实验六 一阶RC电路的研究.doc

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1、实验六一阶RC电路的研究一、实验目的1．研究一阶RC电路的充电和放电特性。2．了解测定RC电路时间常数的方法。3．用示波器观察RC电路的方波响应。二、实验原理1．电路时间常数的测定方法RC电路充放电时，其时间常数τ值的大小决定电容充电和放电的快慢。当电路过渡过程持续时间t为τ值的4~6倍时，可认为电路达到稳定状态，过渡过程基本结束。实验测定τ的值，一般有以下几种方法：(1)充电时，由可知，当t=τ时，，于是在充电曲线上找出的点所对应的时间即为τ值，如图6-1(a)所示。图6-1电路时间常数τ值的测定(2)在电流曲线上任取a和b两个点。如图6-1(b)所示。由于a，b两点

2、在曲线上，所以a、b两点的坐标a[i1，t1]和b[i2，t2]满足方程。通过代换可得(3)在电流曲线上任取一点D，过D点作切线DF和垂线DE，如图6-1(c)所示。则次切距EF的长度便是τ的值，即。2．RC电路的方波响应(a)(b)图6-2微分电路（a）(b)图6-3积分电路(1)图6-2(a)是微分电路，输入电压ui为图6-2(b)所示的矩形脉冲电压，T为脉冲电压的周期，。由于τ=RC与T相比小得多，电容的充放电在远小于T的时间内即可完成。图6-2(b)画出了电压uC和u0的波形，其中过渡过程的时间宽度是放大画出的。在大多数时间内，，而，即输入电压和输出电压近似成微

3、分关系。(2)图6-3(a)是积分电路，输入电压是周期为T的矩形脉冲电压，。由于τ=RC与T相比大得多，电容的充放电进行得十分缓慢，在大多数时间内，，而，，即，因此输出电压u0与输入ui近似成积分关系。图6-3(b)是ui、uR及u0的波形。三、仪器与设备GDDS型高性能电工系统实验装置DGJ—3型电工技术实验装置序号名称型号规格数量备注序号名称型号数量备注1直流稳压电源0~25V1A11函数信号发生器12直流电压表20V1JDV-212双踪示波器13直流电流表2mA1JDA-213一阶、二阶实验线路板1DGJ—034电容4700μF1D025电阻10KΩ1D01四、实

4、验步骤**注意：GDDS型高性能电工系统实验装置的实验步骤为1~3，DGJ-3型电工技术实验装置的实验步骤为4~5。1．按图6-4(a)接线，取电阻阻值R为10kΩ，电容C为4700μF，电压表用JDV—21直流电压表20V电压挡，开关S预置于闭合位置（可用连接导线将电容器短接，断开连接导线时开始计数）。调直流稳压电源的输出电压US，使毫安表指示值为1.5mA。然后断开开关S的同时秒表开始计时，每相隔一定的时间（开始时间间隔可取10秒，50秒后时间间隔可适当延长），将毫安表和电压表指示值记入表6-1中。（a）（b）图6-4实验接线图表6-1项目单位充电时的测量值计算τ值

5、给定的时间sR=ΩC=μFuCVimAR=ΩC=μFuCVimA2．按图6-4(b)接线，取R为10kΩ，C为4700μF，调节稳压电源电压US，使毫安表指示值为1.5mA。然后打开开关S的同时秒表开始计时，每相隔一定的时间（开始时间间隔可取10秒，50秒后时间间隔可适当延长），将毫安表指示值记入表6-2中。表6-2项目单位放电时的测量值计算τ值给定的时间sR=ΩC=μFi（t）mAR=ΩC=μFi（t）mA3．将图6-4(a)和图6-4(b)中的电容C改为2350μF，即将两个4700μF电容串联。按上述步骤“1’和“2’分别用电压表和电流表测量电压uC和电流i，数据

6、按要求分别记入表6-1和表6-2中。4．按图6-2(a)接线，组成微分电路。方波信号发生器的输出电压作为微分电路的输入电压ui。将该电压的频率调节到l000Hz，电压有效值为3V。电阻R为1kΩ，电容C为0．01μF。然后用示波器观察输入电压ui，电容电压uC和输出电压u0的波形，并且按适当的比例把观察到的输入电压ui，电容电压uC和输出电压u0的波形描在方格纸上。增大或减少R的大小，定性观察对响应u0的影响，并记录观察到的现象。5．按图6-3(a)接线，组成积分电路。电阻R为10kΩ，电容C为3300PF，输入方波电压ui的频率为l000Hz，有效值为3V。同样用示波

7、器观察ui，uR及u0的电压波形，并且按适当的比例把观察到的ui，uR及u0的波形描在方格纸上，并求测时间常数τ。改变电容值或电阻值，定性观察对响应u0的影响，并记录观察到的现象。五、实验注意事项：1．由于电容器有介质损耗，因此在分析实验数据时应注意到实际电容器的损耗，采用钽电容可减小损耗。2．在记录测量数据时两人要密切配合。3．用秒表逐点测定RC电路的充电和放电特性时，电路时间常数τ得取大一些。4．用示波器观察波形时要注意以下几点：l）示波器的辉度不要过亮。2）调节仪器旋钮时，动作不要过猛。3）调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