实验三 RLC串联电路的暂态过程实验报告

实验三RLC串联电路的暂态过程实验报告

14级软件工程班

候梅洁14047021

【实验目的】

1.用存储示波器观察RC，RL电路的暂态过程，理解电容，电感特性及电路时间常数τ的物理意义。

2.用示波器观察RLC串联电路的暂态过程，理解阻尼振动规律。

3.进一步熟悉使用示波器。

【实验仪器】

电感箱、电容箱、电阻箱、函数信号发生器、示波器、导线等。【实验原理】

在阶跃电压作用下，RLC串联电路由一个平衡态跳变到另一平衡态的转变过程，这一转变过程称为暂态过程。暂态过程期间，电路中的电流及电容，电感上的电压呈现出规律性的变化，称为暂态特性。

1.RC电路的暂态过程。

电路如图所示：

【实验结果与分析】

1.观测U c波形时：方波信号500Hz输出；分别取：第一组R=1000ῼ，C=0.5uF，第二组R=500ῼ，C=0.2uF；

用示波器观测波形后，我们在坐标纸上绘制了U、U c、U

R

的

波形图，从图中可以看到：U、U

R

、U c三者周期、相位均相同。且

U

R

=U-U c。U、U c都是呈指数型变化的，然而U比U c变化的缓一些。在阶跃电压的作用，U c是渐变接近新的平衡值，而不是跃变，

这是由于电筒C储能元件，在暂态过程中不能跃变。而U

R

变化幅度

很大，理论上，U

R

的峰值应该是是U的峰值的两倍，因为开关接1时，给电容正向充电时，R两端的电压为E，当反向电容放时，R两

端电压为-E，两者之差为2E，就是U

R

的峰值。而事实上，我们看到

的波形图中U

R

的峰值小于2U，这可能是由于：

（1）电阻内部有损耗、欠阻尼振荡状态下的电感和电容存在着附加损耗电阻，并且其阻值随着振荡频率的升高而增大．故实际上电路中的等效阻值大于R与用万用表测出的电感阻值之和.

（2）数字示波器记录的数据精确度有限造成误差。

（3）数字示波器系统存在内部系统误差。

（4）外界扰动信号会对示波器产生影响。

（5）电器元件使用时间过长，可能造成相应的参数有误差。

（6）电源电压不稳定.

2.测量RC串联电路的时间常数：我们取一个峰值处为t

1

，取与其最

近的一个零点处为t

2，调节示波器将t

1

和t

2

时间段的波形放大到合适

大小，从光屏上测出半衰期（此时U c=E/2)t为92.0s，通过公式U c=E·e-t/τ，计算出时间常数为132.73s。

3.RL电路暂态的观测：

观测方法与RC电路暂态过程的观测方法类似，分别测试了两组数据：第一组R=200ῼ，L=0.02H，第二组R=40ῼ，L=0.04。从图

中可以看到：U、U

R 、U

L

三者周期、相位均相同，且三者都是呈指

数型变化。此时观测到U、U

R 、U

L

三者的峰值不同。从波形图可看

出，RL串联电路中的电流是不能突然变化，而电感两端的电压是能够突然变化的。

RL串联电路中，电压与电流的快慢与时间常数有关。通过与测量RC中时间常数的类似方法，可以测出相应的时间常数。所测的时间常数可能会偏小，原因是欠阻尼振荡状态下的电感和电容存在着附加损耗电阻，并且其阻值随着振荡频率的升高而增大．故实际上电路中的等效阻值大于R与用万用表测出的电感阻值之和。

六．心得体会

通过此次试验，让我们学会了用示波器来观测RC和RL的暂态过程，更加深入的理解了电容、电感特性及时间常数的物理意义。同时进一步熟悉使用示波器。培养我们对物理电路的分析能力和动手实验的能力。