《实验二十 电路特性的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验二十 电路特性的研究（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验二十 电路特性的研究 元件的不同组合，可以构成等电路，这些不同的电路对阶跃电压的响应各不相同。随着电源频率的改变，各元件上的电压以及各元件上电压与电源电压的相位差也随之改变，电压与频率的函数关系称幅频特性，各元件电压相位与频率的函数关系称相频特性。实验目的 1、观测和串联电路的幅频特性和相频特性2、了解串联电路的幅频特性3、了解 电路的串联谐振现象及回路值的物理意义4、观察电路的暂态过程实验仪器低频信号发生器XFD-7A；标准电阻；标准电容箱；标准电感箱；晶体管毫伏表DA-16；示波器。实验原理1、串联电路的稳态特性 在图1所示电路中，电阻、电容的电压有以下关系式： 图1 RC串联电路 图
2、2 RC串联电路的相频特性其中为交流电源的角频率，为交流电源的电压有效值，为电流和电源电压的相位差，它与角频率的关系见图2可见当增加时，I和增加，而减小。当很小时-/2，很大时0。2、串联电路稳态特性 图3 串联电路 图4 串联电路的相频特性串联电路如图3所示，电路中、 、有以下关系： ,可见电路的幅频特性与电路相反，增加时，、减小而增大。它的相频特性见图4，由图4可知，很小时0，很大时/23、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，电路如图5所示。如图5所示电路，则阻抗，电压、和和电流之间
3、有以下关系：其中为角频率，上述各物理量与频率的关系称为频响特性。 图5 串联电路 图6 串联电路幅频特性 图7 串联电路的相频特性图6为串联电路幅频特性，由图6可知，在频率处阻抗值最小，且此时整个电路呈纯电阻性，电流达到最大值，我们称为串联电路的谐振频率(0为谐振角频率)，在的频率范围内值较大，我们称为通频带；串联电路的相频特性如图7所示。当时，由上述三式可知：,，此时电路呈纯电阻性，而在电感和电容上的电压相等，相位相反，且为电源电压的倍。称为电路的品质因素，简称值。定义：或与的比值为品质因数，可以证明, *4、串联电路的暂态过程在图8示的电路中，先将打向“1”，待稳定后再将打向“2”，这称为
4、串联电路的放电过程，其电路方程为初始条件为，=,，这样方程的解一般按值的大小可分为三种情况:（1）、,为欠阻尼 图 8其中,（2）、时，过阻尼其中,（3）、时，临界阻尼，。图9这三种情况下的变化曲线，其中1为欠阻尼，2为过阻尼，3为临界阻尼。 图9 放电时的UC曲线示意图 图10 充电时的UC曲线示意图如果当时，则曲线1的振幅衰减很慢，能量的损耗较小。能够在与之间不断交换，可近似为电路的自由振荡，这时，为时回路的固有频率。对于充电过程，与放电过程相类似，只是初始条件和最后平衡的位置不同。图10给出了充电时不同阻尼的变化曲线图。 5、自行设计电路观察RL及RC串联电路的暂态过程 实验内容1：串联
5、电路的幅频特性：按图1连接电路，交流电源是低频信号发生器的输出端，输出电压始终保持在1V，R为十进电阻箱，取，取（可自行选择不同容量的电容），首先将低频信号发生器频率调到，用晶体管毫伏表测量不同频率下电容、电阻两端的输出电压，取一定间隔频率，一直测到（此过程中始终保持低频信号发生器输出电压为1V），表格自行设计。2：串联电路的幅频特性：按图3接电路，交流电源是低频信号发生器的输出端，输出电压始终保持在1V，自行选择合理的电阻与电感值，同样取一定间隔频率，一直测到（此过程中始终保持低频信号发生器输出电压为1V），用晶体管毫伏表测量不同频率下电感、电阻两端的输出电压，表格自行设计。3：按图5连接电
6、路，自行选择，信号发生器输出电压保持在1V，用晶体管毫伏表测量R两端的电压（用于计算回路电流），计算所选实验参数下的谐振频率，信号发生器频率以每次间隔（在谐振频率附近可增加测量点），在谐振频率附近测量电路的幅频特性(自行设计选择合理的频率范围)。表格自行设计。4：改变电阻R值，分别取和再各测量一次。表格自行设计。5：先选择合适的、值，根据选定参数，调节值大小。观察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、值。6：用示波器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。7：自行设计电路，取合适的R、L及C值，用示波器观察RL及RC串联电路的暂态过程。带的为选做实验内容思考题1、 为什么串联谐振称为电压谐振而并联谐振称为电流谐振？2、 在RLC电路中，若方波发生器的频率很高或很低，能观察到阻尼振荡的波形吗？如何由阻尼振荡的波形来测量RLC电路的振荡周期T？振荡周期T与角频率w的关系会因方波频率的变化而发生变化吗？6
