rc电路暂态过程实验报告
rc电路暂态过程实验报告
rc电路暂态过程实验报告RC 电路暂态过程实验报告一、实验目的1、观察 RC 电路在充放电过程中电容电压和电流的变化规律。
2、掌握时间常数τ 的测量方法。
3、了解 RC 电路暂态过程对脉冲信号的响应。
二、实验原理1、 RC 电路的充电过程当 RC 串联电路接通直流电源 E 时，电源通过电阻 R 向电容 C 充电，电容两端的电压 uC 逐渐上升。
在充电过程中，电容电压 uC 随时间 t的变化规律为：＼u_{C} ＝ E(1 e^｛＼frac{t}｛RC}｝）＼其中，RC 称为时间常数τ ，它决定了充电过程的快慢。
充电电流 iC 为：＼i_{C} ＝＼frac{E}｛R}e^｛＼frac{t}｛RC}｝＼2、 RC 电路的放电过程充电结束后，将 RC 电路的电源断开，电容 C 通过电阻 R 放电。
在放电过程中，电容电压 uC 随时间 t 的变化规律为：＼u_{C} ＝ Ee^｛＼frac{t}｛RC}｝＼放电电流 iC 为：＼i_{C} ＝＼frac{E}｛R}e^｛＼frac{t}｛RC}｝＼三、实验仪器与设备1、直流稳压电源2、示波器3、电阻箱4、电容箱5、导线若干四、实验内容与步骤1、连接实验电路按照电路图连接 RC 串联电路，将电阻箱和电容箱分别设置为预定的值，如 R ＝100Ω，C ＝100μF。
2、观察充电过程接通直流电源，用示波器观察电容电压 uC 的变化。
调整示波器的时间和电压刻度，使波形清晰可见。
记录充电过程中电容电压达到稳定值的时间。
3、观察放电过程充电完成后，断开电源，观察电容放电过程中电压的变化。
同样记录放电过程中电容电压下降到初始值一半的时间。
4、改变电阻和电容的值分别改变电阻 R 和电容 C 的值，如 R ＝200Ω，C ＝200μF，重复上述实验步骤，观察充电和放电过程的变化。
5、测量时间常数τ根据实验数据，通过测量电容电压从初始值上升到稳定值的 632%（或从稳定值下降到 368%）所经过的时间，计算时间常数τ ，并与理论值进行比较。
rc暂态电路实验报告
rc暂态电路实验报告RC暂态电路实验报告一、引言RC暂态电路是电路学中的重要内容之一，它是由电阻（R）和电容（C）组成的电路。
在实际应用中，RC暂态电路常常用于信号处理、滤波器设计和时序电路等领域。
本实验旨在通过实际操作，探究RC暂态电路的特性和应用。
二、实验目的1. 了解RC暂态电路的基本原理和特性。
2. 熟悉RC暂态电路的实验操作和测量方法。
3. 掌握RC暂态电路在信号处理和滤波器设计中的应用。
三、实验器材和测量仪器1. 电源2. 电阻箱3. 电容器4. 示波器5. 万用表四、实验步骤1. 搭建RC暂态电路，将电阻和电容连接在串联的电路中。
2. 根据实验要求选择适当的电阻和电容数值。
3. 接通电源，调节合适的电压和频率。
4. 使用示波器观察电压波形，并记录数据。
5. 切换不同的电阻和电容数值，重复步骤3和4。
6. 根据实验数据分析RC暂态电路的特性和应用。
五、实验结果与分析通过实验观察和数据记录，我们得到了不同电阻和电容数值下的电压波形数据。
根据这些数据，我们可以分析RC暂态电路的特性和应用。
1. RC电路的充电和放电过程在实验中，我们可以观察到RC电路在接通电源后，电容器会逐渐充电，电压呈指数增长的趋势。
当电容器充电至一定程度后，电压趋于稳定。
如果切断电源，电容器会逐渐放电，电压呈指数衰减的趋势。
这种充放电过程可以应用于信号处理和时序电路中。
2. RC电路的滤波特性RC电路还具有滤波特性，可以用于滤除高频或低频信号。
通过调节电阻和电容的数值，我们可以设计不同的滤波器。
当电容较大时，RC电路对低频信号有较好的传递性能，可以实现低通滤波器的设计。
当电容较小时，RC电路对高频信号有较好的传递性能，可以实现高通滤波器的设计。
