求助 如何用LabVIEW实现这个实验 谢谢 附件里还有类似的几个 谢谢了
一阶电路实验
一. 实验目的
1. 观察一阶电路的过渡过程,研究元件参数改变时对过渡过程的影响。
2. 学习脉冲信号发生器和示波器的使用方法。
二. 实验原理
RC电路在脉冲信号的作用下,电容器充电,电容器上的电压按指数规律上升,即
(5-1)
Uc随时间上升的规律可用曲线表示,如图4-1所示。
电路达到稳态后,将电源短路,电容器将放电,其电压按指数规律衰减,即
(5-2)
随时间衰减的规律可以用曲线表示,如图5-2所示。
图5-1 RC充电过渡过程 图5-2 RC放电过渡过程
其中 称为电路的时间常数,它的大小决定了过渡过程进行的快慢。 其物理意义是电路零输入响应衰减到初始值的36.8%所需要的时间, 或者是电路零状态响应上升到稳态值的63.2%所需要的时间。 在理论上,真正到达稳态所需要的时间为无限大,但工程上认为换路后经过3τ~5τ的时间,过渡过程就基本结束,电路进入稳态。
对于一般电路,时间常数均较小,在毫秒甚至微秒级,电路会很快达到稳态,一般仪表尚来不及反应,过渡过程已经消失。因此,用普通仪表难以观测到电压随时间的变化规律。示波器可以观察到周期变化的电压波形,如果使电路的过渡过程按一定周期重复出现,示波器荧光屏上就可以观察到过渡过程的波形。本实验用方波做实验电源,由它产生一个固定频率的方波,模拟阶跃信号。在方波的前沿(上升沿)相当于接通直流电源,电容器通过电阻充电,如图5-1;方波后沿(下降沿)相当于电源短路,电容器通过电阻放电,如图5-2。方波周期性重复出现,电路就不断地进行充电、放电。将电容器两端接到示波器输入端,就可观察到一阶电路充电、放电的过渡过程。用同样的方法也可以观察到RL电路的过渡过程。
三. 实验内容及步骤
1. 参考附录Ⅱ,调节示波器上编号为(13)、(17)、(31)旋钮,使其处于“校准”位置(参见附表2-2);调节(12)、(16)旋钮指向1V刻度,调节(30)旋钮指向0.5ms刻度(可根据实验情况灵活操作);面板上可上下拨动的开关拨向上方,(10)(19)号拨动开关拨向下方(拨向DC位置);(22)旋钮旋向“锁定”位置(参见附表2-2)。
2. 参阅附录VII,调节DDS函数波形发生器输出波形为方波,频率为1KHz,幅度为1.5V,占空比为50%,偏置比为100%,信号输出用探头线接函数波形发生器的“信号输出”。
3.示波器的探头和函数波形发生器“信号输出”探头相接,注意两个探头红夹相接,黑夹相接,不可接错,在示波器上观察信号波形,用示波器上下位移旋钮(示波器面板编号为9; 20)将方波的下沿和示波器水平中心线对齐。调节好后,整个实验过程信号源参数不再变化。
4. 观察并记录RC电路的过渡过程。
(1) 观察记录电容器上的过渡过程。
图5-3 观察RC电路的过渡过程
按图5-3接好电路。图中R=300Ω,C=0.1μF。观察示波器上的波形,并绘制所观察到的波形。从波形图上测量电路的时间常数τ,然后和电路参数所计算的时间常数相比较,分析二者不同的原因。
(2) 将图5-3电路参数改为R= 800Ω,C=0.1μF,观察示波器上的波形,并绘制所观察到的波形。了解参数改变对Uc(t)过渡过程的影响。
(3) 观察记录电阻上电压随时间的变化规律UR (t)。
按图5-4接好电路。R=300Ω,C=0.1μF,观察电阻上的电压UR (t)的波形,并绘制所观察到的波形。
图5-4 观察电阻R上的电压波形UR(t)
(4) 将图5-4电路参数改为R=800Ω,C=0.1μF,观察示波器上的波形,绘制所观察到的波形。
4.观察并记录RL电路的过渡过程。
(1) 按图5-5接好电路,R=300Ω,L=22mH,绘制所观察到的波形UL。
图5-5 观察RL电路中UL(t)的波形
(2) 改变图5-5参数,使R=800Ω,L=22mH,观察并记录电感上的电压波形UL(t),绘制所观察到的波形。
图5-6 观察RL电路中UR(t)的波形
(3) 按图5-6接线,R=300Ω,L=22mH,观察并记录电阻R上的电压波形UR(t) ,绘制所观察到的波形。,
(4) 改变图5-6参数值R=800Ω,L=22mH,观察示波器上的波形,并绘制所观察到的波形。
四. 实验设备
1. 双踪示波器一台;
2. EM32030P DDS函数波形发生器 一台
3. 动态电路单元板(TS—B—27)一块;
4. 电阻箱一只。
五. 实验报告要求
1. 绘制所观察到的各种波形,在实验报告纸的正面和背面均可。注明纵坐标、横坐标所代表的物理量
2. 说明元件参数的变化对过渡过程的影响。
3. 为什么实验中要使RC电路的时间常数比方波的周期小很多? 如果方波周期比RC电路时间常数τ小很多,会出现什么情况?