实验三--RLC串联电路的暂态过程实验报告.doc

实验三RLC串联电路的暂态过程实验报告

14级软件工程班

候梅【实验目的】

用存储示波器观察RC，RL电路的暂态过程，理解电容，电感特性及电路时间常数τ的物理意义。

用示波器观察RLC串联电路的暂态过程，理解阻尼振动规律。

进一步熟悉使用示波器。

【实验仪器】

电感箱、电容箱、电阻箱、函数信号发生器、示波器、导线等。

【实验原理】

在阶跃电压作用下，RLC串联电路由一个平衡态跳变到另一平衡态的转变过程，这一转变过程称为暂态过程。暂态过程期间，电路中的电流及电容，电感上的电压呈现出规律性的变化，称为暂态特性。1.RC电路的暂态过程。

电路如图所示：

【实验结果与分析】

观测U波形时：方波信号500Hz输出；分别取：第一组R=1000?，C=0.5uF，第二组R=500?，C=0.2uF；

用示波器观测波形后，我们在坐标纸上绘制了U、U、U的波形图，从图中可以看到：U、U、U三者周期、相位均相同。且U=U-U。U、U都是呈指数型变化的，然而U比U变化的缓一些。在阶跃电压的作用，U是渐变接近新的平衡值，而不是跃变，这是由于电筒C储能元件，在暂态过程中不能跃变。而U变化幅度很大，理论上，U的峰值应该是是U的峰值的两倍，因为开关接1时，给电容正向充电时，R两端的电压为E，当反向电容放时，R两端电压为-E，两者之差为2E，就是U的峰值。而事实上，我们看到的波形图中U的峰值小于2U，这可能是由于：

电阻内部有损耗、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.

数字示波器记录的数据精确度有限造成误差。

数字示波器系统存在内部系统误差。

外界扰动信号会对示波器产生影响。

电器元件使用时间过长，可能造成相应的参数有误差。

电源电压不稳定.

测量RC串联电路的时间常数：我们取一个峰值处为t，取与其最近的一个零点处为t，调节示波器将t和t时间段的波形放大到合适大小，从光屏上测出半衰期（此时U=E/2)t为92.0s，通过公式U=E·e，计算出时间常数为132.73s。

RL电路暂态的观测：

观测方法与RC电路暂态过程的观测方法类似，分别测试了两组数据：第一组R=200?，L=0.02H，第二组R=40?，L=0.04。从图中可以看到：U、U、U三者周期、相位均相同，且三者都是呈指数型变化。此时观测到U、U、U三者的峰值不同。从波形图可看出，RL串联电路中的电流是不能突然变化，而电感两端的电压是能够突然变化的。

RL串联电路中，电压与电流的快慢与时间常数有关。通过与测量RC中时间常数的类似方法，可以测出相应的时间常数。所测的时间常数可能会偏小，原因是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。

心得体会

通过此次试验，让我们学会了用示波器来观测RC和RL的暂态过程，更加深入的理解了电容、电感特性及时间常数的物理意义。同时进一步熟悉使用示波器。培养我们对物理电路的分析能力和动手实验的能力。