六、实验总结通过本次实验，我们深入了解了RC暂态电路的基本原理和特性。
我们通过实际操作和数据记录，掌握了RC暂态电路的实验操作和测量方法。
同时，我们还了解了RC暂态电路在信号处理和滤波器设计中的应用。
RC电路的暂态和稳态特性分析-PSpice仿真实验
一、实验任务1．检测与作业（1）RC暂态过程中，时间常数τ的意义是：CA．从t=0 经过一个τ的时间电容电压达到稳态值。
B．从t=0 经过一个τ的时间电容电压增加到稳态值的36.8% 。
C．从t=0 经过一个τ的时间电容电压增加到稳态值的63.2% 。
（2）PSpice软件为瞬态分析“Time Domain(Transient)”提供了专用激励信号波形，其中电压峰峰值为4V、周期为2ms的方波信号电源设置正确的是：DA. B. C. D.（3）PSpice进行动态电路仿真分析时，线性时变电源的上升时间下降时间不可以设为0，否则系统将自动设定一个值，导致波形失真。
解决的方法是：AA．设一个足够小值如1ns B．设一个足够大值C．设一个固定值如1s（4）下图的黑色和红色探针测量的电压是：R1两端电压。
（5）输出结果显示曲线如下图所示，根据标尺数据显示框的数值或标尺的标示，测试点的仿真结果为电源频率为4786.3Hz时，电阻R1的2接线端电压值957.633mV 。
（6）仿真电路的瞬态特性分析输出结果中，扫描变量是 N1、N3两点电压 。
输出结果波形中节点N1的参数为：周期 2.0ms ，电压峰峰值 4.0V 。
（7）填空：仿真实验中若使0.01μF C 为可调变量，应将C 改为 全局变量{c} 参数。
（8）通过硬件实验视频学习资料4-1的学习，说明电路实验室测量RC 暂态电路时间常数的方法。
连接好电路，在示波器观察到输出电压随时间变化的曲线后，测量电压从0上升至电源电压值的63.2%所需要的时间。
2． RC 电路暂态过程的研究实验室硬件电路如图1所示。
其中，输入信号S ()u t 为方波，其峰峰值为6V ，频率为1000Hz 。
试用仿真分析方法完成如下实验任务：Time0s1.0ms2.0ms3.0ms4.0ms5.0ms6.0msV(N3)V(N1)-4.0V0V4.0V_图1（1）绘制仿真电路图，设计并调整电路参数，使其5000R =Ω，电容设置为Global 参数，调节范围为0.002μF ~1μF C =，观测S ()u t 、C ()u t 和C ()i t 的波形，记录仿真结果，分析说明不同时间常数对C ()u t 波形的影响。
rc暂态电路实验报告
rc暂态电路实验报告RC暂态电路实验报告引言RC暂态电路是电子工程中常见的一种电路，它由电阻（R）和电容（C）组成。
在本次实验中，我们将研究RC暂态电路的特性和行为。
实验目的1. 了解RC电路的基本原理和特性。
2. 掌握RC电路的暂态响应过程。
3. 研究RC电路中电容充电和放电的过程。
实验器材1. 电源2. 电阻箱3. 电容器4. 示波器5. 万用表6. 连接线实验步骤1. 搭建RC电路将电阻和电容按照电路图连接起来，确保电路连接正确无误。
2. 测量电容器的电压使用万用表测量电容器的电压，并记录下初始电压值。
3. 充电过程将电源接入电路，观察电容器电压随时间的变化情况。
使用示波器记录电容器电压随时间的波形，并观察波形的特点。
4. 放电过程断开电源，观察电容器电压随时间的变化情况。
使用示波器记录电容器电压随时间的波形，并观察波形的特点。
5. 分析实验结果根据实验记录和观察到的波形，分析RC电路的暂态响应过程，并解释其中的物理原理。
实验结果与分析在实验过程中，我们观察到了RC电路的充电和放电过程。
在充电过程中，电容器的电压逐渐增加，直到接近电源电压。
而在放电过程中，电容器的电压逐渐减小，直到趋近于零。
这种充放电过程可以用数学模型来描述。
