一阶电路的过渡过程

实验2 一阶电路的过渡过程 实验2.1 电容器的充电和放电

一、实验目的

1.充电时电容器两端电压的变化为时间函数，画出充电电压曲线图。 2.放电时电容器两端电压的变化为时间函数，画出放电电压曲线图。 3.电容器充电电流的变化为时间函数，画出充电电流曲线图。 4.电容器放电电流的变化为时间函数，画出放电电流的曲线图。 5.测量RC电路的时间常数并比较测量值与计算值。 6.研究R和C的变化对RC电路时间常数的影响。 二、实验器材

双踪示波器 1台 信号发生器 1台 0.1μF和0.2μF电容 各1个 1KΩ和2KΩ电阻 各1个 三、实验步骤

1.在电子平台上建立如图2-1所示的实验电路，信号发生器和示波器的设置可照图进行。示波器屏幕上的红色曲线是信号发生器输出的方波。信号发生器的输出电压在+5V与0之间摆动，模拟直流电压源输出+5V电压与短路。当输出电压为+5V时电容器将通过电阻R充电。当电压为0对地短路时，电容器将通过电阻R放电。蓝色曲线显示电容器两端电压Vab随时间变化的情况。在下面V-T坐标上画出电容电压Vab随时间变化的曲线图。作图时注意区分充电电压曲线和放电电压曲线。

2.用曲线图测量RC电路的时间常数τ。T=0.1ms

3．根据图2-1所示的R,C元件值，计算RC电路的时间常数τ。 T=R*C=1000*0.0000001=0.00001s=0.1ms

4．在电子工作平台上建立如图2-2所示的实验电路，信号发生器和示波器按图设置。单击仿真电源开关，激活实验电路，进行动态分析。示波器屏幕上的红色曲线为信号发生器输出的方波。方波电压在+5V和0V之间摆动，模拟直流电源电压为+5V与短路。当信号电压为+5V时，电容器通过电阻R放电。当信号电压为0V对地短路时，电容器通过电阻R放电。蓝色曲线表示电阻两端的电压与时间的函数关系，这个电压与电容电流成正比。在下面的V-T坐标上画出电阻(电容电流)随时间变化的曲线图。作图时注意区分电容的充电曲线和放电曲线。

5.根据R的电阻值和曲线图的电压读数，计算开始充电时的电容电流Ic. Ic=V/R=5/1000A=0.005A

6．根据R的电阻值和曲线图的电压读数，计算开始放电时的电容电流Ic.Ic=0A

7．用曲线图测量RC电路的时间常数τ。T=0.1ms

8.将R改为2KΩ。单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。用曲线图测量新的时间常数τ。T=0.2ms

9.根据新的电阻值R，计算图2-2所示的RC电路的新时间常数τ。 T=R*C=2000*0.0000001s=0.2ms

10.将C改为0.2μF,信号发生器的频率改为500HZ。单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。从曲线图测量新的时间常数τ。T=0.2ms

11.根据R和C的新值，计算图2-2所示的RC电路的新时间常数τ。 T=R*C=1000*0.2*0.0000001=0.2ms 四、思考与分析

1.在步骤1中，当充满电后电容器两端的电压Vab有多大？与电源电压比较情况如何？放完电后电容器两端的电压Vab是多少？Vab=5V等于电源电压 Vab=0V

2.在步骤2，3追踪时间常数τ的测量值与计算值比较情况如何？相同 3.充满电后流过电容器的电流是多少？0.005A

4.步骤7中时间常数的测量值与步骤3中的计算值比较情况如何？一样 5.改变R的阻值对时间常数有什么影响？R与T成正比，R增大时间，常数也增大

6.改变C的容量对时间常数有什么影响？c增大时间常数也增大，c和时间常数成正比

实验2.2 电感中的过渡过程

一、实验目的

1.当电感中的电流增大时确定电感电流随时间变化的曲线图。 2.当电感中的电流减小时确定电感电流随时间变化的曲线图。

3.当电感中的电流增大时确定电感两端的电压随时间变化的曲线图。 4.当电感中的电流减小时确定电感两端的电压随时间变化的曲线图。 5.测量RL电路的时间常数并比较测量值和计算值。

