RLC电路的稳态特性.doc

实验34RLC电路的稳态特性

教学目标
•研究交流信号在RLC串联电路中的幅频特性和相频特性；
•巩固交流电路中矢量图解法和复数表示法。

重点与难点
•重点：测量RLC串联电路的幅频特性。
•难点：测量RLC串联电路的相频特性。

实验内容
•测量RLC串联电路的幅频特性；
•测量RLC串联电路的相频特性；
•根据上述测量内容绘制数据表；作I-f的关系曲线图和-f的关系曲线曲线图。

教学方法
•采用讨论式、提案式教学方法

教学过程设计
一．讨论
1．在交流电路中，RLC串联电路具有什么特性和作用？
在交流电路中，电阻值和频率无关，RLC串联电路的电流与电阻电压是同相位；电容具有“通高频、阻低频”的特性；电感具有“通低频，阻高频”的特性。
RLC串联电路具有特殊的幅频特性和相频特性，有选频和滤波作用。

2．交流电路中，如何表示电压和电流的大小和相位的变化？
图1LRC串联电路
交流电路的电压和电流有大小和相位的变化，通常用复数法及其矢量图解法来研究。
RLC串联电路如图1所示，交流电源电压为，则

RLC电路的复阻抗
图2RLC串联电压矢量图
回路电流，
电流大小。
矢量图解法如图2所示，总电压与电流之间的相位（或与电阻电压的相位）为，可见，RLC串联回路相位与电源频率f（）有关。

3．什么是RLC串联谐振？
RLC串联电路中，当信号的频率f为谐振频率，即感抗与容抗相等（）时，电路的阻抗有最小值（Z=R），电流有最大值（），电路为纯电阻，这种现象称为RLC串联谐振。

4．什么是RLC串联电路的幅频特性曲线？
RLC串联回路电流I与电源的频率f（=2f）有关，RLC串联电路的I―f的关系曲线称为RLC串联电路的幅频特图3RLC串联幅频曲线
性曲线，如图3所示。

5．什么是回路的品质因数?
谐振时，回路的感抗（或容抗）与回路的电阻之比称为回路的品质因数，以Q表示，
或

6．什么是RLC回路的通频带？如何比较RLC回路的滤波性能？
RLC串联幅频曲线如图3所示，将电流I=0.707I0的两点频率f1、f2的间距定义为RLC回路的通频带f0.7，

当RLC电路中L、C不变时，根据和，电阻R越大，则品质因数Q越小，通频带2f0.7越宽，滤波性能就越差（如图3所示）。

7．电路谐振时，电感、电容的电压与品质因数Q有什么关系？
谐振时，电感与电容的电压有最大值，是电源电压的Q倍，即
图4LRC串联相频曲线

谐振时，电容和电感两端的电压比信号源电压US大Q倍，有电压放大作用，要注意元件的耐压。

8．RLC串联电路的相频特性是什么？
RLC串联电路的-f的关系曲线称为RLC串联电路的相频特性曲线，如图4所示。

9．RLC串联电路的相频特性有哪几种情况？
RLC串联电路的相频特性曲线，如图5所示，分三种情况讨论：
（1）当f=f0时，=0，谐振时，电源电压US与电流IS同相位。
（2）当ff0时，>0，电路呈电感性，表示电源电压US的相位超前于电流I的相位，随f增大趋于/2。
（3）当ff0时，<0，电路呈电容性，表示电源电压US的相位落后于电流的I相位，随f减小趋于－/2。
图5RLC串联电路实验板

10．如何计算RLC串联电路的谐振频率f0和回路品质因数Q的理论值？
实验板电路如图5所示，W是外接电阻箱可调电阻，US为正弦信号源（内阻为RS），C=0.01μF，L=10mH（电阻为RL），谐振频率的理论值为。
固定电阻R1=10，回路总电阻R=R1+W+RS+RL，则回路品质因数的理论值修正为。

11．幅频特性的测试方法
幅频特性的测试就是研究回路电流I与电源频率f的关系。
由于UR1=IR1，故可以用UR1―f的关系曲线代替I―f的关系曲线。用交流电压表测出各种f的UR1值，取f为横坐标，UR1为纵坐标，则绘出RLC电路的幅频特性曲线。
注意：取不同的f值，US要保持不变。
操作方法：每次改变频率f时，要调节信号发生器的“输出信号幅度”旋钮，使输出电压US保持不变。

12．相频特性的测量方法
相频特性的测量就是研究电源电压US对回路电流I的相位与电源频率f的关系。
输出不同频率的正弦波，（UR=IR，UR和I同相，）用UR代替I去和US比较相位，得到对应的相位差；以f为横坐标，以为纵坐标，画出RLC电路相频曲线。
用双踪示波器相位比较法的测量操作方法：UR与示波器的CH1相连，US与示波器的CH2相连。“触发源”旋钮选“垂直触发（VERT）”位置，调节“触发电平（TRIGLEVEL）”，使波形稳定。
测量US周期T和US与UR之间水平相差距离t，相位差为，式中的单位为度。

．如何判断值的