实验六一阶RL电路的过渡过程实验.pdf

实验六 一阶 RL 电路的过渡过程实验 一、实验目的 1、研究RL 串联电路的过渡过程。 2、研究元件参数的改变对电路过渡过程的影响。 二、实验原理 在电路中，在一定条件下有一定的稳定状态，当条件改变，就要过渡到新的稳定状态。 从一种稳定状态转到另一种新的稳定状态往往不能跃变，而是需要一定的过渡过程（时间） 的，这个物理过程就称为电路的过渡过程。电路的过渡过程往往为时短暂，所以电路在过渡 过程中的工作状态成为暂态，因而过渡过程又称为暂态过程。 1、RL 电路的零状态响应（电感L 储存能量） 图6-1 (a) 是 RL 串联电路。在 t = 0 时将开关 S 合上，电路既与一恒定电压为U 的电压 接通。 根据克希荷夫电压定律，列出 t≥0 时电路的微分方程为 di iR + L = U dt (a) (b) (c) 图6-1 RL 电路的零状态响应电路及 、 、 随时间变化曲线 电路中的电流为 电阻上电压为 电感上的电压为 其随时间的变化曲线如图 6-1 （b ）、(c)所示。 2、RL 电路的零输入响应（电感L 释放能量） 1 在图 6-2(a) 所示 RL 串联电路，开关 S 是合在位置 2 上，电感元件中通有电流。在 t = 0 时将开关从位置 2 合到位置 1，使电路脱离电源，RL 电路被短路。此时电路为零输入响应。 (a) (b) (c) 图6-2 RL 电路的零输入响应电路及 、 、 随时间变化曲线 根据克希荷夫电压定律，列出 t ≥0 时电路的微分方程为 电路中的电流为 其随时间的变化曲线如图 6-2 (b) 所示。它的初始值为 I 0 ，按指数规律衰减而趋于零。 式中 τ 叫做时间常数，它反映了电路过渡过程时间的长短。 电路中电阻上电压为 电路中电感上电压为 其随时间的变化曲线如图 6-2 （c ）所示。 3、时间常数τ 在 RL 串联电路中，τ 为电路的时间常数。在电路的电路零状态响应上升到稳态值的 63.2%所需要时间为一个时间常数 τ，或者是零输入响应减到初始值的 36.8%所需要时间。 虽然真正电路到达稳定状态所需要的时间为无限大，但通常认为经过（3—5 ）τ 的时间，过 度过程就基本结束，电路进入稳态。 三、实验内容及步骤 1、脉冲信号源 在实际实验中，采用全数控函数信号发生器的矩形波形做为实验信号电源，由它产生一 个固定频率的矩形波，模拟阶跃信号。在矩形波的前沿相当于接通直流电源，电容器通过电 阻充电。矩形波后沿相当于电路短路，电容器通过电阻放电。矩形波周期性重复出现，电路 就不断的进行充电、放电。 2 在EWB 仿真实验中，选用Sources 元器件库里的时钟源（Clock ）作为脉冲信号源，它 可以产生用户设定的固定频率矩形波，起到实际实验中实验信号电源的作用。 在时钟源元器件属性（Clock Properties ）对话框中，Value/Frequency 选项可改变时钟源 发出方波的频率，Value/Duty cycle 选项可改变时钟源发出方波的占空比，Value/Voltage 选项 可改变时钟源发出方波的电压幅值。 2、示波器操作的简单介绍 时基控制 面板展开 外触发输入 接地