大学物理实验报告 实验37 RC、RL、RLC电路的暂态过程.doc

大学物理实验教案实验名称： RC、RL、RLC电路的暂态过程1 实验目的1）学会使用数字示波器、信号发生器观测电路的暂态过程。2）学会观测并选择合适的波形测量电路的时间常数。3）学会观测并选择合适的波形测量电路半衰期的时间常数。2 实验仪器实验电路板 TDS2002数字存储示波器 GFG8216A函数发生器 微型计算机3 实验原理3.1 RC电路电阻R及电容C组成的直流串联电路中，接通或断开电源的瞬间，电容上的电压随时间发生变化。如图37-1（a）所示，当开关K闭合在位置1时，将对电容C充电直到其电压等于电源的开路电压V0为止；当开关K闭合在位置2时，电容将通过电阻R放电。其充、放电关系曲线如图37-1（b）所示，这一过程称为瞬态过程。VV 1 K 2 Vs C （a） (b) 图37-1 在此过程中，电容器C上的电压随时间的变化关系如下： （1） (充电过程)； （2）（放电过程），式中RC称为电路的时间常数（或驰豫时间）。当VC由VS减小到VS/2时，相应的时间称为半衰期T1/2。 如果测出半衰期T1/2，从式中（2）就可以求出时间常数。3.2 RL电路电阻R及电感L组成的直流串联电路中，接通或断开电源的瞬间，电路中的电流将逐渐增大或减小。如图37-2（a）所示，当开关闭合在位置1时，电路中的电流随时间t的变化关系为 R 1 2 K O (a) Vs (b) 图37-2 （3）式中I0为稳定时的电流强度，R包括R1及电感L的损耗电阻RL。当电路中电流达到稳定后，将开关K闭合在位置2时，电流随时间衰减的关系为式中L/R称为时间常数（或驰豫时间）半衰期为由图37-2（b）中可测得T1/2，从式（3）可求出时间常数。3.3 实验方法3.3.1 RC电路1）按图37-5接线。选择电容C=0.01F，调节函数发生器使其输出方波信号、信号频率为f=500Hz，电压输出到合适的幅度，R的电阻值分别调整为1kW、20 kW、100 kW，按动示波器AUTOSET按钮，调节示波器的Y轴衰减倍率旋钮（VOLTS/DIV）及X扫描速度旋钮（SEC/DIV），观察示波器显示的波形。 Vs示波器 R 信号源 C 图37-52）固定R=10kW，逐次调节函数发生器频率f（相应地须调节数字示波器的Y轴衰减倍率倍率旋钮及X扫描速度旋钮），使再现类似上述的各种波形，记录f并在计算机中储存相应波形。3）分析波形，选择合适的波形测量半衰期。按动数字示波器上的CURSOR按钮，然后按动液晶上类型对应的在功能面板上的按钮，使液晶上类型下方出现时间字样。调节光标1（CURSOR1）和光标2（CURSOR2）旋钮测量并记录半衰期T1/2，计算时间常数RC（R=R1+Rs）并比较。（Rs为信号源内阻）3.3.2 RL电路1）按图37-6接线。固定方波频率f=1000Hz，调节R分别为10 kW、1 kW和100 W，并相应调节可变电感为L=0.04H，观察各种波形并在计算机中储存相应波形。Vs示波器 L 信号源 R 图37-6 2）选择合适波形测量半衰期。利用示波器光标测量T1/2，计算时间常数（与测量RC电路的时间常数的方法相同）。3）用电桥测量L及其损耗电阻RL。4）计算（其中R=R1+RL+Rs），并与用示波器测得的进行比较。4 实验内容1）设计表格记录信号源内阻、可调电感的L值及耗损电阻RL。2）设计表格记录RC、RL、RLC电路的半衰期及其相应的R、C、L值。3）计算三种电路的时间常数及其不确定度，并给出测量结果。4）比较测量所得的时间常数与用元件示值代入公式计算得到的时间常数值。5 实验教学组织及教学要求 1）教学组织1检查预习报告，同时给学生510分钟熟悉仪器，对本实验有一定的感性认识。 2讲解要点及注意事项，适当以提问方式检查学生的预习情况，加深对实验原理的理解。 3随时注意学生的实验操作过程，及时指导解决学生实验中出现的突发情况。 4检查学生的实验数据，记录实验情况。 2）教学要求1学会用数字示波器选择合适的电阻、电感、电容观察暂态过程。2学会用数字示波器测量电路的半衰期。6 实验教学的重点和难点1）重点：用数字示波器测量电路的半衰期。电阻、电感、电容2）难点：观察暂态过程。7 实验中容易出现的问题1）接线错误。 2）误判半衰期。8 实验参考数据1） RC电路不同电阻值的暂稳态波形图 R=1.1K T1/2=16.00us R=20K T1/2=150.0us R=100K T1/2=340.0us2） RL电路不同电阻值的暂稳态波形图 R=1.1K T1/2=16.00us R=11K T1/2=4.00us R=100 T1/2=36.00us9 实验结果检查方法1）数据记录表格格式。2）实验数据及有效数字位数。3）半衰期的测量值与理论计算值应相符。10课堂实验预习检查题目1）在RC电路中，固定方波频率f改变电阻R1，为什么会有各种不同的波形？固定R1改