大学物理实验讲义(rc电路)

《大学物理实验讲义(rc电路)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、用RC电路测电容【实验目的】1、观察电容充放电现象，了解电容特性；2、利用电容器的充、放电测定电容；3、根据电容容抗的频率特性测定电容。【仪器仪器】两个电容（其中一个为电解电容，电容值470；另一个电容值约为0.1），电阻箱，直流电源，信号发生器，数字万用电表，示波器，导线．开关等。【实验原理】1．电容器电容器是常用电子元件之一，其符号如图l所示，用C表示．C图1电容符号常用电容器以两层金属箔（膜）为极板。极板中间有一层绝缘材料作为介质。极板上可积聚等量异号的电荷Q,两极板的电压为U，两者成线性关系，其比值即为电容电容符号电容的基本单位是F，这个单位太大，常用单位有和：，，电

2、容的种类很多，分为固定电容和可变电容，固定电容有：瓷介质电容、云母电容、薄膜介质电容、纸介质电容和电解电容器等，常用的电解电容器电容值较大，且有正负极性，使用时应注意将正极接高电位，负极接低电位；如果极性接反，会将电容器击穿损坏．电容的主要参数有：电容值和额定工作电压。由于电容的充放电特性，以及电容具有隔直流和通交流的能力，在电子技术中使用十分普遍，常用于滤渡电路、定时电路、锯齿波发生器电路、微分积分等电路．RCEK12图2电容充放电原理图2．RC电路充放电特性将一个电容和一个电阻串联构成RC电路，电路如图2所示当开关K合到图2中的“1”时，直流电源通过电阻R给电容充电，电容

3、上的电压逐渐增大，最终与电源电压E相等；然后再将开关合向“2”，电容C将通过电阻R放电，逐渐减小，直至为零。O(b)图3电容充、放电波形（a）电压波形；（b）电流波形在RC电路充放电过程中和的变化遵循以下规律：（1）对于充电过程，有（1）或（2）（2）对于放电过程，有（3）或（4）由上述公式可知，在充电过程中，和均按指数规律变化，式(4)中电流的负号表示放电过程中电流的方向与充电过程相反。和随时间变化的曲线如图3(a)和(b)所示，令，称为RC电路的时间常数当时，由式(3)可知O(a)O(b)图3电容充、放电波形（a）电压波形；（b）电流波形（5）0.365EE0图4上式说明

4、，表示放电过程中由E衰减到E的36.8%所需要的时间。电阻电容数值越大．值越大，变化越慢，即电容充放电进行得越慢。通过时间常数，电压、时间以及R，C数值之间建立了对应关系。根据这一特性，由的变化测得，如果已知电阻R，可测出电容C.电容充放电的特性在实际中得到广泛应用，例如制成延时开关，用于声光控制路灯的电路中等。3．用示波器观察RC电路在充放电过程中和的变化RrC图5电容充放电实验电路实验电路如图5所示，由信号源输出周期性方波信号。可将方波信号看成一个电子开关，其作用相当于图2电路中的选择开关K自动连续在“l”，“2”之间切换，使得电容轮流持续进行充放电，调节示渡器即可得到稳

5、定波形，这样便于观察和随时间变化的波形。调节方波的半周期远大于RC电路的时间常数，即使得电容充放电过程在方波的半周期内完成，这时和的变化规律可近似为上述单次充放电过程．根据图5和式（5），可使用示渡器测量时间常数，粗略测定电容数值。注意，这里的电阻应是电路的全电阻，不仅包括外电路电阻R，还应包括信号源内阻r。4．电容阻抗和频率的关系给RC电路加以正弦波信号时，电路呈现出和直流电路不同的特性。类似电阻元件，电容也具有阻抗，称为容抗。电容的容抗与电源频率，及电容值C有关，有（6）如果已知电阻R的阻值，测量和，即可得到（7）其中以，表示和的有效值因此可得（8）由式(6)可知，电容的

6、容抗随着电源频率变化；越高，越小．因此电容具有通交流、隔直流的作用利用这一特性可制成RC滤波器，广泛用于整流滤波电路中。【实验内容】1．使用数字万用电表直流电压量程观察RC电路中电容的充、放电理象，并通过暂态过程测定电容量。连接电路如图2。为使充放电现象较明显，可选取较大数值的电容和电阻，电容C为电解电容器（几百微法），注意其正极必须接高电位；R为电阻箱．取几十千欧，电源电压为5V，选取数字万用电表直流电压合适的量程检测和的变化。（1）检测。接通电源开关，将选择开关K分别合到“1”和“2”．观察在充电过程和放电过程中的变化。（2）通过电容器的放电过程。采用（5）式并利用关系测

7、定电容量，按表1，在电容不变的情况下，依次测定、、的时间常数，并分别算出电容C。2．用示波器观察RC电路充放电现象连接电路如图5，采用数值较小的电容，电阻R取。（1）先观察信号源输出的方波信号，信号源频率为．注意满足“共地”，使示波器的接地端和信号源的接地端连在一起（2）观察将。将接到示渡器的输入通道进行观察，连接电路时同时需要注意满足“共地”，观察并画出波形，根据波形计算电容量。（3）测量电容数值使用示波器的双通道输入，一路观测信号源输出，一路观察，注意两通道的公共接点要和信号源接地端和示波器的接地端