111《电路的暂态过程》.ppt

电路的暂态过程 111实验室 主要内容 一.实验目的 二.实验原理 三.实验仪器 四.实验内容 五.问题处理 一.实验目的 1.通过观测RC和RLC串联电路的暂态过程，加深对电容、电感特性的理解。 2.观察RLC串联电路的暂态过程。使学生理解阻尼振荡过程规律，了解临界状态的含义。 3.使学生学会用数字存储示波器观察和分析RC、RLC串联电路暂态过程中电容器两端电压的变化规律，并定量地测定时间常数、振荡周期等物理量。 4.通过学习半衰期测量法，临界现象处理问题，培养学生独立思考、解决问题的能力。 二.实验原理 1.RC电路的暂态过程 2. RLC电路的暂态过程 1.RC电路的暂态过程 由KVL回路定理得： 解得： 是表征暂态过程进行快慢的一个重要物理量。 越大，充电放电过程越慢，反之亦然。 越大，说明不是R大，就是C大，还有它们都大，先看R大的情况，也就是说电阻消耗电源的功率要增大，那么电容消耗的功率就变小了，就相当于给一个水池注水时，注水的速度变慢了，消耗的时间自然就要增加，电容器充满的时间也要增加，充放点过程就慢了，C大的话就相当于我们的水池变大了，用相同的速度注水的话时间自然要增加，充满电容或者放电完毕的过程也变慢了。 RC串联电路充电放电曲线如图2. 2.RLC串联电路的暂态过程 同理由KVL回路定理： 此时是弱阻尼振荡现象，各个物理量呈现振荡特性。 此时是临界阻尼状态，各个物理量的变化刚好不再具有周期性。 此时是过阻尼状态，各个物理量的变化不在具有周期性。 RLC回路的充放电过程示意图 三.实验仪器 电感、电容、电阻箱、EE1641B型函数信号发生器、TDS1002型数字存储示波器，导线四根 四.实验内容 1.RC回路的实验过程 2.RLC回路的实验过程 1.RC回路的实验内容 如下图，接好RC回路： 设定实验参数： 设定 调为方波 设定E=5.0V 调节电阻箱R=0,在坐标纸画出下图： 调节电阻箱，在示波器调出如下图：并在坐标纸上画出这个图形 注意，使拐点与水平线相切 调节数字示波器上的电压光标,观察屏幕上的增量，读出E=5.36V 继续调节电压光标使增量 U=E/2=2.76V 如图，调节秒/格档位，放大图形，然后是图形的E/2点与屏幕上的某一根垂直线相交。 如图，调节出时间光标，测出半衰期： 2.RLC回路的实验内容 连接电路图，并调节电阻箱阻值R=0 如图，在坐标纸上按要求画图，并用时间光标测量出: 如图放大图形，增大电阻使RLC图象的振荡刚好消失，并在坐标纸上画图 注意，要判断刚好消失，可以讲电阻箱的档位回调一位，假如图形又回到有点小波峰如下图，则上面判断出来的才是临界阻尼现象，读出此时电阻箱的阻值R 五.问题处理 1. 时间常数 的物理含义是什么？如何测量？ 称为电路的电容性时间常数，是表征暂态过程进行快慢的一个重要物理量。 越大，充电放电过程越慢，反之亦然。在示波器上先要调节电阻调到电容器刚充满就开始放电的图像，然后利用示波器的电压光标确定电压的中点，然后调节图形左右移动，使图形的中点与示波器屏幕上的一格竖线相交，换成时间光标，一个光标放在波形的拐点上，另一个放在刚确定的竖线上，此时示波器上显示的增量就是时间间隔 ，再利用公式 就可以算出 值。 2. 在测量RC串联电路的时间常数时，若充电时间不够或充电过快对结果有何影响？ 充电时间不够的话，测量出来的时间常数是错误的，充电过快，因为示波器的精度是一定的，测量的误差就比较大。 3. 在RLC串联电路中，如何判定临界阻尼现象？ 在逐渐调大电阻值的时候就会发现我们的波峰在逐渐矮化，在保证在屏幕上能看的波峰的前提下把伏/格的档位尽量调大，把秒/格的档位尽量调小，在我们的波峰刚被摸平的那个时候，即为我们要观察的临界阻尼现象。 谢谢！