1、RC、RL电路的暂态过程,实验背景 实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容 实验主要现象 操作过程 数据及处理 注意事项 思考题,实验背景,电阻（R）、电容（C）、电感（L）是电路的基本元件。在RC、RL串联电路中，接通或断开电源时，电路往往产生一种稳定状态过渡到另一种稳定状态的暂态过程，这些电路的暂态过程不可忽视。在瞬变时电路某些元件的电压或电流可能大于稳定状态时它最大值的好几倍，出现过电压或过电流现象，,实验背景,所以，如不预先考虑到暂态过程中暂态现象，电路元件便有损伤甚至毁坏的危险。另一方面，通过暂态过程的研究，还可以从积极方面控制和利用过渡现象，如提高过渡的速度，可获得高电压或者大电流
2、。,实验目的,1）学会使用数字示波器、函数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。,实验原理,一、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1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放电直到其电量全部被耗光为止，电路这一过程称为电路的暂态过程。,实验原理,.RC充放电公式 在此过程中，电容器C上的电压随时间的变化关系如下： 令 =RC， 称为电路的时间常数（或驰豫时间
3、），它反映电路充放电过程的快慢， 越大，充放电过程越慢，反之则快。当Vc由V0减小到V0/2时，相应的时间间隔称为半衰期,充电过程,放电过程,实验原理,图1 RC充放电电路,实验原理,二、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，电路的电流随时间发生变化。如图2所示，当开关K闭合在位置2时，电感L的电流由0逐渐增大，直到其电流达到稳定值I0 （ I0 =Vs/R)；当开关K闭合在位置2时，电感L将通过电阻R逐渐放电，直到其电流减小到0。同理，电路这一过程称为电路的暂态过程。,实验原理,.RL电路中电流的计算公式 在此过程中，电感L上的电流随时间的变化关系如下： 令
4、=L/R， 称为电路的时间常数（或驰豫时间），它反映电路充放电过程的快慢， 越大，充放电过程越慢，反之则快。当由0减小到0/2时，相应的时间间隔称为半衰期,电流增大过程,电流消失过程,实验原理,图2 RL充放电电路,实验仪器,实验电路板 TDS1001B数字存储示波器 GFG8216A函数发生器 接函数信号发生器的连接线 接数字示波器的连接线 计算机,附件：电路板所对应的电子器件值,电路板所对应的电子器件值,新的电路板 电阻这排按键档：1号：100 2号：560 3号：1 k 4号：10 k 5号：20 k 6号：100 k 电容、电感按键档：1号：0.001 F 2号：0.01 F 3号：0
5、.047 F 4号：0.1 F 5号：5 mH 6号：25 mH 7号：33 mH 8号：68 mH,附件：电路板所对应的电子器件值,电路板所对应的电子器件值,旧的电路板 电阻这排按键档：3号：110 4号：560 5号：1.1 k 6号：11 k 7号：20 k 8号：100 k 电容、电感按键档：1号：0.001 F 2号：0.01 F 3号：0.047 F 4号：0.1 F 5号：10 mH 6号：25 mH 7号：33 mH 8号：68 mH,实验内容,一、RC电路 二、RL电路,RC电路,（1）按图接线。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
6、，电压输出到合适的幅度，R的电阻值分别选择为1k、20 k、100 k，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。,（）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（CURSOR2）旋钮测量并记录半衰期 T1/2 ，然后将此波形储存于计算机中。计算此时电路理论上 的半衰期T1/2 ，并对半衰期T1/2的理论值和实测值进行比 较。 （3）通过比较会得到一个实测值
7、与理论值最接近的波形，将此波 形给打印出来并标出所对应的电阻值。 注意：计算时间常数RC时，R=R1+Rs，其中Rs为信号源内阻 。,RL电路,（）按电路图接线。选择电感为L=0.033H ，调节函数发生器使其输出方波信号、信号频率为f=1000Hz，电压输出到合适的幅度，R的电阻值分别选择为10 k、1 k和100 ，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。,（）选择合适波形测量半衰期。利用示波器光标测量T1/2（同上一步方法类同）。计算理论值的半衰期T1/2，并对半衰期T1/2的理论值和实测值
8、进行比较。 （3 ）通过比较会得到一个实测值与理论值最接近的波形，将此波形给打印出来并标出所对应的电阻值。 注意：计算时间常数L/R时，R=R1+RL+Rs，其中 RL为电感的阻值。,Auto set,选择键,秒格,返 回 目 录,Auto set,选择键,选择键,选择键,秒格,水平位置,伏格,CURSOR,选择键,光标旋钮,选择键,光标旋钮,操作过程,介绍如何应用 “NI Signal Express Tektronix Edition”软件来把黑白数字示 波器采集到的波形给打印出来。,返 回 目 录,数据及处理,（1）设计表格记录信号源内阻、电感电阻值RL。,数据及处理,（2）设计表格记录
9、RC电路半衰期的理论 值、实测值及其相应的R、 C值。,数据及处理,（3）设计表格记录RL电路半衰期的理论 值、实测值及其相应的R、L值。,数据及处理,（4）计算两种电路的时间常数及其不确定度，并给出测量结果。 （5）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。,注意事项,（1）更换或连接示波器、信号发生器的连接线应顺时针方向旋进或逆时针方向旋出，严禁直接用力拔插。 （2）连接线的倍率放置在1档。,思考题,（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改变 f，为什么也会得到类似的波形？ （2）在RL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？,结 束,
