RLC串联电路特性的研究实验报告

   电阻、电容及电感是电路中的基本元件，由RC、RL、RLC构成的串联电路具有不同的特性，包括暂态特性、稳态特性、谐振特性．它们在实际应用中都起着重要的作用。

一、实验目的

1.通过研究RLC串联电路的暂态过程，加深对电容充、放电规律，电感的电磁感应特性及振荡回路特点的认识。

2.掌握RLC串联电路的幅频特性和相频特性的测量方法。

3．观察RLC串联电路的暂态过程及其阻尼振荡规律。

二、实验仪器

FB318型RLC电路实验仪，双踪示波器

三、实验原理

1.RLC串联电路的稳态特性

如图1所示的是RLC串联电路，电路的总阻抗|Z|、电压U、U_R和i之间有如下关系：

  |Z|=，Φ=arctan[],i=

式中：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，详见图2

阻抗特性   幅频特性   相频特性

               图2 RLC串联电路的阻抗特性、幅频特性和相频特性

   由图可知，在频率f₀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f₀为RLC串联电路的谐振频率（ω₀为谐振角频率）；在f₁-f₀—f₂的频率范围内i值较大，我们称为通频带。

   下面我们推导出f₀(ω₀)和另一个重要的参数品质因数Q。

当时，从公式基本知识可知：

         |Z|=R,Φ=0,i_m=，ω=ω₀=，f=f₀=

   这时的电感上的电压：        U_L=i_m·|Z_L|=_·U

   电容上的电压：              U_C=i_m·|Z_C|=_·U

   U_C或U_L与U的比值称为品质因数Q。可以证明：

                Q====

                         △f=,Q=

2.RLC串联电路的暂态过程

   在电路中，先将K打向“1”，待稳定后再将K打向“2”，这称为RLC 串联电路的放电过程，这时的电路方程为：

                L·C+R·C+=0

   初始条件为t=0，=E，=0，这样方程解一般按R值的大小可分为三种情况：

    （1）R<2时为欠阻尼，U_C=·E··cos()。

         式中：=, ω=。

   （2）R>2时为过阻尼，U_C=·E··sin()。

         式中：=, ω=。

  （3）R=2时为临界阻尼，U_C=(1+)·E·

图3为这三种情况下的U_C变化曲线  如果当R《2，则曲线1的振幅衰减很慢，能量的损耗较小。能够在L与C之间不断交换，可近似为LC电路的自由振荡，这时ω≈=ω₀，ω₀是R=0时LC回路的固有频率。

  对于充电过程，与放电过程类似，只是初始条件和最后平衡位置不同。图3给出了充电时不同阻尼的U_C变化曲线图。

四、实验内容

FB318型RLC电路实验仪如图4所示，由自己连接来完成RLC各电路的连接，从而来进行相应电路的稳态和暂态特性的研究， 从而掌握一阶电路、二阶电路的正弦波和阶跃波的响应过程，并理解积分电路、微分电路和整流电路的工作原理。

 

                 图4       

 对RLC电路的稳态特性的观测采用正弦波。对RLC电路的暂态特性观测可采用直流和方波信号，用方波作为测试信号可用普通示波器才能得到较好的观测。

  RLC串联电路的稳态特性

   自选合适的L值、C值和R值，用示波器的两个通道测信号源电压U和电阻电压U_R、，必须注意两通道的公共线是相通的，接入电路中应该在同一点上，否则会造成短路。

（1）   幅频特性

   保持信号源电压U不变（可取U_p-p=5V），根据所选的L值、C值，估算谐振频率，以选择合适的正弦波频率范围。当U_R的电压为最大时的频率即为谐振频率，记录下不同频率是的U_R大小。

（2）   相频特性

   用示波的双通道观测U的相位差，U_R的相位与电路中电流的相位相同，观测在不同频率下的相位变化，记录下某一频率时的相位差值。

1.  RLC串联电路的暂态特性

（1）   先选择合适的L值、C值，根据选定参数，调节R值大小。观测三种阻尼振荡的波形。如果欠阻尼时振荡的周期数较少，则应重新调整L值、C值。

（2）   用示波测量欠阻尼时的振荡周期T和时间常数值反映了振荡幅度的衰减速度，从最大幅度衰减到0.368倍的最大幅度处的时间即为值。

（3）   根据测量结果作RLC串联电路幅频性和相频特性，并计算电路的Q值。

（4）   根据不同的R值画出RLC串联电路的暂态响应曲线，分析R的大小对充放电的影响。

五、注意事项

1.  仪器使用前应预热10~15min，并避免周围有强磁场源或磁性物质。

2.  仪器采用开放式设计，使用时要正确接线，不要短路功率信号源，以防损坏。使用完后应关闭电源。

3.  仪器的使用和存放应注意清洁干净，避免腐蚀和阳关暴晒。

六、数据和结果

 

第二篇：大连理工大学 大物实验报告 温度传感技术

这个实验操作步骤比较简单，实验过程中主要就是等待，不难。老师是武震林，人特别好。报告为什么扣分，我也不太清楚，可能是数据点没用X表示。需要注意的是伏安特性曲线要过原点，有些点要舍去。