实验2一阶电路的过渡过程.ppt

实验二 一阶电路的过渡过程,实验2.1 电容器的充电和放电,1.充电时电容器两端电压的变化为时间函数，画出充电电压曲线图。 2.放电时电容器两端电压的变化为时间函数，画出放电电压曲线图。 3.电容器充电电流的变化为时间函数，画出充电电流曲线图。 4.电容器放电电流的变化为时间函数，画出放电电流的曲线图。 5.测量RC电路的时间常数并比较测量值与计算值。 6.研究R和C的变化对RC电路时间常数的影响。,一、实验目的,二、实验器材,1 、双踪示波器 1台 2 、信号发生器 1台 3 、 0.1F、0.2F电容 各1个 4 、 1K 、 2K电阻 各1个,三、实验准备,一个能产生正弦波、三角波和方波的信号 源。有三个接线端。“+”输出端产生一个正向 的输出信号，公共端（Common）通常接地， “-”输出端产生一个反向的输出信号。 左图所示正弦波、三角波或者方波的条形按 钮，可以选择相应的输出波形。 Frequency（频率）：设置输出信号的频率。 Duty Cycle（占空比）：设置输出信号的持续 期和间歇期的比值。 Amplitude （振幅）：设置输出信号的幅度。,实验设备介绍-函数信号发生器,可以通过显示波形来测量信号的 频率、幅度和周期等参数。 双踪示波器有4个端点，A、B端 点分别为两个通道，G为接地端。 T是外触发输入端。 虚拟的双踪示波器的连接与实际 双踪示波器稍有不同: (1)A、B两通道只有一根线与被测 点相连，测的是该点与地之间的波形； (2)当电路图中有接地符号时，双踪示波器的接地端可以不接。,实验设备介绍-双踪示波器,双踪示波器面板六个部分组成,游标测量参数显示区,Timebase区,ChannelA区,Channel B区,Trigger区,显示屏,Channel A 区用来设置A通道的输 入方式。 信号在Y轴的显示刻度值。 Scale:设置Y轴的刻度值。 Y position：设置Y轴的起点。 AC：显示信号的波形只含有A 通道输入信号的交流成分。 0：A通道的输入信号被短路。 DC：显示信号的波形含有A通道输入信号的交、直流成分。 Channel B区用来设置B通道的输入信号在Y轴的显示方式，设置方法与通道A相同。,Timebase区用来设置X轴的时间基准扫描时长。 Scale：设置X轴方向每一大格所表示的时间值。单击该栏出现一对上下翻转箭头，可根据显 示信号频率的高低,，通过上、下翻转箭头选择合适的时间刻度。例如，一个周期为1kHz 的信号，扫描时基参数应设置在1ms左右。 X Position：表示X轴方向时间基准的起点位置。 Y/T：显示随时间变化的信号波形。 B/A：将A通道的输入信号作为X轴扫描信号，B通道的输入信号施加在Y轴上。 A/B：与B/A相反。,Trigger区用来设置示波器的触发方式 Edge:表示将输入信号的上升沿或下降沿作为触发信号。 Level:用于选择触发电平的大小。 Auto:若输入信号变化比较平坦或只要有输入信号就尽可能显示波形时，就选择它。 A：用A 通道的输入信号作为触发信号。 B：用B通道的输入信号作为触发信号。 Ext: 用示波器的外触发端的输入信号作为触发信号。,游标测量参数显示区是用来显示两 个游标所测得的显示波形的数据。可测 量的波形参数有游标所在的时刻、两游 标的时间差、通道A、B输入信号在游标 处信号幅度。通过单击游标中的左右箭 头，可以移动游标。 单击示波器面板右下方的Reverse按 钮，可改变示波器的背景颜色（黑色 或白色）。 单击示波器面板右下方的Save按钮， 就可将显示的波形保存起来。,电容器电压的充电和放电过程 (1)正脉冲作用期间(t=0-t1)的充电过程 第一次换路发生在t=0时刻,此时输入电压由零跃变为U,根据三要素法,期 间输出电压的表 达式为U0(t)=U(1-e-t/). (2)第一个正脉冲结束后(t= t1 -t2)的放电过程 在t= t1,输出电压U0(t1)=U1=U(1-e-t1/); 第二次换路发生在t= t2,此时电容由初始值放电,输出电压的表达式为 U0(t)=U1(1-e-(t-t1)/).,图2-1 电容器的充电和放电电压,电容器电流的充电和放电过程 (1)正脉冲作用期间(t=0-t1)的充电过程 第一次换路发生在t=0时刻,此时输入电压由零跃变为U,根据三要素 法,期间输出电压的表 达式为本U c(t)=Ue-t/; 输出电流的表达式为 Ic=(U-Ue-t/)/R=U/R(1-e-t/). (2)第一个正脉冲结束后(t= t1 -t2)的放电过程 在t= t1,输出电压Uc(t1+)= Uc(t1-)= U; Ic=U/R. 第二次换路发生在t= t2,此时输入电压由U跃变到零,电容通过电阻 放电,输出电压的表达式为 Uc(t)=-Ue-(t-t1)/; 输出电流的表达式为 Ic=(U- Uc(t)/R=U/R(1+ e-(t-t1)/). (3)时间常数的测量方法: 在充电或放电曲线图上确定产生总量变化63%所需要的时间，就能测出时间 常数。,图2-2 电容器充放电过程时间常数的测量方法,在实验中通常：电容器在充电或放电曲线图上确定产生总量变化63 %所需要的时间，就是时间常数。,实验2.2 电感电路的过渡过程,一、实验目的 1.当电感中的电流增大时确定电感电流随时间变化的曲线图。 2.当电感中的电流减小时确定电感电流随时间变化的曲线图。 3.当电感中的电流增大时确定电感两端的电压随时间变化的曲线图。 4.当电感中的电流减小时确定电感两端的电压随时间变化的曲线图。 5.测量RL电路的时间常数并比较测量值和计算值。 6.研究R和L元件值变化时对RL电路时间常数产生的影响。,二、实验器材,1、 双踪示波器 1台 2 、信号发生器 1台 3 、 100mH、200mH电感 各1个 4 、 1K、2K电阻 各1个,图2-3 电感中的暂态电流,图2-4 电感中的暂态电压,在图2-3所示的电阻R中的电流iR与电感电流iL相同，这个电流可用电阻两端的电 压VR除以电阻R来计算，iL=iR=VR/R；在电感中，感应电压VL与电感电流的变化 率成正比,VL=L(di/dt)。 在图2-3所示的电路中，当电感电流达到静态时，di/dt=0，电感两端的感应电压 VL=L(di/dt)=L(0)=0。这就是说，电感电流处于静态时电感看上去好象短路一 样，而电源电压将全部加到电阻R的两端。因此，电感中的静态电流IL为： V=ILR+VL=ILR+0=ILR， IL=V/R ,其中, V=+10V。,在图2-4所示的RL电路中，当电感电流增加时di/dt为正，则电感两端的 感应电压也为正；当电感电流减小时di/dt为负，则感应电压也为负。 当电感电流IL刚刚开始增大时电感两端的感应电压最大。在这一时刻 电流IL为0。 当电流为0时的电阻R两端的电压 ：VR=(IL)R=(0)R=0。 而电感两端的电压为：V=VR+VL