文档介绍：实验 RLC电路特性研究
电容、电感元件在交流电路中的阻抗是随着电源频率的改变而变化的。将正弦交流电压加到电阻、电容和电感组成的电路中时,各元件上的电压及相位会随着变化,这称作电路的稳态特性;将一个阶跃电压加到RLC元件组成的电路中时,电路的状态会由一个平衡态转变到另一个平衡态,各元件上的电压会出现有规律的变化,这称为电路的暂态特性。
实验目的
观测RC串联电路的幅频特性和相频特性;
观测RLC串联电路的相频特性和幅频特性;
观察和研究RLC电路的串联谐振现象;
熟悉RLC实验仪以及双踪示波器的使用。
实验仪器
DH4505型交流电路综合实验仪、双踪示波器
仪器介绍
DH4505型交流电路综合实验仪中包含了交流电路实验所需的所有部件,包括:三个独立的电阻桥臂(Ra电阻箱、Rb电阻箱、Rn电阻箱)、、标准电感Ln、被测电容Cx、被测电感Lx及信号源和交流指零仪。
双踪示波器:双踪示波器示波管由电子枪,Y偏转板,X偏转板,荧光屏组成。利用电子开关将两个待测的电压信号YCH1和YCH2周期性的轮流作用在Y偏转板上。由于视觉滞留效应,能在荧光屏上看到两个波形。
实验原理
任何一个正弦交流量都可以用三个参数,即振幅、周期、相位来描述。例如:
交流电动势:
交流电压:
交流电流:
对于电阻元件,电阻上的电压与电流同位相,其阻抗值(Z=R)就等于电阻值。
对于电容元件,容抗(Z=1/wC)与频率和电容容量成反比,频率越高、电容的容量越大,那么容抗越小。在电容上,电压相位落后电流相位90о,即如果电容上的交流电压为:,那么其上的交流电流则为:。在RC串联电路中,电阻R阻值和输入信号电压的幅值如果不变,当频率f越高、电容C的容量越大,那么容抗越小,电容上交流电压的幅值就越小。电容具有“隔直通交”(直流相当于断路,交流频率越高阻抗越小)的特性。
对于电感元件,感抗(Z=wL)与频率和电感感量成正比,频率越高、电感的感量越大,那么感抗越大。在电感上,电压相位超前电流相位90о,即如果电感上的交流电流为:,那么交流电压则为:。在RL串联电路中,电阻R阻值和输入信号电压的幅值如果不变,当频率f越小、电感L的感量越小,那么感抗越小,电感上交流电压的幅值就越小。电感具有“隔交通直”(直流相当于短路,交流频率越高阻抗越大)的特性。
正是由于电感和电容对交流信号的响应延迟,以及对频率响应所产生的阻抗的变化,才产生了相应的相频和幅频特性。
当把正弦交流电压uI输入到RC(或RL、RLC)串联电路中时,电容或电阻两端的输出电压uO的幅度及相位将随输入电压uI的频率而变化。这种回路中的电流和电压与输入信号频率间的关系,称为幅频特性;回路电流和各元件上的电压与输入信号间的相位差与频率的关系,称为相频特性。
RC串联电路的稳态特性——RC串联电路的频率特性
在图1所示电路中,电阻R、电容C的电压有以下关系式:
, , ,
其中ω为交流电源的角频率,U为交流电源的电压有效值,φ为电流和电源电压的相位差,它与角频率ω的关系见图2。
图2 RC串联电路的相频特性
图1 RC串联电路
可见当ω增加时,I和UR增加,而UC减小。当ω很小时,,ω很大时,。
RLC串联电路的稳态特性
在电路中如果同时存在电感和电容元件,那么在一定条件下会产