大学物理实验报告rc.doc

大学物理实验报告rc.doc大学物理实验报告rc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,电阻箱,直流电源,信号发生器,数字万用电表,示波器,。【实验原理】,其符号如图1所示,。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?1O6?F,l?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,: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、,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电容充放电原理图对于充电过程,有uC?E(l?e?t/RC)E?t/RCe或uR?Ee?t/RCR对于放电过程,有uC?Ee?t/RCi??E?t/RCe或uR??Ee?t/RCR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。uc和i(uR)随时间变化的曲线如图3(a)和(b)所示,令??RC,?称为RC电路的时间常数当t???RC时,由式(3)可知uc?Ee?l?uC(a)t(b)图3电容充、放电波形电压波形;电流波形上式说明,电阻电容数值越大.?表示放电过程中UC由E衰减到E的%所需要的时间。?值越大,UC变化越慢,即电容充放电进行得越慢。通过时间常数?,电压uc、时间t以及R,C数值之间建立了对应关系。根据这一特性,由uc的变化测得?,如果己知电阻R,,例如制成延时开关,用于声光控制路灯的电路中等。用示波器观察RC电路在充放电过程中uc和uR的变化实验电路如图5所示,由信号源输出周期性方波信号。可将方波信号看成一个电子开关,其作用相当于图2电路中的选择开关K自动连续在“1”,“2”之间切换,使得电容轮流持续进行充放电,调节示渡器即可得到稳定波形,这样便于观察uc和uR随时间变化的波形。调节方波的半周期远大于RC电路的时间常数?,即使得电容充放电过程在方波的半周图5电容充放电实验电路期内完成,,可使用示渡器测量时间常数?,粗略测定电容数值。注意,这里的电阻应是电路的全电阻,不仅包括外电路电阻R,还应包括信号源内阻r。电容阻抗和频率的关系给RC电路加以正弦波信号时,电路呈现出和直流电路不同的特性。类似电阻元件,电容也具有阻抗,称为容抗ZCo电容的容抗ZC与电源频率f,及电容值C有关,有ZC?12?fC如果已知电阻R的阻值,测量uc和uR,即可得到ZC?UCRUR其中以UC,UR表示UC和uR的有效值因此可得C??fZC2?fUCR由式(6)可知,电容的容抗ZC随着电源频率f变化;f越高,、隔直流的作用利用这一特性可制成RC滤波器,广泛用于整流滤波电路中。【实验内容】使用数字万用电表直流电压量程观察RC电路中电容的充、放电理象,并通过暂态过程测定电容量。连接电路如图2O为使充放电现象较明显,可选取较大数值的电容和电阻,电容C为电解电容器,注意其正极必须接高电位;,电源电压为5V,选取数字万用电表直流电压合适的量程检测uc和uR的变化。检测uco接通电源开关,将选择开关K分别合到“1”和“2”.观察在充电过程和放电过程中uc的变化。通过电容器的放电过程。采用式并利用关系??RC测定电容量,按表1,在电容不变的情况下,依次测定Rl、R2、R3的时间常数,,采用数值较小的电容,电阻R取10k?o先观察信号源输出的方波信号,信号源频率为f?“共地”,使示波器的接地端和信号源的接地端连在一起观察将uc。将uc接到示渡器的输入通