实验十RLC电路的阻抗频率特性分析一实验目的1、掌握交流电路中电阻、电容和电感的阻抗与频率的关系2、加深理解三个元件的电压与电流相位关系3、观察RLC串联谐振现象，了解谐振电路特性，加深其理论知识的理解二实验原理1、R、L、C元件的阻抗频率特性正弦交流信号包含最大值、频率和初相位，在正弦稳态交流电路中，通过元件的电流有效值和加于该元件两端电压有效值之间的关系U=f⑴,称为元件的交流伏安特性，每个元件不仅讨论电压、电流有效值关系，还要观察两者相位之间的关系线性电阻欧姆定律的相量形式为：U=RI说明电阻两端电压的有效值与流过电流的有效值成正比，R大小与频率无关，相位差为0即同相位2,电容线性电容电压电流关系的相量形式为：U二-j丄I表明电容两端电压有®C效值与流过电流有效值关系为U二丄I，相位差为-90即电流超前电压90度wC(3,电感线性电感的电压电流关系的相量形式为：U二jwLI说明电感两端电压的有效值与流过电流的有效值关系为U=wLI，相位差为90即电压超前电流90度正弦稳态电路中，RLC元件的阻抗频率特性曲线如图10-1所示图10-1R、L、C元件的阻抗频率特性曲线2、RLC串联电路的阻抗频率特性RLC串联电路中，当正弦交流信号源的频率f改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流I也随频率f而变。
交流电压U（有效值）的角频率S为①，则电路的阻抗为Z二R+j©L--—）,阻抗的模:1R2+)2阻抗的幅角p=arctan，即该电路总电压与电流的相位差图27_1图10-2RLC串联电路图10-3（a）、（b）分别为RLC串联电路的阻抗、相位差随频率的变化曲线图10-3（a）Z—f曲线图10-3(b)p—f曲线①C由曲线图可以看出，存在一个特殊的频率f，特点为：0（1）当ff时，p>0，电流相位滞后于电压，整个电路呈电感性；0111（3）当①L—=0时，即w=或f=时，阻抗Z=R，此①C0VLC02^4lc时申=0，表明电路中电流I和电压U同相位，整个电路呈现纯电阻性3、RLC串联电路的阻抗频率特性回路中的电流I（有效值）为：1二产泸2+@L一疋）2I与频率f的变化曲线如图10-3（c）所示10-3(c)I-f曲线1TLC时，RLC串联电路呈现电阻性，此时电路阻抗的模|Z|=R为最小，电流I=U则达到极大值，这就是串联谐振现象随f偏离fo越远，阻抗越大，而电流越小只要调节f、L、C中的任意一个量，电路都能达到谐振谐振时，电路中的电流达到最大值，且与输入电压us同相位。
此时J=叮U=U=QU，式中Q=丄L，称为电路的品质因数电路的品质因数Q对LcsRC谐振曲线的形状起着决定作用，在L、C不变条件下，电阻R值越小，Q值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好三实验仪器和设备1、信号发生器2、示波器3、万用表4、电阻、电容、电感四实验内容和步骤1、R、C、L的阻抗频率特性测试测试电路如图10-4,r=100Q、R=300、C=0.1uF、L=58mH,信号发生器输出正弦信号，有效值Us=5V保持不变改变信号源的频率，利用万用表分别测量U、U、U、I、I、I,得出电阻、电容和电感的元件特性RCLRCL图10-4阻抗频率特性测试电路2、R、L、C电压与电流的相位关系利用示波器观察不同元件的电压和电流波形,比较三个元件的电压与电流的相位关系3、RLC串联电路的阻抗选择L=58mH、C=0.1yF、R=300Q,^=2.1KHz，保持Us=5V不变，改变频率，测量Ur的值，然后以f为横坐标，以UR为纵坐标，绘出光滑的曲线，即谐振曲线，在f=fo处（XL=Xc）,曲线尖峰所在的频率点称为谐振频率，此时电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小测量同时观察UR、乂的相位。
RS五讨论1、通过示波器怎样理解相位的关系？2、改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，如何判别电路是否发生谐振?3、本实验在谐振时，对应的UL与UC是否相等？如有差异，原因何在？。