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1、LC电路的稳态过程电容、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LC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。本实验将研究这些变化的特点。一、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、并联电路的相频特性和幅频特性3.观察和研究电路的串联谐振和并联谐振现象二、实验原理把简谐交流电压加在由电阻、电感、电容组成的电路上，电路中的电流和各元件两端的电压将随电源频率的变化而变化，
2、这称为电路的幅频特性；而且总电压和电流之间的相位差也随电源频率的变化而变化,这称为电路的相频特性.(一）串联电路的稳态特性1.串联电路的频率特性在图1所示电路中,电阻、电容的电压有以下关系式：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可见当增加时,和增加，而减小.当很小时很大时。低通滤波电路如图3所示,其中为输入电压，为输出电压,则有它是一个复数,其模为：设 ，则由上式可知： 时， ,时 ,时 可见 随的变化而变化，并且当时,变化较小，时,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.3高通滤波电
3、路：高通滤波电路的原理图见图4根据图4分析可知有： ， 同样令则：时, ，时, ，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。(二)串联电路的稳态特性:串联电路如图5所示可见电路中有以下关系:可见电路的幅频特性与电路相反,增加时，减小 则增大。它的相频特性见图6。由图6可知，很小时，很大时 。（三)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。串联电路在如图7所示电路中,电路的总阻抗|，电压和之间有以下关系:其中为角频率,
4、可见以上参数均与有关，它们与频率的关系称为频响特性,见图8。由图8可知，在频率处阻抗值最小，且整个电路呈纯电阻性，而电流达到最大值,我们称为串联电路的谐振频率(为谐振角频率).从图8还可知，在的频率范围内值较大,我们称为通频带.下面我们推导出和另一个重要的参数品质因数Q。当时,从上述公式可知这时的电感上的电压： 电容上的电压: 或与的比值称为品质因数。 可以证明： 2并联电路：在图9所示的电路中有：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给出了并联电路的阻抗、相位差和电压随频率的变化关系.和串联电路类似,品质因数 由以上分析可知串联、并联电
5、路对交流信号具有选频特性,在谐振频率点附近，有较大的信号输出,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。三、实验仪器FB8型电路实验仪、双踪示波器、数字存储示波器（选用)型RC电路实验仪：型电路实验仪采用开放式设计,由学生自己连线来完成、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。 仪器由功率信号发生器、频率计、电阻箱、电感箱、电容箱和整流滤波电路等组成。仪器主要技术参数:1供电:单相；2.工作温度范围 ，相对湿度;信号源:正弦波分三个波段；方波为，信号幅度均为可调，直流可调;4。频率
6、计工作范围：5位数显,分辨率；5十进式电阻箱：，精度 ；6.十进式电感箱：,精度 ；7十进式电容箱：，精度 ;仪器外形尺寸：;四、注意事项：仪器使用前应预热1015分钟，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。使用完毕后应关闭电源.3仪器的使用和存放应注意清洁干净避免腐蚀和阳光暴晒。五、实验内容对电路的稳态特性的观测采用正弦波。对电路的暂态特性观测可采用直流电源和方波信号,用方波作为测试信号可用普通示波器方便地进行观测;以直流信号作实验时，需要用数字存储式示波器才能得到较好的观测。一.串联电路的稳态特性：1串联电路的幅频特性：选择正
7、弦波信号，保持其输出幅度不变，分别用示波器测量不同频率时的 ,可取，也可根据实际情况自选，的参数。用双通道示波器观测时可用一个通道监测信号源电压，另一个通道分别测，但需注意两通道的接地点应位于线路的同一点，否则会引起部分电路短路。2串联电路的相频特性将信号源电压和分别接至示波器的两个通道,可取（也可自选)。从低到高调节信号源频率,观察示波器上两个波形的相位变化情况,先可用李萨如图形法观测，并记录不同频率时的相位差。二。串联电路的稳态特性：测量串联电路的幅频特性和相频特性与串连电路时方法类似，可选,也可自行确定。三。串联电路的稳态特性：自选合适的值、值和值，用示波器的两个通道测信号源电压和电阻电
8、压,必须注意两通道的公共线是相通的,接入电路中应在同一点上,否则会造成短路.1。幅频特性保持信号源电压不变（可取)，根据所选的值,估算谐振频率,以选择合适的正弦波频率范围.从低到高调节频率,当的电压为最大时的频率即为谐振频率，记录下不同频率时的大小。2。相频特性:用示波的双通道观测,的相位差，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。四并联电路的稳态特性：按图进行连线，注意此时为电感的内阻，随不同的电感取值而不同，它的值可在相应的电感值下用直流电阻表测量，选取。也可自行设计选定。注意的取值不能过小，否则会由于电路中的总电流变化大而影响的大小。1 并联
9、电路的幅频特性保持信号源的值幅度不变（可取），测量和的变化情况。注意示波器的公共端接线，不应造成电路短路.并联电路的相频特性:用示波器的两个通道，测和的相位变化情况。自行确定电路参数.六、数据处理1据测量结果作串联电路的幅频特性和相频特性图。2根据测量结果作串联电路的幅频特性和相频特性图.。分析低通滤波电路和高通滤波电路的频率特性。4据测量结果作串联电路、并联电路的幅频特性和相频特性。并计算电路的值。七、思考题1、理解什么是RLC电路的稳态特性；2、什么是R和RL串联电路的幅频特性和相频特性?、理解RLC谐振电路中Q值的物理意义;4、根据LC串联谐振的特点,在实验中如何判断电路达到了谐振?5、在串联电路中为何测量幅频特性？、测量相频特性时是否要保持电源输出电压不变？7、用电压表测量串联电路的值与R计算值比较是否有误差,原因是什么?8、在比较两正弦信号的相位差时，它们的零电势线是否要一致9、如何利用幅频特性曲线求RC串联电路的品质因数？10、在研究RC稳态过程时，试说明与的幅频特性随的变化为何正好相反？ /
