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1、 实验二实验二 一阶电路的过渡过程一阶电路的过渡过程实验实验2.1 电容器的充电和放电电容器的充电和放电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。一、实验目的一、实验目的二、实验器材二、实验器材 1、双踪示波器 1台2、信号发生器 1台3、0.1F、0.2F电容 各1个4、1K、2K电阻 各1个三、实验准备三
2、、实验准备 一个能产生正弦波、三角波和方波的信号一个能产生正弦波、三角波和方波的信号源。源。有三个接线端。有三个接线端。“+”输出端产生一个正向输出端产生一个正向的输出信号，公共端（的输出信号，公共端（Common）通常接地，）通常接地，“-”输出端产生一个反向的输出信号。输出端产生一个反向的输出信号。左图所示正弦波、三角波或者方波的条形按左图所示正弦波、三角波或者方波的条形按钮，可以选择相应的输出波形。钮，可以选择相应的输出波形。Frequency（频率）：设置输出信号的频率。（频率）：设置输出信号的频率。Duty Cycle（占空比）：设置输出信号的持续（占空比）：设置输出信号的持续期和间
3、歇期的比值。期和间歇期的比值。Amplitude（振幅）：设置输出信号的幅度。（振幅）：设置输出信号的幅度。实验设备介绍实验设备介绍-函数信号发生函数信号发生器器v 可以通过显示波形来测量信号的可以通过显示波形来测量信号的 频率、幅度和周期等参数。频率、幅度和周期等参数。v 双踪示波器有双踪示波器有4个端点，个端点，A、B端端 点分别为两个通道，点分别为两个通道，G为接地端。为接地端。vT是外触发输入端。是外触发输入端。v虚拟的双踪示波器的连接与实际虚拟的双踪示波器的连接与实际 双踪示波器稍有不同双踪示波器稍有不同:(1)A、B两通道只有一根线与被测两通道只有一根线与被测 点相连，测的是该点与
4、地之间的波点相连，测的是该点与地之间的波形；形；(2)当电路图中有接地符号时，双踪当电路图中有接地符号时，双踪示波器的接地端可以不接。示波器的接地端可以不接。实验设备介绍实验设备介绍-双踪示波器双踪示波器双踪示波器面板六个部分组成双踪示波器面板六个部分组成游标测量参数显示区游标测量参数显示区Timebase区区ChannelA区区Channel B区区Trigger区区显示屏显示屏Channel A 区用来设置区用来设置A通道的输通道的输 入方式。入方式。v信号在信号在Y轴的显示刻度值。轴的显示刻度值。vScale:设置设置Y轴的刻度轴的刻度值值。vY position：设置：设置Y轴的起点。
5、轴的起点。vAC：显示信号的波形只含有：显示信号的波形只含有A 通道输入信号的交流成分。通道输入信号的交流成分。v0：A通道的输入信号被短路。通道的输入信号被短路。vDC：显示信号的波形含有：显示信号的波形含有A通通道输入信号的交、直流成分。道输入信号的交、直流成分。vChannel B区用来设置区用来设置B通道的通道的输入信号在输入信号在Y轴的显示方式，设置轴的显示方式，设置方法与通道方法与通道A相同。相同。Timebase区用来设置区用来设置X轴的时间基准扫描时长。轴的时间基准扫描时长。vScale：设置：设置X轴方向每一大格所表示的时间值。单击该栏出现一对上下翻转箭头，可根据显轴方向每一
6、大格所表示的时间值。单击该栏出现一对上下翻转箭头，可根据显 示信号频率的高低示信号频率的高低,，通过上、下翻转箭头选择合适的时间刻度。例如，一个周期为，通过上、下翻转箭头选择合适的时间刻度。例如，一个周期为1kHz 的信号，扫描时基参数应设置在的信号，扫描时基参数应设置在1ms左右。左右。vX Position：表示：表示X轴方向时间基准的起点位置。轴方向时间基准的起点位置。vY/T：显示随时间变化的信号波形。：显示随时间变化的信号波形。vB/A：将：将A通道的输入信号作为通道的输入信号作为X轴扫描信号，轴扫描信号，B通道的输入信号施加在通道的输入信号施加在Y轴上。轴上。vA/B：与：与B/A
7、相反相反。Trigger区用来设置示波器的触发方式区用来设置示波器的触发方式vEdge:表示将输入信号的上升沿或下降沿作为触发信号。表示将输入信号的上升沿或下降沿作为触发信号。vLevel:用于选择触发电平的大小。用于选择触发电平的大小。vAuto:若输入信号变化比较平坦或只要有输入信号就尽可能显示波形时，就选择它。若输入信号变化比较平坦或只要有输入信号就尽可能显示波形时，就选择它。vA：用：用A 通道的输入信号作为触发信号。通道的输入信号作为触发信号。v B：用：用B通道的输入信号作为触发信号。通道的输入信号作为触发信号。v Ext:用示波器的外触发端的输入信号作为触发信号。用示波器的外触发
