一阶rc暂态电路暂态过程

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1、第四章电路分析基础实验实验4.4一阶RC暂态电路的暂态过程4.1.1实验目的1．观察RC电路充、放电曲线，掌握电路的时间常数τ的测量方法。2．了解电路参数对时间常数的影响。3．研究RC微分电路和积分电路的特点。4．掌握信号发生器的使用方法。图4-4-1一阶RC充放电电路uc+_US+-C9.4uFR21MΩ13230KΩR14.1.2实验任务4.1.2.1基本实验1．用示波器观察图4-4-1所示电路的充、放电过程，画出充、放电曲线，求出放电时间常数τ。2．设计时间常数τ为1ms的RC微分电路，要求：(1)算出电路参数、画出电路图。(2)保持电

2、路时间常数τ不变，改变信号发生器的周期T，记录T分别为T=τ=1ms、T=10τ=10ms和T=0.1τ=0.1ms时电路的输入、输出波形，并得出电路输出微分波形的条件。4.4.2.2扩展实验用可调电阻和电容设计一个时间常数τ为1ms的积分电路。保持信号发生器的周期T=1ms不变，通过改变电位器阻值，即改变电路时间常数τ，分别使得τ=0.1ms、τ=1ms和τ=10ms，记录τ不同时电路的输入、输出波形，并得出电路输出积分波形的条件。输入方波信号频率为1kHz，取电容C=0.1μF，自行设计满足条件的积分电路。观察记录随着电阻增加或减少的三组

3、的输入、输出波形。4.4.3实验设备1．电压源(0.0~30V/1A)一台2．1μF/500V、0.1μF/63V电容器各一只3．1MΩ/2W、30KΩ/2W、1KΩ/8W、10KΩ/8W各一只4．十进制可调电阻(0~99999.9Ω/2W)一套5．4.7μF/500V电容器两只6．单刀双掷开关一付7．直流电压表(0~200V)或数字万用表一只8．信号发生器一台9.示波器一台10．秒表一台第四章电路分析基础实验11．粗、细导线若干4.4.4实验原理1．过渡过程。在含有电感、电容储能元件的电路中，由于电路结构、参数或电源电压发生突变，在经历一定

4、时间后达到新的稳态，这个过程称为过渡过程或暂态过程。132+_uSRCuC+-图4-4-2一阶RC电路2．电路过渡过程的快慢的决定因素。电路过渡过程的快慢取决于电路的结构和参数。对于一阶RC暂态电路如图4-4-2所示，其时间常数为τ(τ=RC)，其值越大，过渡过程就越长，相应的曲线变化就越慢。图4-4-3所示定量地反映了一阶电路在直流激励下时间常数与电路过渡过程进程的关系。图4-4-3a为当开关打向1位置时的充电波形。图4-4-3b为当开关打向3位置时电容的放电波形。0.632UC0tUCτ稳态值uC(iC)τ稳态值UC0.632UCuC(i

5、C)0ta)b)图4-4-3一阶RC电路时间常数与电路过渡过程的关系3．时间常数τ的测量方法。利用电容充电(或放电)过程测量一阶RC暂态电路时间常数τ(τ=RC)的实验方法如下：方法一：用秒表法记录电容充电开始到充电电压或电流上升为其稳态值U0(I0)时的0.632所经历的时间即可得到时间常数τ。或记录电容放电开始到放电电压或电流下降为其初始值U0(I0)时的0.632所经历的时间即可得到时间常数τ。方法二：测出放电电压的变化曲线u(t)，在u(t)曲线上选上两点(u1、t1)和(u2、t2)，这两点满足关系式u(t)=U0，因而得到τ=(t

6、1-t2)/ln(u1/u2)。图4-4-5a)uStb)uRtc)uCt000图4-4-4R+_uS+-CuRCuC+_uSR+-a)b)a)RC微分电路b)RC积分电路4．微分电路。RC串联，从电阻端输出，当时间常数τ<<输入方波信号uS的周期T时，电路为微分电路，如图4-4-4a所示，其输出uR≈RC，输出波形uR为尖脉冲，如图4-4-5b所示。实际应用时第四章电路分析基础实验常用微分电路来获得定时触发信号。5．积分电路。RC串联，从电容端输出，当时间常数τ>>输入方波信号uS的周期T时，电路为积分电路，如图4-4-4b所示。其输出uc

7、≈，其波形如图4-4-5c所示。实际应用时常用积分电路将方波转变成三角波。4.4.5预习提示1．什么是电路中的暂态过程？2．电路时间常数τ的物理意义如何？3.RC微分电路和积分电路的电路结构特点、条件如何？4．对于RC串联的电路，当外加电源周期为T的方波时，满足怎样的参数条件，电容电压波形近似为方波？4.4.6实验步骤1．用示波器观察图4-4-1所示电路的充、放电过程，画出充、放电曲线，求出放电时间常数τ。图4-4-6时间常数τ测试方法一τ(T1,10)(T2,3.68)uC/V0tUS0.368USab（1）按电工台“开机操作”程序进行操作

8、。（2）按图4-4-1所示电路联接线路。开启示波器。将开关打向3位置，连通3和2,观察示波器直至电容电压放电为0。(3)采用测试时间常数τ的方法一完成实验。将开关打