实验2一阶电路的过渡过程.ppt

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1、实验二一阶电路的过渡过程实验2.1电容器的充电和放电1.充电时电容器两端电压的变化为时间函数，画出充电电压曲线图。2.放电时电容器两端电压的变化为时间函数，画出放电电压曲线图。3.电容器充电电流的变化为时间函数，画出充电电流曲线图。4.电容器放电电流的变化为时间函数，画出放电电流的曲线图。5.测量RC电路的时间常数并比较测量值与计算值。6.研究R和C的变化对RC电路时间常数的影响。一、实验目的二、实验器材1、双踪示波器1台2、信号发生器1台3、0.1µF、0.2µF电容各1个4、1KΩ、2KΩ电阻各1个三、实验准备一个能产生正弦波、三角波和方波的信号源。有三个接线端。“+”输出端产

2、生一个正向的输出信号，公共端（Common）通常接地，“-”输出端产生一个反向的输出信号。左图所示正弦波、三角波或者方波的条形按钮，可以选择相应的输出波形。Frequency（频率）：设置输出信号的频率。DutyCycle（占空比）：设置输出信号的持续期和间歇期的比值。Amplitude（振幅）：设置输出信号的幅度。实验设备介绍----函数信号发生器可以通过显示波形来测量信号的频率、幅度和周期等参数。双踪示波器有4个端点，A、B端点分别为两个通道，G为接地端。T是外触发输入端。虚拟的双踪示波器的连接与实际双踪示波器稍有不同:(1)A、B两通道只有一根线与被测点相连，测的是该点与地之

3、间的波形；(2)当电路图中有接地符号时，双踪示波器的接地端可以不接。实验设备介绍----双踪示波器双踪示波器面板六个部分组成游标测量参数显示区Timebase区ChannelA区ChannelB区Trigger区显示屏ChannelA区用来设置A通道的输入方式。信号在Y轴的显示刻度值。Scale:设置Y轴的刻度值。Yposition：设置Y轴的起点。AC：显示信号的波形只含有A通道输入信号的交流成分。0：A通道的输入信号被短路。DC：显示信号的波形含有A通道输入信号的交、直流成分。ChannelB区用来设置B通道的输入信号在Y轴的显示方式，设置方法与通道A相同。Timebase区用

4、来设置X轴的时间基准扫描时长。Scale：设置X轴方向每一大格所表示的时间值。单击该栏出现一对上下翻转箭头，可根据显示信号频率的高低,，通过上、下翻转箭头选择合适的时间刻度。例如，一个周期为1kHz的信号，扫描时基参数应设置在1ms左右。XPosition：表示X轴方向时间基准的起点位置。Y/T：显示随时间变化的信号波形。B/A：将A通道的输入信号作为X轴扫描信号，B通道的输入信号施加在Y轴上。A/B：与B/A相反。Trigger区用来设置示波器的触发方式Edge:表示将输入信号的上升沿或下降沿作为触发信号。Level:用于选择触发电平的大小。Auto:若输入信号变化比较平坦或只要

5、有输入信号就尽可能显示波形时，就选择它。A：用A通道的输入信号作为触发信号。B：用B通道的输入信号作为触发信号。Ext:用示波器的外触发端的输入信号作为触发信号。游标测量参数显示区是用来显示两个游标所测得的显示波形的数据。可测量的波形参数有游标所在的时刻、两游标的时间差、通道A、B输入信号在游标处信号幅度。通过单击游标中的左右箭头，可以移动游标。单击示波器面板右下方的Reverse按钮，可改变示波器的背景颜色（黑色或白色）。单击示波器面板右下方的Save按钮，就可将显示的波形保存起来。电容器电压的充电和放电过程(1)正脉冲作用期间(t=0-t1)的充电过程第一次换路发生在t=0时刻

6、,此时输入电压由零跃变为U,根据三要素法,期间输出电压的表达式为U0(t)=U(1-e-t/τ).(2)第一个正脉冲结束后(t=t1-t2)的放电过程在t=t1,输出电压U0(t1)=U1=U(1-e-t1/τ);第二次换路发生在t=t2,此时电容由初始值放电,输出电压的表达式为U0(t)=U1(1-e-(t-t1)/τ).图2-1电容器的充电和放电电压电容器电流的充电和放电过程(1)正脉冲作用期间(t=0-t1)的充电过程第一次换路发生在t=0时刻,此时输入电压由零跃变为U,根据三要素法,期间输出电压的表达式为本Uc(t)=Ue-t/τ;输出电流的表达式为Ic=(U-Ue-t/τ

7、)/R=U/R(1-e-t/τ).(2)第一个正脉冲结束后(t=t1-t2)的放电过程在t=t1,输出电压Uc(t1+)=Uc(t1-)=U;Ic=U/R.第二次换路发生在t=t2,此时输入电压由U跃变到零,电容通过电阻放电,输出电压的表达式为Uc(t)=-Ue-(t-t1)/τ;输出电流的表达式为Ic=(U-Uc(t))/R=U/R(1+e-(t-t1)/τ).(3)时间常数的测量方法:在充电或放电曲线图上确定产生总量变化63%所需要的时间，就能测出时间常数。图2-