清华大学物理实验报告-----RC电路的过渡过程

RC一阶电路的过渡过程实验原理RC一阶电路的过渡过程实验原理类别：电子综合1．RC过渡过程是动态的单次变化过程。

要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。

为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号，利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。

只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数t，那么电路在周期性的方波脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。

2．图1(b)所示的RC一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢取决于电路的时间常数t。

图1 RC 一阶电路充放电过程示意图3．时间常数t的测定方法。

用示波器测量零输入响应的波形如图1(a)所示。

根据一阶微分方程的求解可知，UC=Ume-t/RC=Ume-t/t。

当t=T时，UC(T)=0.368Um。

此时，所对应的时间就等于T，亦可用零状态响应波形增加到0.632Um，所对应的时间测得，如图1(c)所示。

4．微分电路和积分电路是RC过渡过程中较为典型的电路，它对电路元件的参数和输入信号的周期都有特定的要求。

对于一个简单的RC串联电路，在方波脉冲的重复激励下，当满足T＝RC《T/2时（T为方波脉冲的重复周期），且由R 两端的电压作为响应输出时，则该电路就是一个微分电路，因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正此，如图2(a)所示。

利用微分电路可以将方波变成尖脉冲。

图２微分电路及积分电路的实验电路在图2(a)中，根据基尔霍夫电压定律及元件特性，有ui＝uc(t)＋uR(t)，而uR＝Ri(t)，i(t)=.如果电路元件R与C的参数选择满足关系uc(t)》uR(t),ui(t)≈uc(t)那么即输出电压uR(t)与输入电压ui(t)成近似微分关系。

若将图2(a)中的R与C位置调换，如图2(b)所示，由C两端的电压作为响应输出，且当电路的参数满足t＝RC》T/2，则该RC电路称为积分电路，因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。

rc电路的过渡过程实验报告RC电路的过渡过程实验报告引言：RC电路是由电阻（R）和电容（C）组成的一种电路。

在实际应用中，RC电路常常用于信号滤波、时钟电路、积分电路等。

本次实验旨在研究RC电路中的过渡过程，探究电容充放电的特性。

实验目的：1. 了解RC电路的基本原理和特性；2. 研究电容充放电的过渡过程；3. 掌握使用示波器观察电容充放电过程的方法。

实验装置和器材：1. 电源：提供直流电源；2. 电阻：限制电流；3. 电容：储存电荷；4. 示波器：用于观察电压信号；5. 电压表：用于测量电压。

实验步骤：1. 搭建RC电路：将电阻和电容按照电路图连接；2. 设置示波器：将示波器的探头连接到电容两端，调整示波器的时间基和电压基准；3. 施加电压：将电源连接到电路中，调节电源输出电压；4. 观察示波器：观察示波器上的电压信号，并记录数据；5. 改变电阻或电容值：重复步骤2-4，但改变电阻或电容的数值，观察并记录数据。

实验结果：在实验过程中，我们通过改变电阻或电容的数值来观察RC电路的过渡过程。

以下是我们的实验结果：1. 当电容充电时，电压呈指数增长的趋势。

初始时，电容处于放电状态，电压为0。

随着时间的推移，电容开始充电，电压逐渐增加。

充电过程的时间常数由电容和电阻的数值决定。

2. 当电容放电时，电压呈指数衰减的趋势。

初始时，电容处于充电状态，电压为最大值。

随着时间的推移，电容开始放电，电压逐渐减小。

放电过程的时间常数同样由电容和电阻的数值决定。

3. 改变电阻或电容的数值会对过渡过程产生影响。

当电阻增大或电容减小时，充放电过程的时间常数变大，电压变化的速度变慢。

相反，当电阻减小或电容增大时，时间常数变小，电压变化的速度变快。

讨论与分析：通过实验观察和数据记录，我们可以得出以下结论：1. RC电路的过渡过程是指电容从放电状态到充电状态（或相反）的过程。

这一过程的特点是电压的指数增长或衰减。

2. 过渡过程的时间常数τ由电容和电阻的数值决定。

实验四 一阶RC 电路过渡过程的研究 一、实验目的 1．了解示波器的原理，熟悉示波器面板上的开关和旋钮的作用，学会其使用方法； 2．学会信号发生器、交流毫伏表等电子仪器的使用方法； 3．研究一阶RC 电路的过渡过程。

