RLC动态电路的研究.doc

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1、R、L、C动态电路的研究1．实验目的（1）观测研究一阶动态电路的过渡过程，测量RC电路的时间常数；（2）观测R、L、C串联的二阶动态电路的过渡过程。2．实验原理（1）当电子示波器设置在Y输入工作方式时，如果示波器的扫描周期是被测信号周期的整数倍，示波器的屏幕上将显示稳定的被测信号的波形。一般电路的过渡过程是短暂的，普通示波器难以观测其波形。为了方便观测电路的过渡过程，可以采用方波电压作为激励源，使电路中的过渡过程得以重复出现。图9－1将图9－1（a）所示方波信号施加于RC串联电路，由于电路不停地进行充电、放电，电容两端电压最终将稳定在图9－1（b）所示的工作状态，即充电时电容获得了多少能量

2、，放电时电容将释放多少能量,也就是说：充电时电容两端的初始电压U1将是放电时电容电压的终值，而充电时电容电压的终值U2又是放电时电容电压的初始值。由三要素法，不难得到如下方程式解得：=显然当T=10时，=e=0.00674，此时。因此可以认为，只要合理地选取与T的比例，上述充放电过程的每一周期都可视为一般的RC电路在零状态条件下的充电过程和电容通过电阻放电两个过程的组合。（2）RC串联电路的方波响应可以直观的观测到过度过程中的电压和电流的波形。由的波形可知，当过度过程经过时间时，自由分量将衰减到原来数值的36.8℅，我们可以利用这一个特征，借助使用双踪示波器上的“扫描选择”转换开关，确定屏

3、幕标尺的横轴上每一厘米（一大格）所代表的时间数，并由此计算出RC电路的时间常数来。（3）如果将方波电压施加到RLC串联电路中，依据电路参数的不同电路将会呈现三种不同的工作状态：（A）当时，电路处于非震荡过程；（B）当时，电路处于临界状态；（C）当时，电路处于衰减震荡过程。（4）相迹的观测：在直角坐标系中，如果用横轴表示某一个物理量，用纵轴表示该物理量对时间的变化率，这样的坐标系统称为相平面。电路中任一时刻的状态可以用相平面上的一个点来表示，该点称为相迹点。一系列的相迹点相连可以得到一条曲线，该曲线称为电路中对应该物理量的相轨迹也称为状态轨迹，简称相迹。应用相迹可以研究电路的暂态过程，及电路

4、的稳定性，这种方法称为相平面法。相迹有时可以用示波器测定，例如RLC串联电路中，设示波器的水平输入为电容电压而垂直输入为电阻元件端电压，由于，这样纵轴实质与只差一个比例常数RC，因此可以观测到相轨迹．3．实验步骤（１）依据实验设备设计一个时间常数mS的RC串联电路，并由此确定信号源方波的频率，以使能较好的观测到的波形及时间常数。确定R和C的具体数值，用示波器Ｙ输入方式观察R和C变化时电路中和电流的波形变化并记录波形。用示波器的标尺测定某一确定的R和C值时电路的时间常数，并与电阻箱和电容箱的标称值相比较。（２）观测RＬ串联电路，当R变化时电感端电压和电路中端电流的变化情况并记录波形。（电感为

5、固定值Ｌ＝１５７mH）（３）拟定并实施观测RLC串联电路暂态过程的方案，（），并分别观测三种不同工作状态下的电容电压，电路中电流（即）及电感电压的波形，并记录分析三者之间的不同特点。（４）观察任务（３）中相迹，此时示波器采用Ｘ—Ｙ输入方式。４.实验仪器（１）DF4313D10MHz双踪示波器一台。（２）TFG5001V谐波信号发生器一台。（３）十进位电阻箱一只（４）十进位电容箱一只（５）电感线圈一个（Ｌ＝１５７mH）５.注意事项（1）使用双踪示波器的Ｘ—Ｙ输入方式时，应注意“共地”的问题。（2）信号源方波信号的频率要选定合适，输出电压幅度不宜太大。６.预习要求（１）复习有关电路过渡过程的知

6、识。（１）复习有关电路时间常数的物理含义。