《RLC电路的稳态特性研究》实验内容(最新版)
rlc串联电路的稳态特性实验报告
rlc串联电路的稳态特性实验报告实验目的：本实验旨在通过实验研究RLC串联电路的稳态特性，探究电感、电阻和电容对电路稳态响应的影响，并验证理论计算结果。
实验原理：RLC串联电路是由电感、电阻和电容依次串联而成。
在交流电源的作用下，电感、电阻和电容分别产生不同的响应，从而影响电路的稳态特性。
实验步骤：1. 将电感、电阻和电容依次串联，组成RLC串联电路。
2. 将交流电源接入电路，调节电源频率为一定值。
3. 使用示波器测量电路中电压和电流的波形。
4. 记录示波器上观察到的电压和电流的振幅、相位差等数据。
5. 改变电源频率，重复步骤3和4，记录不同频率下的数据。
实验结果与分析：通过实验测量得到的电压和电流波形数据，可以得出以下结论：1. 当电源频率接近电感的共振频率时，电感对电路的阻抗最小，电流振幅最大。
这是因为在共振频率下，电感和电容的阻抗相互抵消，电路中的电流得到最大增强。
2. 当电源频率远离电感的共振频率时，电感对电路的阻抗逐渐增加，电流振幅逐渐减小。
这是因为电感对高频信号的阻抗较大，导致电路中的电流减弱。
3. 电容对电路的阻抗与频率成反比关系。
当电源频率较低时，电容对电路的阻抗较大，电流振幅较小。
随着频率的增加，电容的阻抗逐渐减小，电流振幅逐渐增大。
4. 电阻对电路的阻抗不随频率变化。
电阻对电路的阻抗始终保持不变，不影响电流的振幅和相位。
通过实验结果的分析，可以得出以下结论：1. 在RLC串联电路中，电感、电阻和电容对电路的稳态响应有着不同的影响。
2. 电感在共振频率附近对电路的阻抗最小，电流振幅最大。
3. 电容的阻抗与频率成反比关系，频率越高，电容的阻抗越小。
4. 电阻对电路的阻抗不随频率变化，对电流的振幅和相位没有影响。
实验结论：通过对RLC串联电路的稳态特性实验的研究，我们验证了电感、电阻和电容对电路稳态响应的影响。
实验结果表明，电感在共振频率附近对电路的阻抗最小，电流振幅最大；电容的阻抗与频率成反比关系；电阻对电路的阻抗不随频率变化。
大学物理实验-RLC 电路的稳态特性研究
RLC 电路的稳态特性研究【实验目的】1、了解RLC 串联电路的相频特性和幅频特性；2、观察和研究RLC 电路的串联谐振现象；3、进一步巩固示波器的使用；4、掌握两种示波器测量相位的方法。
【实验仪器】SS-7802A示波器，TFG1005型函数信号发生器，电路元件等。
【实验原理】一、电路基本知识回顾二、RLC 串联电路的相频特性和幅频特性RLC 串联电路如图1 所示，通过正弦稳态交流电流，运用复数运算法，其电路方程可写成：其中， f = f2-f1 .三、两种用示波器测量相位的方法示波器可以用来测量电压，周期，还可以测量相位差，有两种方法可以测量相位差：1．双踪法比较法双踪法是用双踪示波器在荧光屏上直接比较两个被测电压的波形来测量其相位关系。
测量时，由通道1 和2 分别输入两个频率相同而相位不同的正弦电压信号，波形显示如图3（a）所示。
相应的相位为：2．李萨如图形法测相位将示波器设为X-Y 工作方式，由CH1 和CH2 输入的正弦电压信号分别加在X 和Y 方向。
电子束光点同时在X 和Y 方向上做简谐振动，荧光屏上显示的图形为电子束光点的运动轨迹，该图称为李萨如图，原理如图3（b）所示。
【实验内容和要求】电路参数: L=10mH, C=0.1μF, R=51Ω，R L用万用表测量。
信号源输出电压满足：Upp<4V，按图4 连线，注意共地点。
图4 RLC 电路串连电路1．根据所选L和C 的数值，计算相应的谐振频率f0，并通过实验进行测量，计算相对误差。
2．观察谐振前后电流信号强度的变化，并记录现象。
