電路的特性研究

1、RLC電路的特性研究(FB318型RLC電路實驗儀)題l: 瑪麗姬(女)的弟弟點了一下兄弟姐妹的人數(shù).發(fā)現(xiàn)自己的兄弟比姐妹多1人.那么.瑪麗姬的兄弟比她的姐妹多幾人?答:多3 人.解:弟弟的兄弟姐妹的人數(shù)是不包括弟弟自己的.現(xiàn)在問的是瑪麗姬那就要加上弟弟.瑪麗姬的姐妹不含瑪麗姬的所以要減一個.所以男又加了一個女減了一個.加上原來的多一個.就是3人了題2: 有排列成一行的四戶人家.已知: A家在B家的隔壁, A家與D家并不相鄰.如果D家與C家也不相鄰.那么. C家的隔壁是哪一家?答:C家的隔壁是A解:A家在B家的隔壁.那A.B就在一起了.寫成AB或BA.A家與D家并不相鄰那就是ABD或DBA.如

2、果D家與C家也不相鄰(別忘了A家在B家的隔壁)也就是DBAC或CABD了.所以是A題3: 在下列圖中.已知上一行a. b. c. d四個圖形中.有一個圖形與下一行中的某個圖形最為相似.那么.它到底是哪一個呢?(沒圖)答:C解:里面的線垂直于邊題4: 在下列圖中.上一行的空白圓圈內(nèi).應該填人下一行中的哪個圖形才合適?(沒圖)答:D 解:看你的空間想像了.先是上下轉(zhuǎn)動.然后左右轉(zhuǎn)了題5: 彼得的兒子是我的兒子的父親.那么.我與彼得的關系是. a.我是彼得的祖父,b.我是彼得的父親,c.我是彼得的兒子,d.我是彼得的孫子,e.我就是彼得.答:C.解:看下輩份了.C了 題6:填充:皇帝不是窮人.在守財

3、奴中也有窮人.所以.有一些 并不是 答:守財奴.皇帝解:也就是說窮人一定不是皇帝題7:請補填上第4行字母.ABCDEDAECBCDBEA答:ECABD解:沒想到題8: 請將下列四段文字中的兩段結(jié)合成文.要求能說明這樣一個事實:參加考試的女學生們?nèi)考案窳?a.有些女學生和男同學一樣地通過了考試,b.參加考試的女學生多于男同學, c.半數(shù)以上的學生都及格了, d.考試不及格的是男生還是女生呢?是占少數(shù)的一種(性別的)學生.答B(yǎng)D解:A的意思是說有女生沒過了B的意思是說:女生比男生多C的意思是說:半數(shù)以上的人都及格了D的意思是說:人多的(性別數(shù))及格了題9: 請找出規(guī)律.并在第三個人形圖案的空格中

4、填入合適的數(shù)字.答:在第三個人形圖案的空格中填3.解:后一個人的頭和左腳是前一個人的右腳數(shù)了實驗講義杭州精科儀器有限公司RLC電路特性的研究電容、電感元件在交流電路中的阻抗是隨著電源頻率的改變而變化的。將正弦交流電壓加到電阻、電容和電感組成的電路中時，各元件上的電壓及相位會隨著變化，這稱作電路的穩(wěn)態(tài)特性；將一個階躍電壓加到RLC元件組成的電路中時，電路的狀態(tài)會由一個平衡態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個平衡態(tài)，各元件上的電壓會出現(xiàn)有規(guī)律的變化，這稱為電路的暫態(tài)特性。【實驗目的】1觀測和串聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性2了解串聯(lián)、并聯(lián)電路的相頻特性和幅頻特性3觀察和研究電路的串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振現(xiàn)象4觀察和電路的暫態(tài)過程