8、端的输入信号作为触发信号。游标测量参数显示区是用来显示两游标测量参数显示区是用来显示两个游标所测得的显示波形的数据。可测个游标所测得的显示波形的数据。可测量的波形参数有游标所在的时刻、两游量的波形参数有游标所在的时刻、两游标的时间差、通道标的时间差、通道A、B输入信号在游标输入信号在游标处信号幅度。通过单击游标中的左右箭处信号幅度。通过单击游标中的左右箭头，可以移动游标。头，可以移动游标。单击示波器面板右下方的单击示波器面板右下方的Reverse按按钮，可改变示波器的背景颜色（黑色钮，可改变示波器的背景颜色（黑色或白色）。或白色）。单击示波器面板右下方的单击示波器面板右下方的Save按钮，按钮
9、，就可将显示的波形保存起来。就可将显示的波形保存起来。电容器电压的充电和放电过程电容器电压的充电和放电过程(1)正脉冲作用期间(t=0-t1)的充电过程 第一次换路发生在t=0时刻,此时输入电压由零跃变为U,根据三要素法,期 间输出电压的表 达式为U0(t)=U(1-e-t/).(2)第一个正脉冲结束后(t=t1-t2)的放电过程 在t=t1,输出电压U0(t1)=U1=U(1-e-t1/);第二次换路发生在t=t2,此时电容由初始值放电,输出电压的表达式为 U0(t)=U1(1-e-(t-t1)/).图图2-1 电容器的充电和放电电压电容器的充电和放电电压 电容器电流的充电和放电过程电容器电
10、流的充电和放电过程 (1)正脉冲作用期间(t=0-t1)的充电过程 第一次换路发生在t=0时刻,此时输入电压由零跃变为U,根据三要素 法,期间输出电压的表 达式为本U c(t)=Ue-t/;输出电流的表达式为 Ic=(U-Ue-t/)/R=U/R(1-e-t/).(2)第一个正脉冲结束后(t=t1-t2)的放电过程 在t=t1,输出电压Uc(t1+)=Uc(t1-)=U;Ic=U/R.第二次换路发生在t=t2,此时输入电压由U跃变到零,电容通过电阻 放电,输出电压的表达式为 Uc(t)=-Ue-(t-t1)/;输出电流的表达式为 Ic=(U-Uc(t)/R=U/R(1+e-(t-t1)/).(
11、3)时间常数的测量方法:在充电或放电曲线图上确定产生总量变化63%所需要的时间，就能测出时间 常数。图图2-2 电容器充放电过程时间常数的测量方法电容器充放电过程时间常数的测量方法 在实验中通常：电容器在充电或放电曲线图上确定产生总在实验中通常：电容器在充电或放电曲线图上确定产生总量变化量变化63%所需要的时间，就是时间常数所需要的时间，就是时间常数。实验2.2 电感电路的过渡过程 一、实验目的一、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
12、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、实验器材二、实验器材1、双踪示波器 1台2、信号发生器 1台3、100mH、200mH电感 各1个4、1K、2K电阻 各1个图图2-3 电感中的暂态电流电感中的暂态电流图图2-4 电感中的暂态电压电感中的暂态电压在图2-3所示的电阻R中的电流iR与电感电流iL相同，这个电流可用电阻两端的电压VR除以电阻R来计算，iL=iR=VR/R；在电感中，感应电压VL与电感电流的变化率成正比,VL=L(di/dt)。在图2-3所示的电路中，当电感电流达到
13、静态时，di/dt=0，电感两端的感应电压VL=L(di/dt)=L(0)=0。这就是说，电感电流处于静态时电感看上去好象短路一样，而电源电压将全部加到电阻R的两端。因此，电感中的静态电流IL为：V=ILR+VL=ILR+0=ILR，IL=V/R,其中,V=+10V。在图2-4所示的RL电路中，当电感电流增加时di/dt为正，则电感两端的感应电压也为正；当电感电流减小时di/dt为负，则感应电压也为负。当电感电流IL刚刚开始增大时电感两端的感应电压最大。在这一时刻电流IL为0。当电流为0时的电阻R两端的电压：VR=(IL)R=(0)R=0。而电感两端的电压为：V=VR+VL=0+VL=VL=10V。电路的时间常数=L/R。从曲线图上确定电感电压或电流变化全程的三分之二所需要的时间可测出RL电路的时间常数。从电感电流曲线图测量时间常数的另一种方法是，假定在整个电流变化期间电感电流都以最初的速率继续增大，则从开始到最后达到稳定值所需要的时间就等于时间常数。谢谢 谢谢!