實(shí)驗(yàn)五 RLC串聯(lián)電路諧振實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)五RLC串聯(lián)電路諧振實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹垦芯縍、L、C串聯(lián)電路的電路參數(shù)與其暫態(tài)過(guò)程的關(guān)系。觀察二階電路過(guò)阻尼、臨界阻尼和欠阻尼三種情況下的響應(yīng)波形。利用響應(yīng)波形，計(jì)算二階電路暫態(tài)過(guò)程的有關(guān)參數(shù)。掌握觀察動(dòng)態(tài)電路狀態(tài)軌跡的方法【實(shí)驗(yàn)原理】用二階微分方程來(lái)描述的電路稱為二階方程。如圖5-1所示的R、L、C串聯(lián)電路就是典型的二階電路。根據(jù)回路電壓定律，當(dāng)t=0+時(shí)，電路存在：圖5-1R、L、C串聯(lián)電路++=0 （1） （2）== （3）上式（1）中：每一項(xiàng)均為電壓，第一項(xiàng)是電感上的電壓UL，第二項(xiàng)是電阻上的電壓UR，第三項(xiàng)是電容上的電壓UC，即回路中的電壓之和為零。各項(xiàng)都是電容上電流的函數(shù)。這里是二階方程。上式（2）中，由于電容兩端電壓不能突變，所以電容上電壓在開(kāi)關(guān)接通前后瞬間都是相等的，都等于信號(hào)電壓。上式（3）中，電容上電壓對(duì)時(shí)間的變化率等于電感上電流對(duì)時(shí)間的變化率，都等于零，即電容上電壓不能突變，電感上電流不能突變。由R、L、C串聯(lián)形成的二階電路在選擇了不同的參數(shù)以后，會(huì)產(chǎn)生三種不同的響應(yīng)，即過(guò)尼狀態(tài)，欠阻尼（衰減振蕩）和臨界阻尼三種情況。當(dāng)電路中的電阻過(guò)大了：R>2時(shí)，稱為過(guò)阻尼狀態(tài)。響應(yīng)中的電壓，電流呈現(xiàn)出非周期性變化的特點(diǎn)。其電壓，電流波形如圖7-2（a）所示。uc(v)i(A)i(A)uc0uct(s)0uc(v)i0（a）電壓、電流波形（b）狀態(tài)軌跡圖2過(guò)阻尼狀態(tài)R、L、C串聯(lián)電路電壓、電流波形及其狀態(tài)軌跡從圖2（a）中可以看出，電流振蕩不起來(lái)。圖2（b）中所示的狀態(tài)軌跡，就是伏安特性。電流由最大減小到零，沒(méi)有反方向的電流和電壓，是因?yàn)榻?jīng)過(guò)電阻，能量全部給電阻吸收了。當(dāng)電路中的電阻過(guò)小了：R<2時(shí)，稱為欠阻尼狀態(tài)。響應(yīng)中的電壓，電流具有衰減振蕩的特點(diǎn)，此時(shí)衰減系數(shù)。ω0=是在R=0的情況下的振蕩頻率，稱為無(wú)阻尼振蕩電路的固有角頻率。在R≠0時(shí)，R、L、C串聯(lián)電路的固有振蕩角頻率ω'=將隨的增加而下降。其電壓，電流波形如圖7-3（a）所示。uc(v)i(A)i(A)uc0uc(v)0uct(s)0i（a）電壓、電流波形（b）狀態(tài)軌跡圖3欠阻尼狀態(tài)R、L、C串聯(lián)電路電壓、電流波形及其狀態(tài)軌跡從圖3（a）中可見(jiàn)，有反方向的電壓和電流，這是因?yàn)殡娮栎^小，當(dāng)過(guò)零后，有反充電的現(xiàn)象。當(dāng)電路中的電阻適中：R=2時(shí)，稱為臨界狀態(tài)。此時(shí)，衰減系數(shù)，ω'==0，暫態(tài)過(guò)程界于非周期與振蕩之間，其本質(zhì)屬于非周期暫態(tài)過(guò)程?！緦?shí)驗(yàn)設(shè)備】名稱 數(shù)量 型號(hào)1．函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 1臺(tái) 2．示波器 1臺(tái)3．電阻 5只 10Ω*1 51Ω*1 200Ω*1 1kΩ*1 2kΩ*14.電容 1只22nF*15.電感 1只 10mH*1 6.橋形跨接線和連接導(dǎo)線 若干7.實(shí)驗(yàn)用9孔方板 一塊 297mm×300mm【實(shí)驗(yàn)步驟】將電阻，電容，電感串聯(lián)成如圖4所示的接線圖，US=1V，f=2kHz改變電阻R，分別使電路工作在過(guò)阻尼，欠阻尼和衰減振蕩狀態(tài)，測(cè)量出輸出波形。圖4二階電路實(shí)驗(yàn)接線圖并進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，求出衰減系數(shù)δ、振蕩頻率，并用示波器測(cè)量其電容上電壓的波形將波形及數(shù)據(jù)處理，結(jié)果填入下表1。表1ω0=測(cè)量不同參數(shù)下的衰減系數(shù)和波形保證電路一直處于欠阻尼狀態(tài)，取三個(gè)不同阻值的電阻，用示波器測(cè)量輸出波形，并計(jì)算出衰減系數(shù)，將波形和數(shù)據(jù)填入表2。表2ω0=【分析和討論】R、L、C串聯(lián)電路的暫態(tài)過(guò)程為什么會(huì)出現(xiàn)三種不同的工作狀態(tài)？試從能量轉(zhuǎn)換角度對(duì)其做出解釋。敘述二階電路產(chǎn)生振蕩的條件，振蕩波形如何？與電路參數(shù)R、L、C有何關(guān)系？二階電路的響應(yīng)研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)原始記錄紙姓名學(xué)號(hào)班級(jí)1、電路工作在過(guò)阻尼，欠阻尼和衰減振蕩狀態(tài)（臨界阻尼狀態(tài)）L=10mHC=0.022μFf0=1.5KHzR1=51ΩR2=1kΩR3=2kΩω=電路狀態(tài)波形2、計(jì)算電路的臨界阻尼狀態(tài)電阻值：R=3、電路一直處于欠阻尼狀態(tài)，取三個(gè)不同阻值的電阻L=10mHC=0.022μFf0=1.5KHzR1=10ΩR2=51ΩR3=200Ωω=電路狀態(tài)波形教師簽名：