5、，理解時間常數(shù)的意義5觀察串聯(lián)電路的暫態(tài)過程及其阻尼振蕩規(guī)律6了解和熟悉半波整流和橋式整流電路以及低通濾波電路的特性【實驗儀器】1FB318型電路實驗儀2雙蹤示波器（用戶自備）3數(shù)字存儲示波器（選用，用戶自備）【實驗原理】一串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性1串聯(lián)電路的頻率特性在圖1所示電路中，電阻、電容的電壓有以下關系式：其中為交流電源的角頻率，為交流電源的電壓有效值，為電流和電源電壓的相位差，它與角頻率的關系見圖可見當增加時，和增加，而減小。當很小時很大時。2低通濾波電路如圖3所示，其中為輸入電壓，為輸出電壓，則有它是一個復數(shù)，其模為： 設 ,則由上式可知： 時， ，時 ，時 可見 隨的變化而變化，并且當

6、時，變化較小，時，明顯下降。這就是低通濾波器的工作原理，它使較低頻率的信號容易通過，而阻止較高頻率的信號通過。 3高通濾波電路：高通濾波電路的原理圖見圖4根據(jù)圖4分析可知有： ， 同樣令 則：時, ，時, ，時, 可見該電路的特性與低通濾波電路相反，它對低頻信號的衰減較大，而高頻信號容易通過，衰減很小，通常稱作高通濾波電路。二串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性：串聯(lián)電路如圖5所示可見電路中有以下關系： 可見電路的幅頻特性與電路相反，增加時，減小 則增大。它的相頻特性見圖6。由圖6可知，很小時，很大時 。三電路的穩(wěn)態(tài)特性：在電路中如果同時存在電感和電容元件，那么在一定條件下會產(chǎn)生某種特殊狀態(tài)，能量會在電容和電感

7、元件中產(chǎn)生交換，我們稱之為諧振現(xiàn)象。1串聯(lián)電路在如圖7所示電路中，電路的總阻抗|Z|，電壓和之間有以下關系： 其中為角頻率,可見以上參數(shù)均與有關,它們與頻率的關系稱為頻響特性，見圖8。由圖8可知，在頻率處阻抗值最小，且整個電路呈純電阻性，而電流達到最大值，我們稱為串聯(lián)電路的諧振頻率(為諧振角頻率)。從圖8還可知，在的頻率范圍內(nèi)值較大,我們稱為通頻帶。下面我們推導出和另一個重要的參數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q。當時，從公式（11）、（12）及（13）可知 這時的電感上的電壓: 電容上的電壓: 或與的比值稱為品質(zhì)因數(shù) 。可以證明： 2并聯(lián)電路 ：在圖9所示的電路中有：可以求得并聯(lián)諧振角頻率： 可見并聯(lián)諧振頻率與串

8、聯(lián)諧振頻率不相等(當Q值很大時才近似相等)。圖10給出了并聯(lián)電路的阻抗、相位差和電壓隨頻率的變化關系。 和串聯(lián)電路類似，品質(zhì)因數(shù) 。 由以上分析可知串聯(lián)、并聯(lián)電路對交流信號具有選頻特性，在諧振頻率點附近，有較大的信號輸出，其它頻率的信號被衰減。這在通信領域，高頻電路中得到了非常廣泛的應用。四串聯(lián)電路的暫態(tài)特性電壓值從一個值跳變到另一個值稱為階躍電壓在圖11所示電路中當開關合向“1”時，設中初始電荷為0，則電源通過電阻對充電，充電完成后，把打向“2”，電容通過放電，其充電方程為： 充電方程為： 放電方程為：可求得充電過程時： 放電過程時： 由上述公式可知和均按指數(shù)規(guī)律變化。令稱為電路的時間常數(shù)。

