电容的充放电过程及其应用

1、电容得充放电过程及其应用一、实验目得1. 观察RC电路得矩形脉冲响应。2了解RC微分电路、积分电路及耦合电路得作用及特点。3 学习双踪示波器得使用方法。二. 实验原理1. RC串联电路得充放电过程在由电阻R及电容C组成得直流串联电路中暂态过程即就是电容器得充放电过程(图 1),当开关K打向位置1时,电源对电容器C充电，直到其两端电压等于电源Eo这个暂态变化 得具体数学描述为q=CUc,而I = dq/dt，故图1 RC串联电路(1)(2)考虑到初始条件(=0时山(=0,得到方程得解:将式代人式(2),得(a)电容器充电过程(b)电容湍放电过程上式表示电容器两端得充电电压就是按指 数增长得一条曲

2、线,稳态时电容两端得电压等于 电源电压E,如图2(a)所示。式中RCn具有时间 量纲，称为电路得时间常数,就是表征暂态过程进 行得快慢得一个重要得物理量,由电压ik上升到 0、63E.1/CF)、37,所对应得时间即为T。当把开关ki打向位置2时，电容C通过电阻R放 电，放电过程得数学描述为图2 RC电路得充放电曲线将，代人上式得由初始条件t=0时,Uc = E,解方程得表示电容器两端得放电电压按指数律衰减到零疋也可由此曲线衰减到0、37E所对应得 时间来确龙。充放电曲线如图2所示。2、半衰期S与时间常数t有关得另一个在实验中较容易测定得特征值，称为半衰期仝即当Uc(t) 下降到初值(或上升至

3、终值)一半时所需要得时间，它同样反映了暂态过程得快慢程度，与t 得关系为:Tw = r ln2 = 0、693 t (或 t= K 443T“)3、RC电路得矩形脉冲响应。若将矩形脉冲序列信号加在电压初值为零得RC串联电路上，电路得瞬变过程就周期性-、111地发生了。显然,RC电路得脉冲响应就就是连续得电容充放电过程。如图3所示。若矩形脉冲丁C电路及各元件上电压得变 寻幅度为，脉电容上得电压可表电阻上得电压可表示为：1“微调J旋钮位于校准位置,同时将时基扫描速度“微调”旋钮位于校准位置。Y轴输入开 关置于“DC”档。调盯示波器使荧光屏上呈现出一个稳肚得指数曲线。利用荧光屏上得坐标 尺，测岀电容

4、器电压得最大值m得格数。 万,丨RC电路时间常数得测虽其中信号辿器能够产I取0、63Um=B （格）交纵轴于M,过M点引水平线交指数曲线于Q点，则Q点对应得横 坐标即为时间常数t。根据MQ得格数及所选用得扫描时间”标称值（/div）,就可以算出 J见图7所示。三、实验吗器信号发生爲 双踪示波帑、世容箱、电阻箱、大电容生一左频率得正弦波、方波、锯齿波等,我们这次实验主要使耳样戒-使用时首先理择频率 范围，一排按键哪个按下就说明信号发生器这时产生得最大信号频率为按键标左值，调节频 率用仪器左边旋钮。四、预习要求已知矩形脉冲得频率户200Hz,周期T=秒。拟在示波器得荧光屏上瞧到二个完整周期得矩形脉

5、冲，“扫描时间”旋钮选择在档较合适（2ms/div、5ms/div、lms/div.0、5ms/div、0、2ms/div）（注意：荧光屏为）。（2）试讣算表1-7-2中各项时间常数，将计算结果填入表中，并说明就是否满足该电路得 条件,取脉冲宽度。（3）微分电路得输出电压如就是从RC电路得两端取出。积分电路得输岀电压妬从两端取出。五、实验内容1观察大电容，记录电容型号.电容值，耐压大小-仔细观察电容哪个就是正极，哪个就是负极。把万用表旋转到二极管与通断测量档（这两个功能在一个档，即200欧姆电阻档左边）,用万用表红黑表笔接触大电 容正负两级，观察万用表显示，过一会等万用表稳疋后反接正负极，观察

6、万用表上读数变化， 根据测疑情况，分析现象原因:2、调节信号发生器，产生方波,根据示波器图形分析，输岀波形为1000Hz,即1kHz,观察 矩形脉冲波形，将波形画在表1中。并测出矩形波得（/m、T（取）。Um为div（格），示波器得垂直标称值 V / div,则Um= V。T为div（格），时基扫描速度标称值（time / div）,则T=ms。3观测RC电路得矩形脉冲响应，并测立时间常数t ,按表1取RC值，用电容箱、电阻箱按图7接线,完成表1中得内容，信号发生器1000Hz输出。电容电压得最大值Um为div（格），示波器得垂直标称值V/div,则Un= Vot为div,时基扫描速度标称值t

7、ime/div, t =ms。3观察微分电路得输出波形。信号发生器1000Hz输岀。4. 观察积分电路得输出波形。信号发生器1000Hz输出。5观察耦合电路得输出波形。信号发生器1000Hz输岀。以上各项内容均按表1选择RC参数,完成表1中各项内容并记录在表中。表1波形名称RC电路参数输出电压波形图输入电压波形周期T=脉宽時最大值Um=RC电路 瞬变过程 电容电斥 波形R=100QC=0、5mF微分电路输出电压波形R=5OQC=0、1 mF计算t =R=50QC=0、5uF计算t =枳分电路输出电圧波形R=500QC=0、5uF计算t =R=5()C=0、1 mF计算t =RC耦合电路 输出电斥 波形R=2KC=0、9mF计算六、实验总结1根