RLC暂态 实验报告.docxVIP

PAGE3 / NUMPAGES9 RLC电路暂态过程研究 【实验目的】 1. 深入理解电路暂态过程的特性 2. 掌握用示波器观察和测量暂态信号的方法 【实验仪器】 数字示波器 直流电源 九孔电路实验板 电路元件(电阻/电容/电感/开关/导线等) 数字多 用表等 【实验原理】 1. 一阶和二阶暂态过程 对于包含电容、电感等储能元件的电路，当发生突变(比如开关突然闭合或断开、元件 参数突变)时，由于能量转移不可能瞬间完成，电路要经过一段时间才能重新达到新的稳定 状态。这段过渡时间内电路的行为称为暂态过程(transient process)。研究电路的暂态过 程可以估算稳态建立的时间,评估电压或电流突变对元件的冲击。此外，利用电路的暂态特 性还可以测量电路元件的参数，或者实现诸如升压、振荡等特定的功能。根据电路中包含独 立储能元件的数量，基本的暂态过程包括一阶和二阶暂态过程。 RC 充放电是一个典型的一阶暂态过程。 RLC 串联电路(图 4)在总电压突变时将产生一个典型的二阶暂态过程。 【实验内容】 1. 测量 RC 放电曲线，并计算时间常数。 2. 测量 RL 放电曲线，并计算时间常数(选做)。 3. 测量 RLC 串联电路振荡曲线，并计算固有频率和品质因数 4. 观察 RLC 串联电路的不同衰减模式 【实验数据及图像】 RC串联电路 E=5V，C=1uf，R=1000Ω E=5V，C=1uf，R=1Ω RLC串联电路 欠阻尼 临界阻尼 过阻尼 【数据处理】 用数字示波器观察信号发生器产生的正弦、三角、方波的波形 2.观察RC串联电路的暂态特性并计算时间常数 E=5V，C=1uf，R=1000Ω 经计算时间常数τ=R*C=1×10 得到时间常数为0.001077 E=5V，C=1uf，R=1Ω 经计算时间常数τ=R*C=1×10 3.观察RLC串联电路的振荡曲线并计算固有频率和品质因数 欠阻尼 R=10Ω L=10mH C=0.1uF 固有频率ω0=1LC= 品质因数的计算：由相邻的峰谷高度差?1，?2，?3…根据?k=C ?1 ?2 ?3 ?4 8.0186 4.7279 1.8601 0.6640 经数据拟合， 可得a=0.6779，Q=4.634 临界阻尼 R=448.6Ω L=10mH C=0.1uF 过阻尼 R=939Ω L=10mH C=0.1uF 【误差分析】 1.欠阻尼振荡状态下的电感和电容存在着附加损耗电阻，并且其阻值随着振荡频率的升高而增大.故实际上电路中的等效阻值大于R与用万用表测出的电感阻值之和.故实际测出的时间常数会偏小. 2. 数字示波器记录的数据精确度有限，例如对于RC电路，R=1kQ的情况，时间的最小精度为0.000004s，电压的最小精度为0.004v；且有时无法显示细微的区别，可能会出现多个时间对应同一个电压值的情况. 3.数字示波器系统存在内部系统误差. 4.外界扰动信号会对示波器产生影响. 5.电器元件使用时间过长，可能造成相应的参数有误差，例如定值电阻阻值可能变大. 6.电源电压不稳定。 【实验总结与反思】 1.数字示波器可以观测到由信号发生器产生的波形. 2.数字示波器上可以观测到RC电路充电时，电容两端电压与时间的关系图像.且做出图像，可以发现所有的点几乎都在一条直线上.拟合直线，求出斜率。由此可求出T.发现求得的T与理论值比较接近，说明使用的仪器状态良好且选取的数据比较得当.