根据基本的电路理论，我们可以得到以下公式：充电过程：Vc(t) = V0 * (1 - e^(-t/RC))放电过程：Vc(t) = V0 * e^(-t/RC)其中，Vc(t)表示电容器的电压随时间的变化，V0表示初始电压，t表示时间，R 表示电阻值，C表示电容值。
从上述公式可以看出，充电过程中电容器的电压随时间呈指数增长，而放电过程中电压呈指数衰减。
这是因为电容器的充电和放电过程受到电阻和电容的共同作用。
在实验中，我们还可以改变电阻和电容的取值，观察它们对电路暂态响应的影响。
通过调节电阻和电容的取值，我们可以改变电路的时间常数，从而改变充放电过程的时间。
这为我们在实际应用中设计和调节电路提供了便利。
实验二十rlc串联电路的暂态过程
实验二十 RLC 串联电路的暂态过程电路的暂态过程就是当电源接通或断开后的“瞬间”，电路中的电流或电压非稳定的变化过程。
电路中的暂态过程不可忽视，在瞬变时某些部分的电压或电流可能大于稳定状态时最大值的好几倍，出现过电压或过电流的现象，所以如果不预先考虑到暂态过程中的过渡现象，电路元件便有损伤甚至毁坏的危险。
另一方面，通过暂态过程的研究，还可以从积极方面控制和利用过渡现象，如提高过渡的速度，可以获得高电压或者大电流等。
【实验目的】1．研究RC 串联电路的暂态特性。
2．研究RLC 串联电路的暂态特性。
3．加深R 、L 和C 各元件在电路中的作用。
【预习重点】1．RC 电路、RLC 电路的暂态特性。
2．电阻、电容元件的功能。
3．示波器的原理和使用方法。
【实验原理】1．RC 串联电路RC 串联电路的暂态过程就是当电源接通或断开后的“瞬间”，电路中的电流或电压非稳定的变化过程。
将电阻R 和电容C 串联成如20-1所示的电路图，当K 与“1”接通时，其充电方程为： q iR E C+= （20.1） 或写成 dq q R E dt C+= （20.2）图20-1 RC 串联电路的暂态过程示意图上述方程的初始条件是0)0(q =，因此可以解出式（20.2）的解/(1)t q Q e τ-=- （20.3） 式中 τ（RC ）称为RC 串联电路的时间常数，单位为秒；Q （EC =）为电容器C 端电压为E 时所贮藏的电荷量大小，单位为库仑；q 为t 时刻电容器贮藏的电荷量。
由式（20.3）可计算出电容和电阻两端的电压与时间关系的表达式：//(1)t c U q C E e τ-==- （20.4）/t R dq U REe dt τ-== （20.5） 当K 与“0”接通时，放电方程为：10dq R q dt C+= （20.6） 根据初始条件 (0)q Q EC ==，可以得到/t q Q e τ-= （20.7）/t C U E e τ-= （20.8）/t R U E e τ-=- （20.9）由上述公式可知，C U ，R U 和q 都按指数变化，τ值越大，则C U 变化越慢，即电容的充电或放电越慢。
一阶rc暂态电路的暂态过程实验报告
一阶rc暂态电路的暂态过程实验报告一阶RC暂态电路的暂态过程实验报告简介本实验旨在通过实验验证一阶RC电路的暂态过程特性，即电容充电和放电的过程。
通过实验数据的测量和分析，可以更好地了解电路中电容器的特性，并对电路的性能进行评估。
实验原理一阶RC电路由电源、电阻和电容器组成。
当电路中施加一个瞬时电压，电容器会开始充电，同时电路中的电流也开始流动，直到电容器充电到电源电压的63.2%。
当电路中的电源电压突然断开后，电容器会开始放电，电路中的电流也会随之而变化，直到电容器放电完全。
实验器材1.数字万用表2.电源供应器3.电容器4.电阻器5.开关6.导线实验步骤1.将电容器和电阻器连接成一阶RC电路，然后将电路连接到电源和数字万用表。
2.将数字万用表设置为电压测量模式，并将它连接到电路的电容器上以测量电容器的电压。
3.将电源供应器设置为所需的电压，并将其连接到电路中以提供电源电压。
