RLC串联电路的稳态特性.docx

实验报告 RLC串联电路的稳态特性物理科学与技术学院 吴雨桥 2013301020142 13级弘毅班 【实验目的】1.观察、分析RLC串联电路中的相频与幅频特性，理解和具体应用此特性。2.进一步学习用双踪示波器进行测量相位差。 【实验器材】正弦信号发生器、毫伏表、双踪示波器、自感器、电容器、交流电阻箱。 【实验原理】电流、电压的幅度与频率间的关系称为幅频特性；电流和电源电压间、各元件上的电压与电源电压间的相位差与电源的频率关系称为相频特性。电路的稳态就是该电路在接通正弦交流电源一段时间（一般为电路的时间常数的5至10倍）以后，电路中的电流i和元件上电压（UR,UC,UL）的波形已经发展到与电源电压的波形相同且幅值稳定的状态。1.RC串联电路的幅频特性和相频特性幅频特性：当 0时，UR 0，UC U; 增大时，UR增大，UC减小； 时，UR U，UC 0。相频特性： 低时用R/2 ； 高时R0；C=-/2-|;随增大从-/2增至0。等幅频率(截止频率): f ur=uc=1/2 RC, 是高通滤波器的下界频，低通滤波器的上界频。2.RL串联电路的幅频特性和相频特性幅频特性：当 0时，UL 0，UR U; 增大时，UL增大，UR减小； 时，UL U，UR 0。相频特性： 从0增大至时，R 从0减小趋于-/2，从0增大趋于/2，L从/2减至0。等幅频率(截止频率): f ur=uc=R/2 L。3.RLC串联电路的相频特性谐振频率： =0，UR=U为极大值，f0 = 1/2LC ,电路为谐振态。相频特性：0时，0时，0，电感性；=0时，=0，纯电阻。 【实验内容】1.测量并做出RC串联电路的幅频、相频曲线（1）接好电路，并将仪器调至安全待测状态，然后接通各仪器的电源进行预热。（2）调节信号源，使得f=500Hz ，U=3.0V ,并用毫伏表进行电压校准。（3）依次用电压表测出R、C上的电压UR、UC ，从示波器的李萨如图形上读出x 轴与图形相交的水平距离2x0 和图形在x 轴上的投影2X 。（4）仿照前两步，依次测出其余f值条件下的UR 、UC 和 值。2.测量并做出RL串联电路的幅频、相频曲线3.测量并做出RLC串联电路的相频曲线将电压表去掉，然后将串联LC代替原来的C即可。（1）用李萨如图形找出谐振频率。（2）测出f=350Hz ，600 Hz ，700 Hz ，780 Hz ，900 Hz ，1500 Hz条件下的值。 【实验数据】 RC幅频、相频曲线数据U=3.0V R=200 C=0.47 Ff/Hz50012001700200030005000UR/V0.811.682.112.292.652.95UC/V2.852.452.141.951.511.052x0/格6.313.615.516.819.220.92X/格22.722.422.422.322.422.4/（）73.952.646.241.13121.1 RL幅频、相频曲线数据U=3.0V R=1000 L=0.1Hf/Hz50012001700200030005000UR/V2.792.372.051.881.420.90UC/V0.891.782.202.362.922.952x0/格20.417.414.913.810.56.72X/格22.522.422.522.522.422.4/（）2539.748.552.562.272.6 RLC相频曲线数据U=3.0V R=1000 L=0.1H C=0.47 F f0=734.12Hz f0p=736.44Hzf/Hz35060070078090015002x0/格17.321.222.021.820.818.72X/格22.422.422.422.422.422.4/（）40.320.313.214.32334.2 【数据处理】RC幅频曲线 RC相频曲线 RL幅频曲线RL相频曲线RLC相频曲线测量谐振频率时，误差Ua=f0p f0 =2.32Hz相对误差=Uaf0*100%=0.316%Ub =0.01HzU= Ua2+Ub2 =2.32f 的实际值f = （734.122.32）Hz1.RC串联电路当 0时，UR 0，UC U; 增大时，UR增大，UC减小； 时，UR U，UC 0。 低时用R/2 ； 高时R0；C=-/2-|;随增大从-/2增至0。2.RL串联电路当 0时，UL 0，UR U; 增大时，UL增大，UR减小； 时，UL U，UR 0。 从0增大至时，R 从0减小趋于-/2，从0增大趋于/2，L从/2减至0。3.RLC串联电路0时，0时，0，电感性；=0时，=0，纯电阻。【误差分析】1. 系统误差（1） 仪器误差：信号发生器的频率输出与电压输出一直在振荡，无法按照理想取值精确读数。即使是信号发生器的输出频率与输出电压的平均值也与理论不相符，其实际输出与仪表上的显示读数有偏差。电容器与电感器实测电压、电容与读数有微量偏差，且其电阻等参数也和实验环境因素如温度有关。（2） 理论误差导线与连接点的电阻在理论推导中被忽略了。2. 随机误差电压表的读数有刻度的限制，在刻度之下的数位只能估读。信号发生器的示数一直在波动，读数时难免有误差。温度、湿度等随机因素对电阻的影响。【实验时注意的问题】1. 信号发生器给出的示数不准，调节电压值时应该连接电压表进行调节。2. 由于信号源的内部输出阻抗不能忽略，其输出端电压随负载阻抗变化而变化。因此，每选好一个频率f时，都必须调节信号端的电压调节旋钮“输出