9、值越大，則變化越慢，即電容的充電或放電越慢。圖12給出了不同值的變化情況，其中 。五串聯(lián)電路的暫態(tài)過程在圖13所示的串聯(lián)電路中，當K打向“1”時，電感中的電流不能突變，打向“2”時，電流也不能突變?yōu)?，這兩個過程中的電流均有相應的變化過程。類似串聯(lián)電路，電路的電流、電壓方程為電流增長過程： 電流消失過程： 其中電路的時間常數(shù)： 六串聯(lián)電路的暫態(tài)過程：在圖14所示的電路中，先將K打向“1”，待穩(wěn)定后再將K打向“2”，這稱為串聯(lián)電路的放電過程，這時的電路方程為： 初始條件為：，這樣方程解一般按值的大小可分為三種情況： 1. 時，為欠阻尼： 其中 2. 時，為過阻尼：其中 3. 時，為臨界阻尼： 。

10、 圖15為這三種情況下的變化曲線，其中1為欠阻尼，2為過阻尼，3為臨界阻尼。 圖 15 放電時的Uc曲線示意圖 圖 16 充電時的Uc曲線示意圖如果當 時，則曲線1的振幅衰減很慢，能量的損耗較小。能夠在與之間不斷交換，可近似為電路的自由振蕩，這時是時回路的固有頻率。對于充電過程，與放電過程相類似，只是初始條件和最后平衡的位置不同。圖16給出了充電時不同阻尼的變化曲線圖。七*整流濾波電路常見的整流電路有半波整流、全波整流和橋式整流電路等。這里介紹半波整流電路和橋式整流電路。1、半波整流電路如圖所示為半波整流電路，交流電壓經(jīng)二極管后，由于二極管的單向?qū)щ娦?，只有信號的正半周能夠?qū)?，在上形成壓降?/p>

11、負半周截止。電容并聯(lián)于兩端，起濾波作用。在導通期間，電容充電；截止期間，電容放電。用示波器可以觀察接入和不接入電路時的差別，以及不同值和值時的波形差別，不同電源頻率時的差別。橋式整流電路如圖所示電路為橋式整流電路。在交流信號的正半周導通， 截止；負半周導通，截止，所以在電阻上的壓降始終為上“”下“”，與半波整流相比，信號的另半周也有效的利用了起來，減小了輸出的脈動電壓。電容同樣起到濾波的作用。用示波器比較橋式整流與半波整流的波形區(qū)別?！緦嶒瀮?nèi)容】對電路的穩(wěn)態(tài)特性的觀測采用正弦波。對電路的暫態(tài)特性觀測可采用直流電源和方波信號，用方波作為測試信號可用普通示波器方便地進行觀測；以直流信號作實驗時，需

12、要用數(shù)字存儲式示波器才能得到較好的觀測。型電路實驗儀的使用及性能參見附錄，示波器的使用參照廠家的說明書或?qū)嶒灷蠋煹闹笇АＷ⒁猓簝x器采用開放式設計，使用時要正確接線，不要短路功率信號源，以防損壞。一串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性：1串聯(lián)電路的幅頻特性：選擇正弦波信號，保持其輸出幅度不變，分別用示波器測量不同頻率時的 ，可取 ，也可根據(jù)實際情況自選，的參數(shù)。用雙通道示波器觀測時可用一個通道監(jiān)測信號源電壓，另一個通道分別測，但需注意兩通道的接地點應位于線路的同一點，否則會引起部分電路短路。2串聯(lián)電路的相頻特性將信號源電壓和分別接至示波器的兩個通道，可?。ㄒ部勺赃x）。從低到高調(diào)節(jié)信號源頻率，觀察示波器上兩個波形的

13、相位變化情況，先可用李薩如圖形法觀測，并記錄不同頻率時的相位差。二串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性：測量串聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性與串連電路時方法類似，可選，也可自行確定。三串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性：自選合適的值、值和值，用示波器的兩個通道測信號源電壓和電阻電壓，必須注意兩通道的公共線是相通的，接入電路中應在同一點上，否則會造成短路。1幅頻特性保持信號源電壓不變（可取），根據(jù)所選的值，估算諧振頻率，以選擇合適的正弦波頻率范圍。從低到高調(diào)節(jié)頻率，當?shù)碾妷簽樽畲髸r的頻率即為諧振頻率，記錄下不同頻率時的大小。2相頻特性：用示波的雙通道觀測，的相位差，的相位與電路中電流的相位相同，觀測在不同頻率下的相位變化，記錄下某一