4.按下开关以施加电压，并记录电容器开始充电时的电压值。
5.等待电容器充电到电源电压的63.2%时，记录此时电容器的电压值。
6.突然断开电源电压，并记录电容器开始放电时的电压值。
7.测量电容器在放电过程中的电压值，并记录每个时间点的电压值，直到电容器放电完全。
8.根据实验数据绘制电压-时间图。
实验数据和分析在本实验中，我们设计了一个1μF电容器和1kΩ电阻器的一阶RC 电路，并使用5V电源电压进行实验。
根据实验数据绘制了电压-时间图，如下所示：由图可知，在电容器开始充电时，电容器的电压值逐渐增加，直到充电到电源电压的63.2%时，电容器的电压值达到了3.16V。
在电源电压突然断开后，电容器开始放电，电压值逐渐减小，直到电容器放电完全。
根据电容器的充电和放电过程，可以计算出电容器的时间常数τ=RC=1×10^-3×1×10^3=1ms。
结论通过本实验，我们验证了一阶RC电路的暂态过程特性，即电容器充电和放电的过程。
RC串联电路的暂态和稳态过程(实验)
4 | 同济大学物理实验中心
[放电过程] 放电过程中的回路方程：
RC
du dt
+Uc
=
0
(3)
由初始条件 t = 0 时，Uc = E 得解为：
−t
U c = Ee RC
i
=
−
E
−t
e RC
(4)
R
−t
U R = −Ee RC 由式（4）可知，放电过程中，电容电压随时间呈指数规律衰减，如图 4（b）
(9)
将上两式的 B 和 A 值相比得：sinϕ = B
(10)
A
所以，通过测量李萨如图形的 A、B 值，即可算得输入和输出电压的相位差
即相移 φ。 数字示波器显示李萨如图形方法如下（适用于 UTD2052EEL 数字存储示波
器）：
1．按DISPLAY 菜单按键，以调出显示控制菜单。 2．按F2以选择 X-Y 。数字存储示波器将以李萨如 （Lissa jous）图形模式显示该电路的输入输出特征。 3．调整垂直标度和垂直位置旋钮使波形达到最佳效果。 4．应用李萨如图形法观测并计算出相位差。
图 9 RC 暂态过程测量电路
设定电阻箱阻值 R=1.0000K Ω ； C = 0.47µF ，按图 9 连接电路。设定信号 发生器输出信号为方波，输出电压幅值为 1V。调节信号发生器频率由 100hz 至 1000hz，按下 SET TO ZERO 使 CH1 和 CH2 两个通道的波形对 X 轴对称，并相 应调节数字示波器使波形显示合适。仔细观察U c 的波形变化，并分析其成因。（可用
二、实验原理 RC 或 RL 串联电路中，电路中的电压和电流随电源作恒定的周期性变化,电
路的这种状态称为稳态过程。然而这种具有储能元件（C 或 L）的电路在电路接 通、断开，或电路的参数、结构、电源等发生改变时，电路从一个稳态经过一定 时间过渡到另一新的稳态,这一过程称为暂态过程。描述暂态过程变化快慢的特 性参数常用时间常数或半衰期表示，由电路中各元件的量值和特性决定。通过对 暂态过程的研究，有助于了解电子技术中常用到的耦合电路、积分电路、微分电 路、隔直电路、延时电路等电路设计的原理，了解电路的暂态特性也有助于电路 设计的合理化，避免电源在接通和断开的瞬间产生过大的电压或电流而造成电器 设备和元器件的损坏现象的发生。
RC、RL电路的暂态过程
（5）比较测量所得的时间常数与用元件示值 代入公式计算得到的时间常数值。
注意事项
（1）更换或连接示波器、信号发生器的连 接线应顺时针方向旋进或逆时针方向旋出， 严禁直接用力拔插。 （2）连接线的倍率放置在1档。
思考题
（1）在RC电路中，固定方波频率f改变电 阻R1，为什么会有各种不同的波形？固定 R1改变 f，为什么也会得到类似的波形？ （2）在RL电路中，固定方波频率f改变电 阻R1，为什么会有各种不同的波形？
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操作过程
