR=Ri=RC≈RC，这就是说电阻两端的输出电压uR与输入电压u的微分近似成正比，此电路即称为微分电路，uR波形如图8-6（d）所示。当电源方波电压的周期Tτ时，电容器充放电速度很慢，又若ucuR，uR≈u，在电容两端的电压uc=，这就是说电容两端输出电压uC与输入电压u的积分近似成正比，此电路即称为积分电路，uc波形如图8-6（e）所示。 6.用万用表粗测电解电容器的好坏 将万用表旋钮置于R×10k电阻挡，再将表的负端（内部电池正端）连接电容器的正极，表的正端（内部电池的负端）连接电容器的负极，若指针迅速上升后又缓缓返回到某一高阻值刻度处，表示通过万用表的充电电流是正常的，电容器是好的。若指针上升后不返回，而且指示阻值很小，表示电容器已短路。若指针上升后返回很少，表示电容器的漏电电流大，绝缘电阻太小，若指针不动，表示电容器内部断开。 三、实验设备与器材 1.直流稳压电源 1台 2.万用电表 [直流电压挡20kΩ/V] 1只 3.秒表 1只 4.电容器 [1000μF，25V电解电容] 1只 [0.01μF，0.5μF，均50V] 各1只 5.电阻器 [20kΩ，30kΩ，均0.25W] 各2只 [100kΩ，0.25W] 1只 6.电阻箱 1个 7.双踪示波器 1台 四、实验内容 本实验要求先采用电路仿真的手段进行RC电路的充放电实验，观察充放电波形，与实践操作相结合的方法进行，再按照本实验内容进行实践性操作。 测定RC电路充电和放电过程中电容电压的变化规律。 实验线路如图8-7，电阻R1和R2均取20kΩ，电容C取1000F，直流稳压电源的输出电压取10V，万用表置直流电压10V挡，将万用并接在电容C的两端，首先用导线将电容C短接放电，以保证电容的初始电压为零，然后将开关S由位置“2”合向位置“1”，电容器开始充电，同时立即用秒表计时，读取不同时刻的电容电压uc，直至时间t=5r时结束，将t及uc记入表8-1。充电结束后，记下uc的值，再将开关S合向位置“2”，电