RLC电路暂态特性研究.ppt

RLC电路暂态特性研究 实验原理 RLC电路的暂态过程就是当电源接通或断开的瞬间 通常只有几个毫秒甚至几个微秒 电路中的电流或电压非稳定的变化过程 即形成电路充电或放电的瞬间变化过程 这瞬态变化快慢是由电路内各元件量值和特性决定的 描述瞬态变化快慢的特性参数就是放电电路的时间常量或半衰期 暂态过程研究牵涉到物理学的许多领域 在电子技术中得到广泛的应用 1 RC串联电路 当电键合向 1 时 电源E通过R对电容C充电 直到电容两端电压等于E 在电容充电后 把电键合向 2 电容C将通过R放电 充电时 放电时 初始条件 充电时t 0 Uc 0 放电时t 0 Uc E 由此得方程 1 的解为 1 充电过程 放电过程 UC UR均按指数规律变化 充电时电容器上电压UC是按指数逐渐上升 UR按指数逐渐减小 而放电时UC则按指数逐渐减小 UR反向 按指数逐渐减小 单位为秒 它反映了电压按指数函数变化的快慢 即电路中暂态过程的快慢 当放电时UC从E减少到 相应的时间 半衰期 时间常数 2 RLC串联电路 当K与1接通时 电源E对电容器C充电 充到电容两端电压UC等于E时 将K与2接通 则电容器在闭合的RLC回路放电 此方程的解可分为以下三种情况 1 欠阻尼状态 只讨论放电过程 电容两端电压UC 时间常数 此电路的各物理量均呈现振荡特性 UC的振幅按指数衰减 它随时间的变化如图所示 欠阻尼振荡状态 为振荡角频率 实际上不但电容和电感本身都有电阻 而且回路中也存在回路电阻 这些电阻是会对电路产生影响的 电阻R的作用是加上阻尼项 使振荡幅度呈指数衰减 衰减的快慢由时间常数决定 2 临界阻尼状态 是欠阻尼振荡刚刚不出现振荡的过渡状态 电路中各物理量的变化过程不再具有周期性 3 过阻尼状态 此时为阻尼较大的情况 此电路的各物理量也不再具有周期性变化的规律 而是缓慢地趋向平衡值 实验中用方波发生器代替了直流电源和电键 用示波器观察电容器的波形 在方波电压值为U0的半个周期时间内 电源对电容器C充电 而在方波电压为零的半个周期内 电容器内电荷通过电阻R放电 充放电过程如图所示 1 RC电路暂态过程的观测 1 把方波信号发生器 电阻R 0 4 7K 电容C 0 1 F 示波器按图接线 2 调节可调电阻R 观察VC和VR的波形 3 记录电阻R 1K 电容C 0 1 F VC和VR的波形 4 测量半衰期T1 2 求出 的实验值 并与理论值 RC进行比较 2 RLC电路暂态过程的观测 1 按图接线 电阻取0 4 7K 电容取0 1 F L取0 01H 调节可调电阻 观测三种阻尼状态电容上Vc的波形 2 电阻取47 电容取0 1 F L取0 01H 用示波器观察 测量并描绘放电时欠阻尼过程电容上Vc的波形 3 从示波器上测量阻尼振荡时任意两个同一侧的振幅值VC1 VC2及其对应的时间t1 t2 计算时间常数并与理论值比较 思考题1 1 RC电路 1 用坐标纸绘制RC电路充放电时VC和VR的波形 2 计算和 作百分差比较 数据处理 2 RLC电路