文档介绍：R L C 电路的特性研究 DH4503 型 RLC 电路实验仪实验讲义... ... RLC 电路特性的研究电容、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] 1 、观测 RC 和 RL 串联电路的幅频特性和相频特性 2 、了解 RLC 串联、并联电路的相频特性和幅频特性 3 、观察和研究 RLC 电路的串联谐振和并联谐振现象 4 、观察 RC 和 RL 电路的暂态过程,理解时间常数τ的意义 5 、观察 RLC 串联电路的暂态过程及其阻尼振荡规律 6 、了解和熟悉半波整流和桥式整流电路以及 RC 低通滤波电路的特性[ 实验仪器] 1、 DH4503 型 RLC 电路实验仪 2 、双踪示波器 3 、数字存储示波器(选用) [ 实验原理] 一、 RC 串联电路的稳态特性 1、 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1 RC 串联电路图2 RC 串联电路的相频特性可见当ω增加时, I和U R 增加,而 U C 减小。当ω很小时φ→-2 ?,ω很大时φ→ 0。 2、 RC 低通滤波电路如图 3 所示,其中 U i 为输入电压, Uo 为输出电压,则有它是一个复数,其模为: 设ω 0=, 则由上式可知: ω=0 时, ω=ω 0时ω→∞时可见 i ou u 随ω的变化而变化,并且当ω<ω 0 时, i ou u 变化较小, ω>ω 0 时, i ou u 明显下降。这就是低通滤波器的工作原理, 它使较低频率的信号容易通过, 而阻止较高频率的信号通过。图3 RC 低通滤波器图4 RC 高通滤波器 3、 RC 高通滤波电路 RC 高通滤波电路的原理图见图 4 根据图 4 分析可知有: 同样令ω 0= RC 1 ,则: ω=0 时, ω=ω 0时ω→∞时可见该电路的特性与低通滤波电路相反, 它对低频信号的衰减较大, 而高频信号容易通过,衰减很小,通常称作高通滤波电路。 RC 1 ... ... 二、 RL 串联电路的稳态特性 RL 串联电路如图 5 所示图5 RL 串联电路图6 RL 串联电路的相频特性可见电路中 I、U、U R、U L 有以下关系: 可见 RL 电路的幅频特性与 RC 电路相反, 增加时,I、U R 减小 U L 则增大。它的相频特性见图 6。由图 6 可知, ω很小时φ→ 0,ω很大时φ→。三、 RLC 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生某种特殊状态,能量会在电容和电感元件中产生交换,我们称之为谐振现象。 1、 RLC 串联电路在如图 7 所示电路中,电路的总阻抗|Z| ,电压 U、U R 、和 i 之间有以下关系: 其中ω为角频率, 可见以上参数均与ω有关, 它们与频率的关系称为频响特性, 见图 8。图7 RLC 串联电路图8(a) RLC 串联电路的阻抗特性 2 ?... ... 图8(b) RLC 串联电路的幅频特性图8(c) RLC 串联电路的相频特性由图 8 可知,在频率 f 0 处阻抗 z 值最小,且整个电路呈纯电阻性,而电流 i 达到最大值, 我们称 f 0为 RLC 串联电路的谐振频率(ω 0 为谐振角频率)。从图 8 还可知,在f 1~f 0~ f 2 的频率范围内 i 值较大, 我们称为通频带。下面我们推导出 f 0(ω 0) 和另一个重要的参数品质因数 Q。当C 1L???时,从公式( 11)、( 12 )及( 13 )可知这时的电感上的电压电容上的电压 U C或U L与U 的比值称为品质因数 Q。可以证明 2、 RLC 并联电路在图 9 所示的电路中有... ... 图9 RLC 并联电路可以求得并联谐振角频率可见并联谐振频率与串联谐振频率不相等(当Q 值很大时才近似相等)。图 10 给出了 RLC 并联电路的阻抗、相位差和电压随频率的变化关系。图 10 RLC 并联电路的阻抗特性、幅频特性、相频特性和 RLC 串联电路类似,品质因数。由以上分析可知 RLC 串联、并联电路对交流信号具有选频特性, 在谐振频率点附近, 有较大的信号输号, 其它频率的信号被衰减。这在通信领域, 高频电路中得到了非常广泛的应用。四、 RC 串联电路的暂态特性电压值从一个值跳变到另一个值称为阶跃电压图 11 RC 串联电路