二、实验原理1．RC电路的脉冲序列响应（a ） （b ）图4.1.12 RC 电路及其响应（a ）RC 电路 （b ）脉冲序列响应为了观察图4.1.12（a ）所示RC 电路过程中电压、电流的变化规律，采用如图4.1.12（b ）中u s 所示的矩形脉冲序列作为RC 电路的输入信号。

矩形脉冲的脉宽t p ≥5τ（τ＝RC ），则RC 电路的脉冲序列响应（如图4.1.12（b ）所示）为：⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤≤-=---T t t e U t t e U t u t t t 1)(s 1s C ,0),1()(1ττ⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤≤=---T t t e U t t e U t u t t t 1)(s 1s R ,0,)(1ττ－当t p 不变而适当选取大小不同的R 、C 参数以改变时间常数τ 时，会使电路特性发生变化。

2．时间常数τ 的测量时间常数τ 可以从响应波形中测量，测量原理如图4.1.13所示。

图4.1.13时间常数τ的测量三、仪器设备1．示波器2．交流毫伏表3．信号发生器四、实验内容与步骤1．练习使用信号发生器和交流毫伏表使信号发生器依次输出以下正弦波信号，用交流毫伏表测量其大小。

500 Hz 5 mV ；1000 Hz 40 mV；30 kHz 1 V ；150 kHz 3 V 。

2．练习使用示波器（1）将示波器接通电源，调节有关旋钮，使荧光屏上出现扫描线，熟悉“辉度”、“聚焦”、上下、左右位移旋钮的作用。

（2）使信号发生器输出3 V、1 kHz正弦波信号，用示波器观察其电压波形，熟悉“Y轴衰减”旋钮的作用。

（3）调节“扫描时间”和“稳定度”等旋钮，使荧光屏上显示的完整正弦波的个数增加或减少，如在荧光屏上得到一个、三个或六个完整的正弦波。

圖 1 RC 串 聯 電 路V i (t)V R (t)V c (t)實驗1 RC 電路目的:熟悉RC 電路的充放電現象以及對正弦電壓的反應，並瞭解電路上之頻率響應及它在濾波器上的應用。

原理:(a)RC 電路的充放現象假設圖1中,RC 串聯電路的輸入電壓)(t v i 為21210)(V V t V t V t v i ≠⎩⎨⎧><=由KVL(Kirchhoff’s V oltage)定律,圖1 的電路滿足下式)1()()()(t v t v t v c R i += 如果在t>0時,(1)式可改寫成如下的式子)2(0)()(2>+=t t v t i R V c由於迴流電路)(t i 與電容電壓)(t v c因此可以得到下面的微分方程式假設在t<0時電路已達穩定狀態,則在t=0+時電容電壓為0(c v 1)V =+,解(3)式時將1)0(V v c =+的邊界條件代入,可得)(t v c 的解為)4(0)()(/212>-+=-t e V V V t v t c τ其中τ=RC因為電容器上的電量)()()(t Cv t q t q c =為,所以從(4)式可看出:當V 2>V 1時,電容器上的電量隨時間的增加而增加,這就是電容的充電現象。

圖2(a)所示為V 2>V 1時電容器電壓隨時間而變的情形,而電荷的變化曲線也與圖2(a)相同,只是相差一個倍數C 。

如果V 2<V 1,則電容器上的電量隨著時間的增加而減少,這圖2(a) RC 充電圖2(b) RC 放電就是電容器的放電現象。

圖２(b)所示為V 2<V 1條件下,電容器電壓隨著時間而變的情形。

(4)中的τ=RC 稱為時間常數,這個數值決定了電容器上的電量變化率;時間常數τ較大者,電量變化較慢, )(t v c 要經過較長的時間才會達到穩定值;反之,τ 較小者,電量變化較快,)(t v c 較快達到穩定值。

rc电路实验报告实验名称：RC电路实验实验目的：1. 理解并掌握RC电路的基本工作原理；2. 掌握RC电路的时间常数的计算方法；3. 通过实验研究RC电路的充放电过程，并绘制相应的充放电曲线图。