14、頻率時的相位差值。四并聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性：按圖9進行連線，注意此時為電感的內(nèi)阻，隨不同的電感取值而不同，它的值可在相應的電感值下用直流電阻表測量，選取。也可自行設計選定。注意的取值不能過小，否則會由于電路中的總電流變化大而影響的大小。1 并聯(lián)電路的幅頻特性保持信號源的值幅度不變（可?。瑴y量和的變化情況。注意示波器的公共端接線，不應造成電路短路2并聯(lián)電路的相頻特性：用示波器的兩個通道，測和的相位變化情況。自行確定電路參數(shù)。五串聯(lián)電路的暫態(tài)特性：如果選擇信號源為直流電壓，觀察單次充電過程要用存儲式示波器。我們選擇方波作為信號源進行實驗，以便用普通示波器進行觀測。由于采用了功率信號輸出，故應防止短路

15、。1選擇合適的和值，根據(jù)時間常數(shù)，選擇合適的方波頻率，一般要求方波的周期，這樣能較完整地反映暫態(tài)過程，并且選用合適的示波器掃描速度，以完整地顯示暫態(tài)過程。2改變值或值，觀測或的變化規(guī)律，記錄下不同值時的波形情況，并分別測量時間常數(shù) 。3改變方波頻率，觀察波形的變化情況，分析相同的值在不同頻率時的波形變化情況。六電路的暫態(tài)過程：選取合適的與值，注意的取值不能過小，因為存在內(nèi)阻。如果波形有失真、自激現(xiàn)象，則應重新調(diào)整值與值進行實驗，方法與串聯(lián)電路的暫態(tài)特性實驗類似。七串聯(lián)電路的暫態(tài)特性1先選擇合適的值，根據(jù)選定參數(shù)，調(diào)節(jié)值大小。觀察三種阻尼振蕩的波形。如果欠阻尼時振蕩的周期數(shù)較少，則應重新調(diào)整值。

16、2示波器測量欠阻尼時的振蕩周期和時間常數(shù)。值反映了振蕩幅度的衰減速度，從最大幅度衰減到0.368倍的最大幅度處的時間即為值。八整流濾波電路的特性觀測：1半波整流：按圖17原理接線，選擇正弦波信號作電源。先不接入濾波電容，觀察與的波形。再接入不同容量的值。觀察波形的變化情況。2橋式整流：按圖18原理接線，先不接入濾波電容，觀察波形，再接入不同容量的值。觀察Uo波形的變化情況，并與半波整流比較有何區(qū)別?！緮?shù)據(jù)處理】1據(jù)測量結(jié)果作串聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性圖。2根據(jù)測量結(jié)果作串聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性圖。3分析低通濾波電路和高通濾波電路的頻率特性。4據(jù)測量結(jié)果作串聯(lián)電路、并聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性。并計算電路的值。5根據(jù)不同的值、值和值，分別畫出電路和電路的暫態(tài)響應曲線有何區(qū)別。6根據(jù)不同的值畫出串聯(lián)電路的暫態(tài)響應曲線，分析值大小對充放電的影響。7根據(jù)示波器的波形畫出半波整流和橋式整流的輸出電壓波形，并討論濾波電容數(shù)值大小對輸出電壓波形的影響。【附錄】 型RLC電路實驗儀使用說明型電路實驗儀采用開放式設計，由學生自己連線來完成、電路的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特性的研究，從而掌握一階電路、二階電路的正弦波和階躍波的響應過程，并理解積分電路、微分電路和整流電路的工作原理。一儀器組成：儀器由功率信號發(fā)生器、頻率計、電阻箱、電感箱、電容箱和整