电容及电容瞬变时间

实验四实验报告姓名:学号：实验名称：电容及电容瞬变时间实验日期：2012年6月28日提交报告时间：2012年7月4日合作者姓名:目的：了解并观察电容的充放电过程，并从中找寻到规律，总结并归纳出规律

•该实验要求快、准，锻炼同伴之间合作的默契•锻炼动手能力，使之更能明白实验所要求的精确性及误差范围实验理论性探讨电容的能量储存过程：当电压源串联接一个电容及电阻时，电压源开始通过电阻给电容充电，电容充电过程是电压源作用在电容上的电压积累过程(V=Q/C).当电流通过电阻时，作用在电阻上的电压为E-VC.当电压源上的电压全部作用于电容上时E=V而且电阻上的电压降为零.如图1-1所示电容的能量释放过程:当电容通过电阻接地时,电阻初始状态电压很大,同时，电容放电过程非常快,直到最后电容电压为零如图1-2所示电容充电,放电瞬变时间常数：*当电容经过1个时间常数，=rc的充电过程，电容电压达到电压源电压值E的63.2%,经过2个时间常数‘二rc的充电过程，电容电压达到电压源电压值E的86.5%,当经过五个周期时间常数”rc，我们认为此时电容电压为全充电过程既电容电压等于电源电压.*对于电容放电过程，电容通过电阻经过一个周期时间常数^=rc后，电容电压降到电压电源的63.2%,同样，经过5个时间常数t=rc后,我们认为此时电容电压为全释即V=0.C通过次实验将帮助我们将理解电容的充电及放电过程及其时间常数.实验软件及设备：模拟实验软件：Circuitmaker5.5实验设备：实验教学板,直流电压电源，数字式万用表，秒表实验元件：220uF电容（2个）,56（KQ）及100（KQ）各一个，仪表连接线WG25电路连接线若干（根据实验教学板而定）证明：•电容无论在放电还是在充电过程中在经过时间为5个"知时，基本上都会达到零状态或者稳定状态•电容是一个储能介质，可以储存电压实验准备：实验前检查实验仪器，秒表万用表是否工作，在实验中，彼此合作，快准，实验步骤：第一部分电路1电容电压的充电及放电过程在实验教学板上，用1个56（松）电阻r及1个220uF电容c,建立以下图1—3的电路,请勿连接电压电源到电路中.jRC：W...图1-3用万用表测量一个，将输入电路的直流电压源5V,电阻实际值及电容实际值，记录到表格1-1中的电路1中.电源电压实际测量值（V）电阻实际测量值（KQ）电容实际测量值（uF）计算时间常数（t=RC秒）电路15.0155.621912.1764电路24.999722221.534把万用表接在电容两端后，迅速接通电压电源（连接”1”）,同时，在2分钟之内，每10秒读取万用表上电容电压的数据，记录到表格1-2充电电压栏中.然后，断开电路（连接”2”），同时，电路接地,在百忙之中分钟内，每10秒钟读取万用表上电容电压

的数据，记录到表格1-2放电电压栏中.请注意，放电时的起始电容电压为充电2分钟后的电容稳定电压.重复以上充电及放电过程2次,记录电容电压于表格1-2中，并且分别计算充电及放电电压平均值，记录到表格1-2中时间(秒)充电电压(V)放电电压(V)充电电压(V)放电电压(V)充电电压(V)放电电压(V)计算充电电压平均值(V)计算放电电压平均值(V)004.970.034.970.024.970.0166674.97102.652.692.552.562.592.562.5966672.603333203.791.313.791.223.811.233.7966671.253333304.370.634.390.634.400.584.3866670.613333404.680.314.700.294.700.294.6933330.296667504.830.164.830.144.830.144.830.146667604.900.084.900.094.910.084.9033330.083333704.940.044.940.044.930.044.9366670.04804.950.024.950.034.950.024.950.023333904.970.014.960.014.970.014.9666670.011004.970.014.970.014.9604.9666670.0066671104.9704.9704.9704.9701204.9704.9704.9704.970表格1-2图1-3图1-4第二部分电路2电容电压充电过程

1.在实验教学板上，用1个100(KQ)电阻替代图1-3中电阻56(KQ)R及1个220UF电1.容c,建立以下图1—4的电路，请勿连接电压电源到电路中.2.图1-5用万用表测量一个将输入电路的直流电压源5V,电阻实际值及电容实际值，记录到表表格2.表格1-6时间(秒)充电电压(V)放电电压(V)充电电压(V)放电电压(V)充电电压(V)放电电压(V)计算充电电压平均值(V)计算放电电压平均值(V)00.034.960.024.880.064.870.0366674.903333101.693.371.693.321.633.311.673.333333202.812.252.832.202.792.152.812.2303.531.493.511.413.531.393.5233331.43404.020.994.000.944.000.974.0066670.966667504.330.654.310.634.330.624.3233330.633333604.560.444.530.424.540.424.5433330.426667704.680.304.670.284.680.284.6766670.286667804.780.204.760.194.760.184.7666670.19904.840.134.820.124.830.124.830.1233331004.890.094.870.084.870.084.8766670.0833331104.910.064.890.054.890.054.8966670.0533331204.930.044.910.044.910.044.9166670.043.格1-1中的电路2中.重复电路1的电容电压充电及放电过程，记录电容电压及计算平均值于表格1-3

图1-7模拟数据:图1-8上两图为模拟图，当电阻为100(KQ)时，与上相同实验问题解答利用以上计算的充电电压平均值数据，使用MicrosoftOfficeExcel作电容充电vs-时间的图.根据你所作的电容充电VS.时间的图形，当第一个八RC(表格1-1已经计算)之后，电容电压达到电源电压的多少百分比？图1-7模拟数据:图1-8解：56(KQ)电阻充电过程数据得当第一个”RC时，电容电压达到电源的百分比大约2.98/5*100%=59.6%100(KQ)电充电过程数据得当第一个t=RC时，电容电压达到电源的百分比大约2.78/5*100%=55・6%此数据和图1-1中的63.2%的数据相同吗？解：不相同，但在误差的允许范围之内利用以上计算的放电电压平均值数据，使用MicrosoftOfficeExcel作电容放电vs-时间的图.根据你所作的电容放电vs-时间的图形，与你所期待的相同吗?解释为什么(根据百分比解释)解：如图1-4和图1-8所示，相同，电压在经过1匚、2匚、3匚、4匚、5t时，其电压分别达到其源电压的36.4%、12.9%、4.6%、1.5%、0.4%，在误差的允许范围之内如果一个电容,电阻串联(RC)电路,当它的时间常数，=3,经过2c之后，电容电压达到3.25(V),近似计算电容,电阻串联(RC)电路充电稳定后的电压值及时间？解：由题意可知这是在充电过程中所以根据题意得c=RC①当经过2c之后，电压应达到其原电压的86.5%，所以3.25=86.5%*V②可得V=3.76v，时间在5c之后即15当我们需要一个电容,电阻串联(RC)电路，在2秒钟之内通过一个10(松)电阻使得电路达到全充电或电路近似稳定电路状态，你将用多大值的电容?计算过程解：由题意可知，5c最大等于2，当5c=2时，c=0.4=RC=10000*C可得C=40uf实测数据：在此实验中，电阻