介绍如何应用 “NI Signal Express Tektronix Edition”软件来把黑白数字示 波器采集到的波形给打印出来。
（２）选择合适波形测量半衰期。利用示波器‘光标’ 测量T1/2（同上一步方法类同）。计算理论值的半 衰期T1/2，并对半衰期T1/2的理论值和实测值进行比 较。 （3 ）通过比较会得到一个实测值与理论值最接近的 波形，将此波形给打印出来并标出所对应的电阻值。
注意：计算时间常数L/R时，R=R1+RL+Rs，其中 RL为电感的阻值。
或电流可能大于稳定状态时它最大值的好 几倍，出现过电压或过电流现象，
实验背景
所以，如不预先考虑到暂态过程中暂态 现象，电路元件便有损伤甚至毁坏的危 险。另一方面，通过暂态过程的研究， 还可以从积极方面控制和利用过渡现象， 如提高过渡的速度，可获得高电压或者 大电流。
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实验 1.3 RC 电路的暂态过程
实验 1.3.1 硬件实验
1. 实验目的
（1） 研究一阶 RC 电路的零输入响应、零状态响应和全响应。
（2） 学习用示波器观察在方波激励下，RC 电路参数对电路输出波形的影响。
2. 实验预习要求
（1） 分别计算图 1.3.1 ~ 1.3.3 中，电容电压在 t = τ时的 u C (τ)及电路时间常数τ
的理论值，填入表 1.3.1 ~ 1.3.4 中。
（2） 掌握微分电路和积分电路的条件。
3. 实验仪器和设备
序号 名 称
型 号 数 量 1 电路原理实验箱 TPE -DG1IBIT 1 台 2 可跟踪直流稳压电源 SS3323 1 台 3 数字式万用表 VC9802A+ 1 块 4 双通道函数发生器 DG 1022 1 台 5
数字示波器
DS1052E
1 台
4. 实验内容及要求
（1） 测绘 u C ( t )的零输入响应曲线
按图 1.3.1 连接电路，元件参数为 R = 10 k Ω r = 100 Ω，C = 3300 μF ，U S 由 SS3323 型直流稳压电源提供。
注意：电容 C 为电解电容器，正、负极性不能接反（实验箱上各电解电容器的安装极性均为上正下负），否则易造成电容损坏。
R
图 1.3.1
闭合开关 S ，调整直流稳压电源的输出幅度旋钮，用万用表直流电压档监测电容器
C 上电压 u C ，使其初始值为 10 V 。
打开开关 S ，电容 C 开始放电过程。
在 C 开始放电的同时，按表 1.3.1 给出的电压用手表计时，将测量的时间值记入表 1.3.1。
再将 u C (τ) 对应的时间（此数值即为时间常数τ1）记入表
1.3.2 中。
注意：a) 用万用表直流电压档测量 u C ，用手表计时。
b) 因放电过程开始时较快，建议测量零输入响应的过程分几次进行计时。
将电阻换为 R = 5.6 k Ω，C 不变，测量 u C (τ) 对应的时间τ2，记入表
1.3.2。
r
S
U S
C +
u C
S
C
+
u C
注：这组电阻、电容参数只要求测量 u C (τ) 一个点，不需要测量完整的曲线。
表 1.3.1
u C / V 9
8
7
6
5 u C (τ)
=3.68
3 2 1
t / s 0.034 0.074 0.118
0.169 0.229
0.329
0.397 0.531
0.760
（2） 测绘 u C ( t )的零状态响应曲线
按图 1.3.2 连接电路，其中 R = 10 k Ω，C = 3300 μF ，U S = 10 V 。
闭合开关 S ，将电容器放电，使电容器两端初始电压为零。
断开 S 使电容器充电，按表 1.3.3 给出的电压进行计时，并将数据记入表 1.3.3 中。
再将 u C (τ) 对应的时间τ3 记入表