实验器材：1. 直流电源2. 电阻箱3. 电容器4. 电流表5. 万用表6. 示波器7. 连接线实验原理：RC电路由电阻（R）和电容（C）串联构成，当外加电压突变时，电容器释放或吸收电荷，导致电流发生变化，而电路中的电阻会阻碍电流的变化。

当电容器充电或放电过程中的电流变化率与电阻和电容的值有关。

实验步骤：1. 搭建RC电路，将电阻R和电容C串联连接，其中电压源接在电阻R的一端，另一端接地；2. 设置电流表测量电流值，将电流表连接在电阻R上；3. 设置示波器，将示波器与电容C并联连接，以测量电容器的电压；4. 调整示波器的扫描频率和时间基准，使得能够观察到电容充放电的曲线；5. 将电流表和示波器的测量结果记录下来；6. 改变电路中的电阻或电容的数值，重复步骤3-5，记录测量结果。

实验结果：1. 当RC电路中的电容充电时，电流的变化与电压曲线的变化是由指数函数决定的，即I(t) = I0 * e^(-t/RC)；2. 当RC电路中的电容放电时，电流的变化与电压曲线的变化也是由指数函数决定的，即I(t) = I0 * e^(-t/RC)。

实验讨论：通过实验测量得到的充电和放电曲线图，可以观察到电容器充放电过程的指数衰减特性，与理论公式相符合。

实验结果中还可以观察到RC电路的时间常数（τ = RC），时间常数越大，电容器充放电过程的衰减速度越慢；时间常数越小，电容器充放电过程的衰减速度越快。

实验结论：通过本次实验，我们成功地搭建了RC电路并观察到了电容器的充放电过程。

实验结果与理论公式相符，验证了RC电路的基本工作原理。

掌握了RC电路的时间常数的计算方法，以及能够绘制充放电曲线图。

这对于更深入理解RC电路的工作原理和应用具有重要意义。

实验七RC过渡过程及微积分电路一、实验目的1、测定RC一阶电路的零输入响应，零状态响应及完全响应。

2、学习电路时间常数的测量方法。

3、掌握有关微分电路和积分电路的概念。

4、进一步学会用示波器测绘图形。

二、原理说明1、动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程，对时间常数ι较大的电路，可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹。

然而能用一般的双踪示波器观察过渡过程和测量有关的参数，必须使这种单次变化的过程重复出现。

为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃起激励信号；方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号，只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数ι。

电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的影响和直流接通与断开的过渡过程是基本相同的。

2、RC一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数ι3、时间常数ι的测定方法：用示波器测得零输入响应的波形如图7-1（a）。

根据一阶微分方程的求解得知U C=Ee-t/RC =Ee-t/ι当t=ι时，U C （ι）=0.368E，此时所对应的时间就等于ι亦可用零状态响应波形增长到0.632E所对应的时间测得,如图7-1(b)所示图7-12.微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。

3.一个简单的RC串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当满足τ=RC﹤﹤T/2时（T为方波脉部的重复周期），且由R端作为响应输出，这就成了一个微分电路，因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。

如图7-2（a）所示。

图7-2若将图7-2(a)中的R与C位置调换一下,即由C端作为响应输出,且当电路参数的选择满足τ=RC〉〉T/2条件时,如图7-2(b)所示即称为积分电路,因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。

篇一：大学物理实验讲义(rc电路)用rc电路测电容【实验目的】1、观察电容充放电现象，了解电容特性；2、利用电容器的充、放电测定电容；3、根据电容容抗的频率特性测定电容。

