RCL暂态电路特性研究.docx

物理实验B 设计性实验RCL电路暂态特性研究物理实验B设计性实验RCL电路暂态特性研究学生姓名：蔡正浩学号：14412024班级：化工141环境与化学工程学院指导教师：刘明2016年6月RCL电路暂态特性研究蔡正浩（大连大学 环境与化学工程学院 116622）前言：电路的暂态过程就是当电源接通或断开后的“瞬间”，电路中的电流或电压非稳定的变化过程。电路中的暂态过程不可忽视，在瞬变时某些部分的电压或电流可能大于稳定状态时最大值的好几倍，出现过电压或过电流的现象，所以如果不预先考虑到暂态过程中的过渡现象，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，可以获得高电压或者大电流等。摘要：观察了RC电路，RL电路及RCL电路的暂态过程，了解了不同电路模式下不同阻值和不同电感条件下电路的充放电过程，探究了电阻R0的阻值变化对电路阻尼的影响，验证在RC电路中充放电平衡时间与R0阻值成正比，在RL电路中与阻值成反比，在RCL电路中，R0阻值越大，电路受到的阻尼就越大。关键词：暂态过程，电阻，电容，电感，阻尼震荡1 .实验仪器：VP-5520A双踪示波器，方波信号发生器，电阻箱，电容箱，电感箱。2 实验操作：2.1. 观察RC电路的暂态波形：连接如图所示的电路图，取C=0.01uF，方波信号的频率为f=1KHz，电阻箱R0的阻值分别取1K，5 K，10 K，对于每一对R0绘制uR,uC和方波u的波形。图2.2.1 RC串联电路当电键合向“1”时，回路中有电流i，当电流达到最大值后，将开关从“1”转向“2”，这时回路的电流也不会骤然降至零，电流的消失也有一过程电流增长过程：UL+UR=E电流消失过程：UL+UR=0=RC则有：初始条件：充电时 t=0，Uc=0；放电时 t=0，Uc=E。由此得方程上述方程的解为：充电过程：UC=E(1-e-t) UR=Ee-t 放电过程：UC=Ee-t UR=-Ee-t其中，UC、UR均按指数规律变化2.2. 观察RL电路的暂态波形：接入电感L，取L=100mH，f=1KHz,R0分别取100,500,1K,5K,每改变一个R0值观察并绘制uL，uR和方波u的波形。图2.2.2 RL串联电路=LR当电键合向“1”时，回路中有电流i，当电流达到最大值后，将开关从“1”转向“2”，这时回路的电流也不会骤然降至零，电流的消失也有一过程。电流增长过程：UL+UR=E电流消失过程：UL+UR=0同理可得：电流增长过程：UL=Ee-t UL=E(1-e-t)电流消失过程：UL=-Ee-t UR=Ee-t2.3. 观察RLC串联电路的暂态波形连接如图所示电路图，取R0=100，C=0.01uF，L=10mH，调节方波频率，使屏幕上出现的震荡波数目在9个以上，记录下方波的频率。2.4. 观察临街阻尼状态的和过阻尼状态暂态波形增大R0至波形刚好不出现震荡市，电路即处于临界阻尼状态，记下R0的阻值，绘制此时的波形，继续增大R0至过阻尼状态，描绘过阻尼状态的波形。实验测得数据如下表1：表1 C=0.01uF L=10mH f=1KHz状态阻尼震荡临界阻尼过阻尼R0/100020005000Uc的波形3 结果与讨论：3.1 RC电路的暂态波形图3.1.1 R=1 K 图3.1.2 R=5 K 图3.1.3 10 K3.2 RL电路的暂态波形：图3.2.1 R=100 图3.2.2 R=500 图3.3.3 R=1K图3.2.4R=5K3.3 RLC串联电路的阻尼状态暂态波形3.4 临界阻尼状态的和过阻尼状态暂态波形R2=4L/C计算可得在R=10mH，C=0.01uF条件下，临界阻尼震荡条件下临界阻值为2000。图3.4.1 过阻尼状态 R0=5000图3.4.2 临界阻尼状态R0=20004.结论：在RC电路中，在电容C=0.01uF的条件下，随着电阻值R0的增加，电路充放电达到平衡的时间不断增长，验证了=RC在RL电路中，在电容L=100mH的条件下，随着电阻值R0的增加，电路充放电达到平衡的时间不短缩短，验证了=L/R在RLC串联电路中，在L=10mH,C=0.01uF条件下，改变R0的阻值会对电路的阻尼造成明显的影响，本实验参数下理论的临界阻尼的阻值为2000，阻值小于2000时电路处于阻尼震荡状态，当阻值大于2000时，电路处于过阻尼状态。，电路的临界阻尼阻值可以由R2=4L/C进行估算。参考文献：1.大学物理实验第二版 高等教育出版社 主编李学慧，徐朋，部德