電路的暫態(tài)過程實驗目的

熟練掌握數字示波器的功能與應用RC串聯(lián)電路暫態(tài)過程的測量

理解電路時間常數τ

的物理意義

RLC串聯(lián)電路暫態(tài)過程的測量

理解阻尼振蕩規(guī)律，測量

深入分析與應用擴展基本問題概述RLC電路的形式及其暫態(tài)過程；

時間常數τ、振蕩周期T’和臨界電阻Rc；函數信號發(fā)生器和數字示波器；電路的充放電、弱阻尼、臨界阻尼、過阻尼等。2.測量方法與公式

半衰期測量法測定τ：

測定振蕩周期和臨界電阻：1.基礎知識摘要：選擇RC電路和方波信號充放電，觀察不同電阻值R時Uc(t)變化；

調整電阻R適當取值，測定電容性時間常數τ。摘要：選擇RLC電路和方波信號，觀察不同電阻值R時Uc(t)變化；

弱阻尼(R=0)，測定T’；臨界阻尼，測定Rc；觀察過阻尼的Uc(t)變化。注：數字存儲示波器參見教材(2)-p.220電路暫態(tài)過程的測量裝置(1)——RC電路SG2010S數字信號發(fā)生器數字示波器可調電容箱可調電阻箱注：數字示波器聲型號：TDS2001C（111室）；TDS2002（113室）。

可調電容箱有微小差異（111室&113室）。電路暫態(tài)過程的測量裝置(2)——RLC電路數字示波器可調電容箱可調電阻箱可調電感箱注：數字示波器聲型號：TDS2001C（111室）；TDS2002（113室）。

可調電容箱有微小差異（111室&113室）。SG2010S數字信號發(fā)生器Auto-Set電路暫態(tài)過程的測量裝置(3)——示波器TDS2001C-(111室)TDS2002-(113室)——自動設置，自動獲得穩(wěn)定波形和設置。DefaultSetup——默認設置，恢復至出廠設置。Cursor——光標按鈕，測量“電壓”和“時間”。Acquire——采集按鈕，可以減少信號顯示中的隨機或不相關噪聲。Auto-RangeUtilityDisplayMeasure多用途旋鈕注：垂直系統(tǒng)；水平系統(tǒng)；觸發(fā)系統(tǒng)；CH1&MATH&CH2。實驗原理概述

充放電——方波

動力學方程：

時間常數τ

理論值：τ

可由測定半衰期時間tD

得。注：S為示波器；r為電源內阻?！?RC電路暫態(tài)過程)UC(t)R<RC

弱阻尼R=RC

臨界阻尼R>RC

過阻尼弱阻尼(R<Rc)；臨界阻尼(R=Rc)；過阻尼(R>Rc)?！?RLC電路暫態(tài)過程)實驗原理概述

充放電——方波

動力學方程：

振蕩周期；

臨界電阻。注：tN為時間增量；N為周期數；r為內阻。UC電路的阻尼系數實驗儀器及其原理SG2010S數字信號發(fā)生器數字示波器可調電容箱可調電阻箱SG2010S數字信號發(fā)生器數字示波器可調電容箱可調電阻箱可調電感箱研究RC串聯(lián)電路的暫態(tài)過程-(τ)研究RLC串聯(lián)電路的暫態(tài)過程-(T’,Rc)注：相關實驗參數-方波，f=400Hz,E=10VL=5mH,C=0.05μF,r=50Ω

調節(jié)電阻箱進行觀察和測量。實驗注意事項嚴格注意實驗安全(水、電設施等)。

操作要求(規(guī)范、仔細、認真)。

數字示波器的功能了解和熟練應用。

相關實驗數據的列表記錄。

獨立完成，可以討論，鼓勵互助，嚴禁抄襲。

實驗完畢，拾整儀器，關閉電源。

自擬表格，記錄規(guī)范，修改備注，坐標紙繪圖。

請1—4號同學承擔衛(wèi)生值日。實驗內容RC-半衰期測量法測定時間常數τRLC-測定振蕩周期RLC-測定臨界電阻誤差計算和分析討論實驗基本要求強化過程；注重細節(jié)；分析原因；快樂實驗。測定時間常數、振蕩周期和臨界電阻。

