RLC電路特性的研究教學(xué)提綱

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。RLC電路特性的研究-成績評定教師簽名嘉應(yīng)學(xué)院物理學(xué)院普通物理實驗實驗報告實驗項目：實驗地點：班級：姓名：座號：實驗時間：年月日一、實驗?zāi)康模?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，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二、實驗儀器和用具：1FB318型電路實驗儀2雙蹤示波器3數(shù)字存儲示波器三、實驗原理：一串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性1串聯(lián)

2、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(guān)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(guān)系見圖可見當(dāng)增加時，和增加，而減小。當(dāng)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(fù)數(shù)，其模為：設(shè),則由上式可知：時，時，時可見隨的變化而變化，并且當(dāng)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

3、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(guān)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(guān)系：其中為角頻率,可見以上參數(shù)均與有關(guān),它們與頻率的關(guān)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

4、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(dǎo)出和另一個重要的參數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q。當(dāng)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)?？梢宰C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)諧振頻率與串聯(lián)諧振頻率不相等(當(dāng)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(guān)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(lǐng)域，高頻電路中得到了非常廣泛的應(yīng)用。四串聯(lián)電路的暫態(tài)

5、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(dāng)開關(guān)合向“1”時，設(shè)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)。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(dāng)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(yīng)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

6、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：時，為欠阻尼：其中2.時，為過阻尼：其中3.時，為臨界阻尼：。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(dāng)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

7、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；?fù)半周截止。電容并聯(lián)于兩端，起濾波作用。在導(dǎo)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(dǎo)通，截止；負(fù)半周導(dǎo)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

8、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。四、實驗步驟：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，需要用數(shù)字存儲式示波器才能得到較好的觀測。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(yīng)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

9、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(yīng)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?。?，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(dāng)?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

10、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(yīng)的電感值下用直流電阻表測量，選取。也可自行設(shè)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。并聯(lián)電路的幅頻特性保持信號源的值幅度不變（可?。?，測量和的變化情況。注意示波器的公共端接線，不應(yīng)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

11、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(yīng)防止短路。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(yīng)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(yīng)重新調(diào)整值。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。五、實驗數(shù)據(jù)記錄：1.RC暫態(tài)曲線（f=100Hz，R=1000，