RLC电路稳态与暂态特性研究实验报告

RLC 电电路路稳态稳态与与暂态暂态特性研究特性研究实验报实验报告告 励耘物理 刘伟年 201511940153 RLC 电电路路稳态稳态特性研究特性研究 实验实验内容内容 1 观察 RLC 电路的幅频与相频特性 2 学习用双踪示波器测量相位差的方法 实验实验原理原理 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 RLC 串联电路的相频特性 谐振频率 0 U 为极大值 1 2 电路为谐振态 相频特性 时 0 0 时 0 电感性 时 0 纯电阻 0 0 相相频频特性特性 在 RLC 串联电路的稳态中 由理论分析可得总电压与回路电流的相位差为 1 幅幅频频特性特性 回路电流及电阻 电容上电压分别为 2 1 2 当频率很低时 电压主要降在电容上 当频率很高时 电压主要降在电阻上 测测量并做出量并做出 RLC 串串联电联电路的相路的相频频曲曲线线 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 500Hz 3 0V 并用毫伏表进行电压校准 f 3 依次用电压表测出 R C 上的电压 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 2和图形在 x 轴上的投影 2 x0 x 4 仿照前两步 依次测出其余 f 值条件下的 和 值 电电路路图图如下如下 第一幅为幅频电路 第二幅为相频电路 实验实验数据数据 表格一表格一 电阻 R 电感 L H电容 C f 谐振频率 119 60 010 0000011567 54 表格二 幅表格二 幅频频特性 特性 频率 f Hz 20014 861 8950 127523553 30014 662 7950 190654843 40014 323 660 255586592 50013 984 520 323319027 60013 55 260 38962963 70013 025 960 457757296 80012 566 540 520700637 900127 020 585 100011 547 460 64644714 120010 88 140 753703704 1567 5410 348 460 818181818 200010 868 020 738489871 300012 46 560 529032258 400013 345 360 4017991 Hz 0 V 0 0 500013 884 460 321325648 700014 43 330 23125 1000014 662 440 166439291 表格三 相表格三 相频频特性 特性 频率 f Hz 2001 1650 233 3000 720 216 4000 520 208 5000 380 19 6000 290 174 7000 230 161 8000 1820 1456 9000 1460 1314 10000 1090 109 12000 06150 0738 1567 5400 2000 0 0295 0 059 3000 0 044 0 132 4000 0 0405 0 162 5000 0 0364 0 182 7000 0 0287 0 2009 10000 0 0215 0 215 数据分析数据分析 200220042006200820010200 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 RLC电路幅频特性 电压频率 Hz 电阻分压与总电压之比 ms 200220042006200820010200 0 3 0 2 0 1 0 0 1 0 2 0 3 RLC电路相频特性 频率f Hz RLC 电电路路暂态暂态特性研究特性研究 实验实验目的目的 1 熟悉数字示波器的使用方法 2 探究 RC 电路的暂态特性 并用相关图表直观表示 3 探究 RLC 电路的暂态特性 并熟悉 RLC 暂态电路的三种状态 实验实验原理原理 1 数字示波器可以观察由信号发生器产生的波形 2 在由电阻 R 及电容 C 组成的直流串联电路中 暂态过程即是电容器的充放电过程 充电 时 放电时 其中 为时间常数 且取对数做出相关图像拟合直 1 线可以求得 3 在由电阻 R 电容 C 及电感 L 组成的直流串联电路中 根据电阻 R 阻值的不同 暂态过程 有三种状态 即 欠阻尼 临界阻尼和过阻尼 实验实验内容内容 1 依照电路图连接电路 在数字示波器上观察由信号发生器产生的波形 2 连接 RC 电路 示波器触发方式选择 正常 观察 RC 电路的暂态图像 储存并作数据分 析 3 连接 RLC 电路 用 R 10 的定值电阻 观察 RC 电路的暂态图像 储存并作数据分析 用滑动变阻器 调节 R 阻值 观察 RLC 电路暂态的三种状态 电电路路图图如下如下 图一为 RLC 电路 图二为 RC 电路 数据数据处处理理 在欠阻尼状态下 2 4 4 4 2 1 时间常数 2 临界阻尼状态下 2 4 1 过阻尼状态下 4 2 4 2 1 1 1 4 2 根据理论公式 有以下图像拟合 RC 电电路的路的暂态拟暂态拟合合 0 0000500 000050 00010 000150 0002 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RC电路暂态拟合图像 0 1 F 430 Axis Title Axis Title 经过拟合得实际的时间常数 4 3321e 5 理论上 4 30e 5 实际值与理论值的百分误 差为 0 75 0 002 0 00100 0010 0020 0030 004 0 2 4 6 8 10 RC电路暂态拟合图像 1 F 1000 时间t s 电压U V 经过拟合得实际的时间常数 9 8619e 4 理论上 10e 4 实际值与理论值的百分误差 为 1 38 RLC 电电路的路的暂态拟暂态拟合合 临临界阻尼状界阻尼状态态下 下 1 0 1 F 10mH 632 经过 matlab 拟合得时间常数 3 257e 5 理论的 3 16e 5 实际值与理论值的百分误 差为 6 23 拟合图像的如表中所示 R2 2 1 F 10mH 221 3 经过拟合得时间常数 0 0008213 理论的 0 0008696 实际值与理论值的百分误差为 5 55 拟合图像的如表中所示 R2 欠阻尼状欠阻尼状态态如下 如下 1 0 1 F 10mH 130 1 经过 matlab 拟合得时间常数 0 0001505 理论的 0 00016488 实际值与理论值的百 分误差为 8 7 经过 matlab 拟合得圆频率 31000 理论的 31622 78 实际值与理论值的百分误差为 1 97 拟合图像的如表中所示 R2 2 1 F 10mH 30 1 经过 matlab 拟合得时间常数 0 0006279 理论的 0 0006645 实际值与理论值的百 分误差为 5 5 经过 matlab 拟