3．利用比较法或李萨如图方法测量相频特性曲线:频率扫描范围：1500-15000Hz。
测量不少于25个点，在谐振频率附近应该多取几个点。
注意频率偏离谐振频率时相位的符号（大于－正号，小于－负号）；绘图时频率取对数坐标，对数轴取为f/ f0，并与理论曲线比较，分析误差产生的原因。
4．测量幅频特性:保持信号源电压U 不变（即CH1电压波的幅值不变，可取U PP=3V）, 频率扫描范围：200-5500Hz。
RLC串联电路的稳态特性
RLC 串联电路的稳态特性一、实验目的1、RLC 串联电路的幅频特性和相频特性；2、掌握用示波器测量相位差的方法；3、进一步学习使用示波器。
二、实验仪器交流电桥实验箱、示波器三、实验原理一、RC 串联电路的幅频和相频特性如图a 所示，RC 串联的复阻抗 j RC e C R c j R Z ωωω122)1(1-+=-= 则阻抗幅值 22)1(CR Z ω+= 电压求解法如图b 所示则2222)1(CR I U U C R ω+=+=U U 落后于I 的相位为：⎪⎭⎫ ⎝⎛-=RC arctg ωϕ1 ()2221)1(cos RC C UR C R URU U R ωωωϕ+=+==R U RU c C(图a)二、RL 串联电路的幅频和相频特性 R L j e L R L j R Z ωωω22)(+=+=22)(L R Z ω+= R Larctg ωϕ=22)(cos L R URU U R ωϕ+==22)(sin L R LU U U L ωωϕ+==三、LRC 串联电路的幅频特性和相频特性1、幅频特性ϕωωj e C L R Z 22)1(-+= 当01=-CL ωω时φ=0电流达到最大值 则谐振角频率 LC 10=ω 谐振频率 LC f π210= 当0f f <时呈电容性，电流max I I <当0f f >时呈电感性,电流max I I <当0f f =时呈电阻性,电流max I I =2、品质因数 Q为描述i -ω谐振曲线的尖锐程度，通常规定I 由最大值I max 下降到2max I时对应的频率ω1、ω2之差称为“通频带宽度”则 120120f f f Q -=-=ωωω Q 值越大，12f f -越小，宽带越窄，反映谐振曲线的尖锐程度。
3、相频特性ϕωωωωj e C L R C L j R Z )1()1(2-+=-+= R C L arctg ωωϕ1-= １.当01=-CL ωω时φ=0总电压与电流同相位，阻抗最小，呈电阻性，谐振。
rlc电路的稳态特性实验报告
rlc电路的稳态特性实验报告实验目的：本实验旨在研究和分析RLC电路的稳态特性，通过实验测量和数据分析，探究电路中电感、电阻和电容对电流和电压的影响，进一步加深对RLC电路的理解。
实验原理：RLC电路是由电阻（R）、电感（L）和电容（C）组成的串联或并联电路。
在稳态条件下，电路中的电流和电压将保持稳定，不随时间变化。
通过测量电路中的电流和电压，可以得到电路的稳态特性。
实验步骤：1. 准备工作：将实验所需的电感、电阻和电容连接好，确保电路连接正确无误。
2. 测量电流：通过连接电流表，测量电路中的电流值。
记录测量结果。
3. 测量电压：通过连接电压表，测量电路中的电压值。
记录测量结果。
4. 改变电感值：调节电感器的数值，改变电感值，重复步骤2和步骤3，记录测量结果。
5. 改变电阻值：调节电阻器的数值，改变电阻值，重复步骤2和步骤3，记录测量结果。
6. 改变电容值：调节电容器的数值，改变电容值，重复步骤2和步骤3，记录测量结果。
实验结果与数据分析：通过实验测量得到的电流和电压数据，可以绘制电流-时间曲线和电压-时间曲线，进一步分析电路的稳态特性。
