實驗 RC線路 (RC circuit)
RC電路的介紹 全名:相移電路(resistor–capacitor circuit,RC電 路) 利用電壓、電流驅使電阻、電容運作的電路 最簡單的RC電路:由一個電容器和一個電阻器所組成, 又稱一階RC電路 除了RC電路外,還有RL電路、 LC電路以及RLC電 路 RC電路亦可以做為濾波器,可作為濾掉雜訊之用途
實驗目的(object) 了解電容的充、放電過程中的電荷與電流變化情形, 並測定出RC線路中的鬆弛時間(relaxation time)[1] 了解RC線路中的電阻R與電容C對不同頻率的交流訊 號的響應情形,並認識他們的濾波功能。 學習示波器的量測與分析 [1]鬆弛時間(relaxation time): 電量降為原來Q0的1/e所需的時間稱為鬆弛時間 (relaxation time)或 時間常數(time constant)。
實驗原理(theory )1-- RC 充放電電路 。 。 實驗原理(theory )1-- RC 充放電電路 充電 放電
以方波輸入來進行測試 方波的前半週期(電壓為ε0)當作充電的情形 方波的後半週期(電壓為0)則為放電的情況 量測電荷隨時間的變化情形:測量電容兩端的電壓 量測電流隨時間的變化情形:測量電阻兩端的電壓 測定鬆弛時間 (relaxation time):量測半衰期τ½,再利用τ= τ½/ln2求出 τ 利用示波器讀出τ½:量測VC的最大值到VC最大值的一半所需的時間及 為τ½
如何從示波器讀出 利用示波器讀出τ½:量測VC的最大值到VC最大值的一半所需的時間及為τ½ 量出正確的反應時間: 上升時間tr:電壓從10%上升到90%所需的時間 下降時間tf:電壓從90%下降到10%所需的時間 tr= tf =2.2τ 選取的方波頻率會影響量測到的time constant 的準確性
實驗原理(theory )2--正弦波訊號當電源 。 實驗原理(theory )2--正弦波訊號當電源 量測頻率響應: 固定輸入訊號的振幅,改變輸入訊號的頻率,即可得到振 幅隨著輸入頻率的變化情形 量測鬆弛時間(τ): 臨界頻率ωc:當電容兩端的電壓=輸入電壓的1/√2的時候所 量到的頻率,就稱為臨界頻率 先量測ωc,再由τ=1/ωc的關係示求出τ
實驗儀器(apparatus) 示波器oscilloscope(GWINSTEK GDS-2062) 測試電路板(含電阻resistor、電容capacitor) 信號產生器function generator(IWATSU SG- 4105) 電源線二條 BNC 1分2連接線兩條
注意事項(notes) 實驗中須隨時注意接線短路問題,並避免不當拉扯 BNC接線而導致損壞!(所有的地線(黑色接頭)應該 放在一起) 有些電容(例如,電解電容)是有極性的,串接線路時 需注意電容的極性
RC電路的應用—延遲電路 右圖的電路是由電容器與霓虹燈並聯所組成 當開關(S)閉合的時候,電容器開始充電,此時電流並不會通 過霓虹燈,當電容器的電壓充飽電後,電容開始放電給霓虹 燈,直到橫跨霓虹燈的電壓超出70伏特時,霓虹燈開始發亮, 當電容器電壓無法供應霓虹燈的壓降時,霓虹燈就會熄滅, 此時電容再次充電,充飽後再供應電壓給霓虹燈,如此循環。 調整 R2,我們可以採取短或長的時間延遲,使熄燈到亮燈的 時間有所不同 資料來源: https://sites.google.com/site/rcdianluzu/
RC電路的應用—閃光燈裝置 下圖為閃光燈的簡易裝置 開關 R1 1 2 再將開關移到2的位置, I1 此時電容開始放電 C I2 VS R2 當開關在位置1的時候 開關 R1 1 I1 2 再將開關移到2的位置, 此時電容開始放電 I2 C 產生電流I1,此時電容 開始充電,直到電容電 壓=VS 時,這條線路就 成了斷路 VS R2 供給R2(閃光燈)電壓,產生電流I2, 使閃光燈發亮 資料來源:https://sites.google.com/site/rcdianluzu/rc-dian-lu-de-ying-yong/shan-guang-deng-zhuang-zhi-1