实验4RC、RL、RLC电路的稳态特性

《实验4RC、RL、RLC电路的稳态特性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验4RC、RL、RLC电路的稳态特性（7页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、实验4RC、RL、RLC电路的稳态特性【实验目的】1 观测RC、RL、RLC串联电路的幅频特性和相频特性。2 学习用双踪示波器测量位相差。【仪器用具】TDS2012数字示波器、FG-506A型功率函数信号发生器、YB2173B数字交流毫伏表、电容、电感、电阻箱、接线板等。【原理概述】在RC、RL和RLC串联电路中，若加在电路两端的正弦交流信号保持不变，则当电路中的电流和电压变化达到稳定状态时，电流（或某元件两端的电压）与频率之间的关系特性称为幅频特性；电压、电流之间的位相差与频率之间的关系特性称为相频特性。下面分三种串联电路来分析。1RC串联电路RC串联电路如图1所示。根据图形可得： （1）由

2、（1）式可得到电路的总阻抗、电流的有效值、电阻两端电压的有效值、电容两端电压的有效值，以及电路电压与电流之间的位相差分别为： （2） （3） （4） （5） （6）若电压有效值保持不变，根据（4）（5）两式可画出、幅频特性曲线，如图2所示。图 1 图2从图2可以看出，电阻和电容两端电压、都是频率（即）的函数，它们都是随着频率的改变而改变。当频率很低（）时，电源电压主要降落在电容上；当频率很高（）时，电源电压主要降落在电阻上。我们可以利用RC电路的这种幅频特性组成各种滤波电路。 根据（6）式可画出相频特性曲线，如图3所示。从图3知道，当频率很低时，趋于，当频率很高时，趋于0，即电流与电压同位相。

3、为负值表示电流的相位超前于电源电压的相位。我们可以利用RC电路的这种相频特性，组成各种移相电路。 图32RL串联电路RL串联电路如图4所示。根据图形中各相量关系可得：（7） 由（7）式可得到电路的总阻抗、电流的有效值、电阻两端电压的有效值、电感两端电压的有效值、以及电路电压与电流之间的位相差分别为：图4 图5 （8） （9） （10） （11） （12）若电压有效值保持不变，根据（10）（11）两式可画出、幅频特性曲线，如图5所示。从图5可以看出，电阻和电感两端电压、都是频率（即）的函数，它们都是随着频率的改变而改变。当频率很低（）时，电源电压主要降落在电阻上；当频率很高（）时，电源电压主要降

4、落在电感上。我们可以利用RL图6电路的这种幅频特性组成各种滤波电路。根据（12）式可画出RL电路的相频特性曲线，如图6所示。从图6知道，当频率很低时，趋于0，即电流与电压同相位；当频率很高时。趋于。为正值表示电压的相位超前于电流的相位。同样，我们可以利用RL电路的这种相频特性，组成移相电路。 3RLC串联电路图7图8RLC串联电路的幅频特性已在RLC电路的谐振现象实验中学习过，现在简单重温它的相频特性。串联电路如图7所示，电源电压与电流之间的位相差为： （13）当时，电源电压与电流的相位相同，电路呈电阻性，整个电路处于谐振状态，此时（或），这个频率称为谐振圆频率。当时，电源电压的相位超前于电流

5、，电路呈电感性，随的增大而增大，趋于无穷大时，趋近于。当时，电源电压的相位落后于电流，电路呈电容性，随的减小而减小，趋于0时，趋近于。随（即）的变化曲线如图8所示。 图9【实验内容】图9为连接仪器用具的电路板。用函数信号发生器正弦波输出作为实验信号源。连接测量仪器时，要将所有仪器的“接地线”（黑色的接线夹）接到接线柱“2”上，作为公共端。测量RC、RL幅频特性时，双针交流毫伏表左通道的两条输入导线分别接到“1”、“2”两个接线柱上，其读数作为监测信号源的输出电压，实验要求对于各个不同的测量频率信号源的输出电压U要始终保持不变。毫伏表右通道的两条导线分别接到电路板“5”、“2”两个接线柱上。测量

6、时，双刀双掷开关K拨向上方，毫伏表右通道测出电阻R两端的电压，拨向下方，测出电容（或电感）两端的电压（或）；做RC、RL、RLC相频特性实验时，示波器CH1通道接到“1”、“2”两个接线柱上，用于显示输入信号电压的波形，CH2通道接到“5”、“2”两个接线柱上，开关K固定拨向上方（为什么？），用于显示电阻上电压的波形。我们用双踪显示法测出一个周期的信号所对应的水平距离，两个信号之间的水平距离，利用公式计算出和之间的位相差（参阅示波器的使用实验中有关双踪示波器测位相差方法的内容，注意取正值或负值的判断方法）。实验前务必把图9接线原理、双刀开关K的作用原理分析清楚。1 观测RC串联电路的幅频特性按