1.3.2 中。
表 1.3.3
u C /
V
1 2 3 4
5 u C (τ)
=6.32
7 8 9
t / s
0.037 0.074 0.119 0.169 0.23
1
0.331
0.398 0.532 0.76
1
R
R
2 1
r
U S2
图
1.3.2
（3） 测绘 u C ( t )的全响应曲
线
图 1.3.3
按图 1.3.3 连接电路，图中电阻 R = 10 k Ω，r = 100 Ω，电容 C = 2200 μF 。
电
压源
U S1 = 4 V ，U S1、U S2 分别由直流稳压电源的两路输出提供。
先将开关 S 置于“1”，调整直流稳压电源的输出幅度旋钮，用万用表直流电压档监测电容器 C 上电压 u C ，使其初始值为 10 V 。
将 S 置于“2”，按表 1.3.4 给出的电压进行计时，并记入表 1.3.4 中。
再将 u C (τ4 ) 对应的时间τ4 记入表
1.3.2 中。
U S
C
+
u C
S
表 1.3.4
u C / V 9 8 7
u C (τ) =6.32
5
4.
4
t / s
0.061 0.135 0.229
0.314
0.592 0.895
（4） 观察在方波信号激励下，RC 电路的时间常数对输出波形的影响。
a) 按图 1.3.4 连接 RC 串联电路，从电阻两端取输出电压。
b) 加入方波作为输入信号 u i ，其频率 f = 400 Hz 、幅度为 U ipp = 4 V 。
按表 1.3.5 的要求，当选取不同的电路参数时，用示波器的两个通道 CH1、CH2 同时观察、描绘 u i 和 u o 的波形（要求画出其对应关系），并记入表 1.3.5 中。
c) 按图 1.3.5 连接 RC 串联电路，从电容两端取输出电压，重复实验步骤 b)。
注意： a) 方波由 DG 1022 型功率函数发生器的“功率输出”端提供。
b) 测量时功率函数发生器、示波器和电路应“共地”。
表 1.3.5
项目
参 数 电路及波形
参 数
电路及波形
电路图
从电阻两端
C
从电容两端
R
取输出电压
+ u i
-
R
+ u o
-
取输出电压
+
u i
C
- + u o
-
图 1.3.4
图 1.3.5
输入
方波 f =
400Hz U ipp =
4V
O
u i
t
方波 f =
400Hz
U ipp =
4V
O
u i
t
R =
510Ω
C =
0.22μF
R = 1k Ω C =
0.22μF
F
5.实验总结要求
（1）说明在图 1.3.1 电路中，电阻分别为 10 kΩ和5.6 kΩ时，对零输入响应曲线
和时间常数τ的影响。
（2）分析RC 电路在方波激励下，电路的结构和参数对输出波形的影响，并由实验结果总结积分电路、微分电路的条件。
（1）改变R的大小主要是改变τ值来影响响应曲线的，而对初始态的电压的影响并不大。
当电阻由10kΩ减小为5.6kΩ后，τ也随之减小，响应时间也减少，表现在曲线上则是曲线斜的率变大。
（2）RC越大,Uc越接近输入波形,Ur越趋于平缓。
积分电路: τ= RC>>2T（T为方波的周期）
微分电路: τ= RC<<2T（T为方波的周期）
6.问题小结
在本次实验中，主要是要学会使用软件multisim进行电路仿真，并分析电路的暂态
过程。
实验整体来说没有太大的难度，但在操作过程中也有许多需要注意的细节，比如，在接入示波器时需要注意是否将示波器正确接入了需要测量的结点，否则，显示出的图
像会与理论不符。
实验过程中我遇到的问题是，在显示示波器的图像时，发现无法点击开始，显示不
出图像，后来通过同学的帮助，发现在显示另一电路的图像之前需要将其他窗口的电路
示波器图像停止，最终完成了整个实验。
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