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1、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0.1F和0.2F电容 各1个1K和2K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
2、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。T=0.1ms3根据图2-1所示的R,C元件值，计算RC电路的时间常数。T=R*C=1000*0.0000001=0.00001s=0.1ms4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
3、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=0.005A6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
4、.Ic=0A7用曲线图测量RC电路的时间常数。T=0.1ms8.将R改为2K。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。T=0.2ms9.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。T=R*C=2000*0.0000001s=0.2ms10.将C改为0.2F,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。T=0.2ms11.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。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
5、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=0V2.在步骤2，3追踪时间常数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？0.005A4.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
6、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1K,2K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
7、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=0.01A3.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=0.01A4.从曲线图测量RL电路的时间常数.T=0.1ms5.根据图2-3中R和L的元件值，计算RL电路的时间常数。T=L/R=0.
8、1ms6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
9、压曲线。7.从曲线图测量RL电路的时间常数。T=0.1ms8.将改为2k,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。T=0.05ms9根据R的新阻值，计算图2-4所示的RL电路的新时间常数。T=L/R=0.05ms10.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。T=0.2ms11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T=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中时间常数的计算值与步骤4中的测量值比较,情况如何?电感电流达
10、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0V4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