6.研究R和L元件值变化时对RL电路时间常数产生的影响。 二、实验器材

双踪示波器 1台 信号发生器 1台 100mH,200mH电感 各1个 1KΩ,2KΩ电阻 各1个

三、实验步骤

1.在电子工作平台上建立如图2-3所示的实验电路，信号发生器和示波器的设置可按图进行。单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。在示波器的屏幕上红色曲线为信号发生器的方波输出，输出电压在+10V和0V之间跳变，模拟加+10V直流电压与短路。当信号电压为+10V时，电感电流将增加直至达到最大静态值。当信号电压为0时相当于对地短路，电感电流将减小直至达到0。屏幕上蓝色曲线表示电阻R两端的电压与时间的函数关系，这个电压与电感电流成正比。在下面的V-T坐标上作出电阻电压（电感电流）的曲线图，作图时要注意区分代表电感电流增大的部分和电感电流减小的部分。

2.根据R的阻值和曲线图电压读数，计算达到最大稳态时的电感电流IL。 IL=10/1000A=0.01A

3.根据R的阻值和+10V信号输出电压，计算达到最大稳态时的电感电流IL。 IL=10/1000A=0.01A

4.从曲线图测量RL电路的时间常数τ.T=0.1ms

5.根据图2-3中R和L的元件值，计算RL电路的时间常数τ。T=L/R=0.1ms 6．子工作平台上建立如图2-4所示的实验电路，按图2-3对信号发生器和示波器进行设置。单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。在示波器屏幕上，红色曲线表示信号发生器的方波输出，信号电压在+10V和0V之间跳变，模拟加+10V直流电压与短路。当信号电压跳变到+10V时，电感电流将增加直至达到最大静态值，电感电流达到静态后将使电感电压降为0。当信号电压跳变到0对地短路时，电感电流将减小直至达到0，电感电流到0后将引起电感电压变负，变小。屏幕上蓝色曲线表示电感两端的电压Vab与时间的函数关系。在下面的V-T坐标上画出电感电压Vab的曲图，作图时注意区分电感电流增加时的电压曲线和电感电流减小时的电压曲线。

7.从曲线图测量RL电路的时间常数τ。T=0.1ms 8.将改为2kΩ,单击仿真电源开关，再次激活电路进行动态分析。从曲线图测量新的时间常熟τ。T=0.05ms 9．根据R的新阻值，计算图2-4所示的RL电路的新时间常数τ。T=L/R=0.05ms 10.将L改为200mH，单击仿真电源开关，再次激活电路进行动态分析，从曲线图测量新的时间常数τ。T=0.2ms

11．根据R和L的新值，计算图2-4所示的RL电路新的时间常数τT=L/R=0.2ms。 四、思考与分析

1．步骤1,2中电感的最大静态电流测量值与步骤3中的计算值比较,情况如何? 一样大

2．步骤5中时间常数τ的计算值与步骤4中的测量值比较,情况如何?电感电流达到最大静态值需要几倍时间常数? 一样大，需要5倍时间常数

3．在步骤6中当电感电流增大时最大电感电压是多少?当电感电流减小时最大电感电压是多少?为什么是负值?最小电感电压Vab是多少?

电流增大时最大是10V，电流减小时最大是-10V，在电感电压中，感应电压和电杆电流的变化率成正比，当电杆电流减小时，斜率是负值，所以是负值 最小电感电压是0V

4．步骤7中时间常数的测量与步骤5中的计算值比较,情况如何?为什么电感电流和电感电压具有相同的时间常数值。

一样，电感电流和电感电压具有相同的频率，且电阻相同，所以具有相同的时间常数

5．改变R的阻值对时间常数有什么影响？ R与时间常数成反比，R越大，时间常数越小 6．改变L的元件值对时间常数有什么影响？ L与时间常数成正比，L越大，时间常数越大 五，实验心得

1用形象的方式（示波器）观测电容两端的电压变化和电感两端的电压变化 2验证了电容和电感的时间常数与R，C，L的关系 3形象的观测了一阶电路的完整的过渡过程

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