【仪器仪器】两个电容（其中一个为电解电容，电容值470?f；另一个电容值约为0.1?f），电阻箱，直流电源，信号发生器，数字万用电表，示波器，导线．开关等。

【实验原理】1．电容器电容器是常用电子元件之一，其符号如图l所示，用c表示．常用电容器以两层金属箔（膜）为极板。

极板中间有一层绝缘材料作为介质。

极板上可积聚等量异号的电荷q,两极板的电压为u，两c者成线性关系，其比值即为电容c?qu电容符号电容的基本单位是f，这个单位太大，常用单位有?f和pf：图 1 电容符号1f?106?f，1?f?106pf，电容的种类很多，分为固定电容和可变电容，固定电容有：瓷介质电容、云母电容、薄膜介质电容、纸介质电容和电解电容器等，常用的电解电容器电容值较大，且有正负极性，使用时应注意将正极接高电位，负极接低电位；如果极性接反，会将电容器击穿损坏．电容的主要参数有：电容值和额定工作电压。

由于电容的充放电特性，以及电容具有隔直流和通交流的能力，在电子技术中使用十分普遍，常用于滤渡电路、定时电路、锯齿波发生器电路、微分积分等电路．2．rc电路充放电特性将一个电容和一个电阻串联构成rc电路，电路如图2所示当开关k合到图2中的“1”时，直流电源通过电阻r给电容充电，电容上的电压uc逐渐增大，最终与电源电压e相等；然后再将开关合向“2”，电容c将通过电阻r放电，uc逐渐减小，直至为零。

在rc电路充放电过程中uc和ur的变化遵循以下规律：图 2 电容充放电原理图（1）对于充电过程，有uc?e(1?e?t/rc) （1）i?e?t/rce或ur?ee?t/rc （2） r（2）对于放电过程，有uc?ee?t/rc（3）i??e?t/rce或ur??ee?t/rc （4） r由上述公式可知，在充电过程中，uc和i(ur)均按指数规律变化，式(4)中电流的负号表示放电过程中电流的方向与充电过程相反。

rc电路实验报告RC电路实验报告引言：RC电路是由电阻（R）和电容（C）组成的一种电路。

在本次实验中，我们将探索RC电路的基本特性，并研究电容充电和放电的过程。

通过实验，我们可以更好地理解电容的工作原理和RC电路的应用。

实验目的：1. 理解RC电路的基本原理和特性；2. 研究电容充电和放电的过程；3. 掌握测量电容充电和放电时间常数的方法。

实验器材和仪器：1. 电阻箱；2. 电容器；3. 万用表；4. 直流电源；5. 开关；6. 电线；7. 示波器（可选）。

实验步骤：1. 搭建RC电路：将电阻和电容连接在一起，形成一个串联电路。

将电容器的正极与电源正极相连，负极与电阻相连，电阻的另一端与电源负极相连。

2. 充电过程：将电源打开，观察电容充电的过程。

可以使用示波器监测电容电压的变化，或使用万用表测量电容器两端的电压。

3. 记录数据：记录电容充电的时间和电压变化的曲线。

4. 放电过程：关闭电源，观察电容放电的过程。

同样可以使用示波器或万用表记录电压变化的数据。

5. 测量时间常数：根据电容充电和放电的曲线，测量时间常数τ。

可以使用示波器的测量功能或利用万用表测量电容器两端电压的变化。

实验结果与分析：通过实验测量得到的数据，我们可以绘制电容充电和放电的曲线。

根据这些曲线可以得到电容充电和放电的时间常数τ。

实验结果表明，电容充电和放电的过程遵循指数衰减的规律，即电容电压随时间的变化呈指数函数。

根据电容充电和放电的特性，我们可以推导出RC电路的一些重要公式。

例如，电容充电过程中的电压变化可以用以下公式表示：V(t) = V0 * (1 - e^(-t/τ))其中，V(t)表示时间t时刻电容器两端的电压，V0表示初始电压，τ表示时间常数。

结论：通过本次实验，我们深入了解了RC电路的基本原理和特性。

我们通过测量电容充电和放电的过程，得到了电容充电和放电的时间常数。

实验结果表明，电容充电和放电的过程符合指数衰减的规律。