7、上述说明，将函数信号发生器、双针交流毫伏表、电容箱、电阻箱分别接到电路板的相应位置上(将L两端短路，暂不接上示波器)，取R =500，C =0.1F。调节发生器使毫伏表左通道的读数U=6.0V (要始终保持不变)，调节发生器的输出频率f分别为100Hz、300Hz、600Hz、1kHz、3kHz、6kHz、10kHz，测出对应每个频率的、数值。画表列出测量数据，根据测量数据说明实验结论。2 观测RC相频特性按前面说明，将双踪示波器的CH1通道、CH2通道分别接到电路板所标明的相应位置上，开关K固定拨向上方。调节发生器的正弦波频率f分别为100Hz、300Hz、600Hz、1kHz、3kHz、6

8、kHz、10kHz，对应每个信号频率，调节示波器的有关旋钮，使屏幕上出现两个幅度大小适中的波形，用双踪显示测相位差的方法，测出一个周期信号的波长，两个信号间的水平距离，算出和之间的位相差。列出测量数据和所计算的值，作出相频特性曲线，并说明实验所得出的结论。3 观测RL串联电路的幅频特性和相频特性将电感箱、电阻箱分别接到电路板的相应位置上（将C两端短路），取R =500，L=33mH。依照上面内容1、2的测量方法，测出各频率对应的UR、ULr（即电感器的端电压）数值及和的位相差，作出曲线。选择频率为200Hz时的一组、数值计算出总电压（、UR、ULr三者不是代数和关系！），看看是否等于电源电压(

9、=5.0V)，若不相等，解释其原因。4 观测RLC串联电路的相频特性连接好电路，取R =500，C=0.1F，L=0.033H。将开关拨向上方，先用双踪示波器测出RLC串联电路的谐振频率(怎样测量？)，然后改变发生器的输出频率，从100Hz开始，每隔100Hz测量一次，直到1000Hz, 从1000Hz开始，每隔1000Hz测量一次，直到10000Hz为止，测出对应各个频率时电压与电流（即）的位相差 (电源电压根据需要可以改变，以配合示波器的电压灵敏度)。 列出测量数据和所计算的各个值，作出的相频特性曲线，并说明实验结果所得出的结论。同时将测出的谐振频率与理论计算值进行比较。【思考题】1 测量

10、RC、RL串联电路的幅频特性时为什么要保持信号发生器的输出电压有效值不变？测量相频特性时是否也要保持不变？2 能否用RC串联电路组成最简单的低通滤波器和高通滤波器？说明实验原理并画出实验电路图。3 根据RL串联电路幅频特性的测量数据，说明电感直流电阻RL对测量结果带来的影响。4 如何利用双踪示波器测量RLC串联电路的谐振频率f0？【仪器用具】TDS2012数字示波器、FG-506A型功率函数信号发生器、YB2173B数字交流毫伏表、电容、电感、电阻箱、接线板等。 【测量数据与数据处理】1.RC串联电路的幅频特性表1：RC串联电路中UR、UC的变化f(Hz)UR（v）UC（v）1000.195.

11、033000.495.016000.974.941k1.554.823k3.503.646k4.392.3310k4.721.512.RC相频特性表3：RC串联电路中L、L、的变化f(Hz)L（S）L（S）（）10010000-2200-79.2003003360-840.0-90.0006001680-400.0-85.7141k1000-200.0-72.0003k332.0-44.00-47.7116k168.0-12.00-25.71410k99.00-6.000-21.8183.RL串联电路的幅频特性和相频特性表5：RL串联电路中UR、UL的变化f(Hz)UR（v）UL（v）1004

12、.470.563004.400.796004.351.271k4.191.913k3.103.826k1.984.6710k1.284.91表7：RL串联电路中L、L、的变化f(Hz)L（S）L（S）（）10098000.0000.000300336060.006.429600168080.0017.1431k100060.0021.6003k336.044.0047.1436k166.032.0069.39810k98.0020.0073.4694.RLC串联电路的相频特性（1）测量的谐振频率为f0=2.765kHz（2）表9： RLC串联电路中L、L、的变化f(Hz)L（S）L（S）（）10010000-2600-93.6003003320-800.0-86.7476001640-360.0-79.0249001120-220.0-70.7141k1000-200.0-72.0002k500.0-48.0-34.5603k336.016.0017.1436k168.030.0064.2869k110.022.0072.00010k100.021.0075.600