眼镜蛇研究电容开关现象

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1、眼镜蛇研究电容开关现象屯容是屯子线路中常用的电子元件，是一种能储存电荷的容器。它具冇端电压不能突变、可以充放电的特性。［实验目的］1.测量开关闭合时电容的电流和电压的瞬时过程。2.加深对电容充放电现象的理解。［实验仪器］C0BRA3BasicUnit（基础单元）、12V电源、C0BRA3通用软件、RS232数据线、接线盒、电阻若干、ON/OFF开关、电容器若干、计算机、导线若干等。［实验原理］电容器两端电压不能突变，只能通过充电与放电逐渐改变两端电压。如图1所示电路，开关闭合后，形成一个阶跃信号经电阻对电容C进行充电，电容充电满足下列关系：(1)S图1电路原理图式中“0是电压源

2、大小，f是充电时间，C是电容容量，是电阻大小，/是白然指数，〃为充电时间f后电容的电压。显然，电容充电过程中，两端的电压呈指数规律增大。假设电容两端电压达到屯源电压一半吋所需吋间为人/2,此吋电容的电压记作S/2，电容两端电压的最大值卩唤可达到匕）。则有：%=匕⑵max因此S/2耳/2R•Ln2(4)如果测得电容充电达到电源电压一半的时间八/2,则可根据公式（4）估算岀电容的大小。若给定一个lOO^F电容和5.6kQ电阻构成的充电电路，测得电容充电时电压和电流强度的变化过程如图2所示。由图所示电压曲线（Voltage曲线）可知，充屯起始时刻屯容两端屯压人为0V,随着充电过程进行

3、，两端电压呈指数规律上升，直至增大到电源电压5V。由电流曲线（Cuirent曲线）可知，充电Z初，电路屮冇很大的充电电流，随着充电过程进行，电容两端电压逐渐上升，充电电流随之减小，充电至5V电压后，充电过程基本结束，因此，电流为0。为了更清晰地观察电流流量的减少，用对数绘制电流值，如图3所示。从图中可以看出，电流通量指数线性衰减。其中屯流干扰片段在曲线的右末端是由于有测量分辨率限度范围。Currenthj：OJDrvi0畑5nreC431VBY2.4V（J腳说03Voltage弭JDQ3800OHE£C(l图2电容充电时电压和电流强度的变化过程图3电容充电吋电流强度的对数过程从

4、图2中可知：t/max=5V,电容端电压达到2.5V所需时间为仏=0.497s,将数据代入公式（4）计算可得C=12&庐，而所用的电容为100PF,屈于偏差范围内。［实验内容］1.搭建电路按照图4和5搭建电路。最初，开关断开。考虑电解电容的极性。图4实验仪器搭建100^iF56曲图5电路图2•测量过程及参数设置(I)按照图6所示，设置参数开始记录测量值，但是不要点“Stanmeasurementn按钮。图6测量参数(2)闭合开关5$到Zv后用手终止测量过程。数字显示1大约将显示4.8V到5Vo现在再次断开开关。(3)在下一次测量完成之前，如果有必要，用金属丝对电容放电(将其短路

5、)，使数字显示1显示大约在0V。(4)因为电流流过分流电阻产生一个电压降，在逻辑通道2上电流可以通过电压的测量来计算。适用于下列各项：RRshum(2)在Analysis/Channelmodification窗口中转换通道2的测量值使用公式：f：=x/5600*1000(如果5600Q的分流电阻被使用)单位为加A°(3)在Measurement/Information/Channels窗口中将新的计算出的模拟信号通道2’的单位改为加1；Symbol改为/；Unit改为加(4)选择指标，当“Symbol”图表运作正常时出现，以至于上方曲线符合电流〃。在结束处测量。选择低指标到U

6、/2同时确定电流曲线交叉点。这个测量使用时间，皿,来计算电容容量。(5)使用Analysis/Channelmodification/Operations：xz-Ln(abs(x)),计算电流曲线自然对数和适合的直线。［数据与结果］1.将C0BRA3通用软件中得到的电容充电时电压和电流强度的变化过程及电容充电吋电流强度的对数过程图形打印出来。2.根据所得电容充屯时电压和电流强度的变化过程图中的相关数据记录在卜•列表格中。给定参数观绘所得数据计算所得CRUouI/2tl/2C［注意事项］1.准确的电流测量是依赖分压电阻的精确值的，在测量前重新核对欧姆表。2.电容可用不同的类型，不

7、同容量的电容对实验误差影响也不同。3.大值电容有正负极性，使用屮注意正确连接，以免出现意外。4.用不同的电容或电阻來进行重复测量是可取的，并且比较结果。［思考题］1.电容充电时间与哪些因素冇关？2.如何理解电容的开关特性？怎样提高电容的开关速度？