1:1繪圖(方波和半衰期測量；弱阻尼和臨界阻尼)。自擬表格，數據記錄，計算實驗測量值的理論值。與理論值比較，計算相對誤差，分析討論和總結。注：獨立完成，允許討論，鼓勵互助，嚴禁抄襲。實驗內容1-(τ)(RC電路的暫態(tài)過程)實驗具體程序和要求聯(lián)接RC串聯(lián)電路，參數設置；調節(jié)R，觀察Uc(t)變化；取R=0時，1:1繪制一個周期Uc(t)圖；適當調節(jié)R(~kΩ)，至Uc(t)充電末端走平;記錄R值，測量半衰期tD；1:1繪制一個周期的tD測量圖；計算時間常數τ，誤差分析和討論。注：參見教材p.40~41【實驗程序】注：參數設置-方波

f=400Hz,E=10VC=0.05μF,r=50Ω

調節(jié)R(~kΩ)實驗內容1圖例-(τ)RC電路暫態(tài)過程測量裝置與聯(lián)線RC電路暫態(tài)過程電源方波的波形圖Auto-SetAuto-Set-單個周期實驗內容1圖例-(τ)RC電路暫態(tài)過程不同R值的Uc(t)波形圖RC電路暫態(tài)過程測量半衰期tD

的Uc(t)波形圖注：圖中從左至右，R值增大。注：采樣測量注：平均測量注：放大測量實驗內容2和3-(T’,RC)(RLC電路的暫態(tài)過程)實驗具體程序和要求聯(lián)接RLC串聯(lián)電路，參數設置；選擇R=0，觀察Uc(t)阻尼振蕩；測量時間增量tN，繪制Uc(t)圖；計算振蕩周期T’,誤差分析和討論；調大R，至臨界阻尼狀態(tài)；記錄R值，繪制Uc(t)圖；計算臨界電阻Rc，誤差分析和討論。注：參見教材p.40~41【實驗程序】注：參數設置-方波

f=400Hz,E=10VC=0.05μF,r=50Ω

L=5mH

調節(jié)R(<kΩ)UC(t)R<RC

弱阻尼R=RC

臨界阻尼實驗內容2和3圖例-(T’,RC)RLC電路暫態(tài)過程測量裝置與聯(lián)線RLC電路暫態(tài)過程測量振蕩周期T’的Uc(t)波形圖注：采樣測量注：平均測量Auto-Set實驗內容2和3圖例-(T’,RC)RLC電路暫態(tài)過程測量不同阻尼(R值)的Uc(t)波形圖注：弱阻尼(R=0Ω)注：弱阻尼(R=90Ω)注：弱阻尼(R=190Ω)注：弱阻尼(<Rc)注：臨界阻尼(=Rc)注：過阻尼(>Rc)實驗中常見問題1測量儀器(信號發(fā)生器？示波器？實驗裝置聯(lián)線？)

(功能鍵和旋鈕？無顯示？調試無響應？波形不穩(wěn)定或錯誤？)2RC串聯(lián)電路的暫態(tài)過程(內容1)？

(半衰期法測量tD；充電完全；放電曲線中點判斷；示波器。)3RLC串聯(lián)電路的暫態(tài)過程(內容2和3)？(測量振蕩周期T’；測量tN

取3~4個周期；示波器。)

(臨界狀態(tài)的判斷；臨界電阻Rc的測量；示波器。)5實驗中的反?，F象？

(測量無響應？測量結果的差異？與參考值的差別？……)注：量綱、過程與分析！注：誤差分析：理論值計算；相對誤差。狀態(tài)的最佳判據？原因和依據？實驗主要誤差？定量估計？拓展思考問題(1)試分析方波信號頻率對觀察和測量RLC電路暫態(tài)過程的影響？(2)τ的物理意義是什么？寫出RC串聯(lián)電路中τ的表達式和單位。(3)怎樣用作圖法求出RC串聯(lián)電路中的τ？(4)實驗中如何判斷弱阻尼、臨界阻尼和過阻尼狀態(tài)？簡述理由。(5)實驗電感的電阻值，是否影響RLC電路的振蕩特性？為什么？(6)測量RC電路τ

時，充電不足或過快對測量結果有何影響？(7)如何判定臨界阻尼現象？如何改善和提高Rc

測量的精度？(8)RLC電路實驗的總結(經驗分享、教訓、體會、感想、建議等)。注：實驗分析、討論和總結！可自擬題目！要求：任選1~2題，在實驗報告中回答和討論！實驗報告(