RC和RL串联电路的稳态特性23.pdfVIP

RLC 串联电路的稳态特性 【目的要求】 1．观察研究 和 串联电路的相频特性和幅频特性； RC RL 2．学习使用示波器，掌握相位差的测量方法； 3．了解 电路的滤波原理及应用。 RC 【仪器用具】 示波器、信号发生器、电阻板、电容箱、电感箱等。 【实验原理】 在交流电路中，电容、电感元件的阻抗都与频率有关。把简谐交流电压加到电阻、电感 和电容的串联电路中，当电源信号频率改变时，容抗和感抗随之而变，引起电路中的电流、 各元件上的电压以及相位差也相应地变化，这称作电路的频率特性，也称作稳态特性。电流、 电压的幅值与频率的关系称为幅频特性；电流与电源之间以及各元件上的电压与电源电压之 间的相位差与频率的关系称为相频特性。 利用矢量图解法可以把简谐交流的峰值与矢量的大小相联系，相位或初相位与矢量的方 向相联系，它是计算交流电路的一种有效而直观的方法。但在一些复杂的交流中，往往很难 画出对应的矢量图。简谐量的复数法可以克服上述的缺点，而且可以得到相应于直流电路的 欧姆定律和交流基尔霍夫定律的复数形式。对于纯电阻、纯电容和纯电感在交流电路上的作 用可以用复阻抗 来表示，本实验就采用简谐量的复数法来分析 、 串联电路的幅频 Z RC RL 特性和相频特性。 一、 串联电路 RC 电路如图１(a)所示； 、 、 、 分别表示电源电压、回路电流、电阻电压及 U I U U R c 电容电压的有效值。由交流电路的欧姆定律有： U I (1) 2 1 2 R ( ) C UR I  R (2) I U (3) c C 1 式中： 称为容抗； 为正弦交流电的角频率。在正弦交流电路中，电容元件中的电流   C 比电压相位超前90°，如图１(b)相量图所示，因此其总电压： 2 2 总的阻 U  U U R C 2 1 2 抗：Z R ( ) ，电源电压与电流间相位差： C 1  arctan( ) (4) CR 从 (1)、(2)及(3) 式可知，当电源的频率增加时，电流 的幅值和 上的电压 均增加， I R U R 而电容 上的电压幅值则减小。式(4)表示 串联电路的相频特性，当频率很低时， 接 C RC  近于/ 2 ；当频率很高时， 接近于零，即电路和电压同相位，式中负号表示电流的相位  超前于电源电压。