电路的暂态分析
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rlc电路暂态过程实验报告RLC 电路暂态过程实验报告一、实验目的1、观察 RLC 串联电路在不同参数下的暂态过程,理解电路中电容充电、放电和电感储能、释能的特性。
2、研究 RLC 串联电路的阻尼振荡和临界阻尼等情况,掌握其规律。
3、学会使用示波器测量和分析电路中的电压和电流变化。
二、实验原理1、 RLC 串联电路的方程对于 RLC 串联电路,根据基尔霍夫定律,可以得到以下二阶线性常系数微分方程:$L\frac{d^2i}{dt^2} + R\frac{di}{dt} +\frac{1}{C}i = 0$其中,$L$为电感,$R$为电阻,$C$为电容,$i$为电流。
2、暂态过程的分类根据电路参数的不同,暂态过程可以分为三种情况:(1)欠阻尼状态:当$R < 2\sqrt{\frac{L}{C}}$时,电路的响应为衰减振荡,振荡的角频率为$\omega_d =\sqrt{\frac{1}{LC} (\frac{R}{2L})^2}$。
(2)过阻尼状态:当$R > 2\sqrt{\frac{L}{C}}$时,电路的响应为非振荡衰减。
(3)临界阻尼状态:当$R = 2\sqrt{\frac{L}{C}}$时,电路的响应为非周期的临界衰减。
三、实验仪器1、示波器2、信号发生器3、电阻箱4、电感箱5、电容箱6、导线若干四、实验内容及步骤1、按照电路图连接好 RLC 串联电路,选择合适的电阻、电感和电容值。
2、用信号发生器产生一个阶跃电压信号,输入到电路中。
3、使用示波器同时观察电阻、电感和电容两端的电压变化,并记录波形。
(1)欠阻尼状态选择较小的电阻值,使电路处于欠阻尼状态。
观察并记录电容电压和电感电压的振荡波形,测量振荡周期和衰减系数。
(2)过阻尼状态增大电阻值,使电路处于过阻尼状态。
观察并记录电容电压和电感电压的非振荡衰减波形,测量衰减时间。
(3)临界阻尼状态调整电阻值,使电路处于临界阻尼状态。
观察并记录电容电压和电感电压的非周期临界衰减波形。
第三章 电路的暂态分析含有电感或电容储能元件的电路,在换路时会出现暂态过程。
本章研究了暂态过程中电压与电流的变化规律。
主要内容:1.暂态过程的基本概念。
2.换路定则:在换路瞬间,电容电流和电感电压为有限值的情况下,电容电压 和电感电流在换路前后的瞬间保持不变。
3.RC 电路的零输入响应、零状态响应和全响应。
4.RL 电路的零输入响应、零状态响应和全响应。
5.一阶线性电路暂态分析的三要素法:一阶线性电路在直流激励下的全响应零、 输入响应和零状态响应都可以用三要素法τte f f f t f -+∞-+∞=)]()0([)()(来求出。
6.暂态过程的应用:对于RC 串联电路,当输入矩形脉冲,若适当的选择参数 和输出,可构成微分电路或积分电路。
[练习与思考]解答3-1-1什么是稳态?什么是暂态?解:当电路的结构、元件参数及激励一定时,电路的工作状态也就一定,且电流和电压为某一稳定的值,此时电路所处的工作状态就称为稳定状态,简称为稳态。
在含有储能元件的电路中,当电路的发生换路时,由于储能元件储的能量的变化,电路将从原来的稳定状态经历一定时间变换到新的稳定状态,这一变换过程称为过渡过程,电路的过渡过程通常是很短的,所以又称暂态过程。
3-1-2什么是暂态过程?产生暂态过程的原因是什么?解:含有储能元件的电路从一个稳态转变到另一个稳态的所需的中间过程称为电路的暂态过程(过渡过程)。
暂态过程产生的内因是电路中含有储能元件,外因是电路发生换路。
3-2-1 初始值和稳态值分别是暂态过程的什么时刻的值?解:初始值是暂态过程的+=0t 时刻的值,稳态值是暂态过程的∞=t 时刻的值。
3-2-2 如何求暂态过程的初始值?解:求暂态过程初始值的步骤为:⑴首先画出换路前-=0t 的等效电路,求出-=0t 时刻电容电压)0(-C u 和电感电流)0(-L i 的值。
对直流电路,如果换路前电路处于稳态,则电容相当于开路,电感相当于短路。