RLC暂态过程研究实验报告(优秀).docx

一、实验目的1.深入理解电路暂态过程的特性； 2.掌握用示波器观察和测量暂态信号的方法。二、实验器材信号发生器、数字示波器、九孔电路实验板、电路元件(电阻/电容/电感/导线等)、数字多用表等。三、实验原理1.一阶和二阶暂态过程(1)RC充放电是一个典型的一阶暂态过程(见图1)。当时，uCt达到新的稳定值u，暂停过程完成。图2画出了一些充电(u0=0, u=0)和放电(u0=U0, u=0)过程中uC的变化曲线：(2)RL串联电路中也存在一阶暂态过程(见图3)。RLC串联电路(图4)在总电压突变时将产生一个典型的二阶暂态过程。 2.实验电路 (1)(2)(3)四、实验内容1.测量RC放电曲线，并计算时间常数.(1)操作：先调节输入频率：在信号发生器上设置“方波”信号，频率200Hz,偏移2.00V，峰峰值为4.00upp。连接信号发生器和示波器，此时在示波器上观察到上半周期，方波电源（+4V）为正值；下半个周期，方波电压为0。然后拔掉连接信号发生器和示波器的导线。在九孔电路板上搭建RC电路（本实验选用的1F的电容、100的电阻），将信号发生器输出的信号加到整个电路两端，将电容上的电压信号接入示波器的CH1通道。(2)读数：从示波器中导出波形的相关数据，存入excel表格。得到RC振荡曲线：(3)数据处理：对ut=u0-t两边同时取对数得lnut=-t+lnu0.以t作横轴，以lnu0作纵轴，拟合函数如下图所示：由图知=16457.3=1.548610-4与理论值=R+C=110-4相比，误差好大。2.测量 RLC 串联电路振荡曲线，并计算固有频率和品质因数 (1)操作：在九孔电路板上搭建RLC电路（本实验选用的0.1F的电容、100的电阻，10mH的电感），将信号发生器输出的信号加到整个电路两端，将电容上的电压信号接入示波器的CH1通道。用多用表测得电感电压为RL=19.3. (2)读数：从示波器中导出波形的相关数据，存入excel表格。得到RLC振荡曲线： (3)数据处理： 求：由固有频率满足T=2 把导出的数据用下一行依次减去上一行，找到放电处，观察到电压符号改变一次为半个周期，故易得T1/2=0.000103s 则T=2T1/2=0.000206s 固有频率=2T=30501rad/s 与理论值0=1LC=31623rad/s相比，误差约为3.55%，在可接受的范围内。 求Q：将鼠标放在RLC振荡电路曲线的各极值点处，读出该处的电压值，计算k，整理数据如下：次数k波峰(V)波谷(V)幅度差k(V)16.55522.160664.3945425.021993.166521.8554734.36773.615740.7519644.201683.771990.4296954.02593.859880.16602拟合函数如下： 由公式k=C-k对照上图拟合出来的曲线方程y=9.3846-0.801x 可知=0.801 故品质因数Q=22+14=0.801=3.922 理论上Q=1RLC=3.162 相对误差为24%3.观察RLC串联电路的不同衰减模式(1)R=100 ，C=0.1F，L=10mH 由Q=1RLC易Q=3.16>12 欠阻尼，衰减振荡此时的衰减曲线为：(2)R=1 000，C=0.1F，L=10mH由Q=1RLC易Q=0.32<12 过阻尼,双指数衰减此时的衰减曲线为：(3) C=0.1F，L=10mH,滑动变阻器。 观察到当为临界阻尼振荡时，用万用表测得R=464.6 此时的衰减曲线为： 五、实验总结与反思1.实验注意事项：(1)在九孔电路板上连接电路注意共地问题；(2)信号发生器产生的方波的周期应该大于暂态过程，R和R0差别越大越好；(3)信号发生器产生的方波不应调成交流形式，调节偏移值和峰峰值使之下半周期电压为零；(4)找临界阻尼状态：从小到大调节滑动变阻器，同时观察示波器上的波形，从欠阻尼和过阻尼的交界处就是临界阻尼状态，需要来回调节滑动变阻器确定该位置。2.误差分析：(1)示波器示数不稳定，易受外界信号干扰，造成误差；(2)信号发生器有电阻，导线实际存在电阻，故电路的理论电阻值R应该修正；(3)在处理Excel数据时，由于数据过多，采用=INDIRECT(“A”&ROW()*40)公式，选取每40行中的第一行数据作图，造成误差；(4)数字示波器记录的数据精确度有限，可能会出现多个时间对应同一个电压值的情况；(5)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,故实际测出的时间常数会偏小；(6)仪器老化，标示的示数可能与实际值不符。