1. 电感对电路的影响：改变电感值时，观察到电流和电压的变化。
当电感值增大时，电路中的电流和电压呈现出振荡的特性，振荡频率随电感值的增大而减小。
2. 电阻对电路的影响：改变电阻值时，观察到电流和电压的变化。
增大电阻值会导致电路中的电流和电压下降，减小电阻值则会使电路中的电流和电压增大。
3. 电容对电路的影响：改变电容值时，观察到电流和电压的变化。
增大电容值会使电路中的电流和电压下降，减小电容值则会使电路中的电流和电压增大。
通过以上实验结果和数据分析，可以得出以下结论：1. RLC电路的稳态特性取决于电感、电阻和电容的数值。
不同数值的电感、电阻和电容会导致电路中的电流和电压呈现不同的变化规律。
2. 在RLC电路中，电感和电容是能量储存元件，电阻则是能量消耗元件。
电感和电容会使电路中的电流和电压发生振荡，而电阻则会使电流和电压减小。
RLC电路的稳态特性
f0
0 2
2
1 LC
USP=1V，R1= 10Ω，W=10Ω，L=10mH，C=0.1μF
f （kHz）
UR1p（mV）
I= UR1P /R1 （mA）
(B)R1=10，W= 40，数据表自拟。 （4）在同一坐标系中画出R1+W= 20和50时
的I—f曲线，进行比较。
注意：① 测量必须监测USP保持不变；②必须 测出UR最大值时对应的谐振频率f0。
RLC电路的稳态特性
RLC电路的稳态特性
13 实验背景 23 实验目的 3 实验演示 34 实验原理与方法 35 实验内容 63 思考题
实验背景
RLC电路由电阻（R）、电感（L）、电容（C）等组
成，一般分为串联型和并联型。 RLC电路广泛应用于无线电工程和电子测量技术中，
例如收音机就是采用RLC谐振电路来进行选台。
US Z
谐振频率f0为：
f0
0 2
2
1 LC
US R2 (L 1 )2
C
当f=f0时，I变为最大值：
I0
US R
I-f的关系曲线称为幅频曲线。
品质因数Q : Q 0L R
R越大，Q越小，幅频曲线越宽，峰值I0越小。 RLC串联幅频曲线
实验内容
1.幅频特性测量
双通道示波器
正弦信号US输出端
a R1
实验目的
•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。
实验演示（引出问题，BPL教学）
实验原理
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。
R。LC电路：有选频和滤波作用
RLC电路的稳态过程研究
RLC电路的稳态过程研究一、实验目的（1）研究交流信号在RC、RL和RLC串联电路中的相频和幅频特性（2）学习使用双踪示波器测量相位差（3）复习巩固交流电路中的矢量图解法和复数表示法二、实验原理任何一个正弦交流量都可以用三个参数，即振幅、周期、相位来描述。
例如：交流电动势：E（t）=E cos（ωt+ϕ）交流电压：U（t）=U cos（ωt+ϕ）交流电流：I（t）=I cos（ωt+ϕ）对于电阻元件，电阻上的电压与电流同位相，其阻抗值（Z=R）就等于电阻值。
对于电容元件，容抗（Z=1/ωC）与频率和电容容量成反比，频率越高、电容的容量越大，那么容抗越小。
在电容上，电压相位落后电流相位90о，即如果电容上的交流电压为：U（t）=U cos（ωt+ϕ），那么其上的交流电流则为：I（t）=I cos（ωt+ϕ+90о）。
在RC串联电路中，电阻R阻值和输入信号电压的幅值如果不变，当频率f越高、电容C的容量越大，那么容抗越小，电容上交流电压的幅值就越小。
电容具有“隔直通交”（直流相当于断路，交流频率越高阻抗越小）的特性。
对于电感元件，感抗（Z=ωL）与频率和电感感量成正比，频率越高、电感的感量越大，那么感抗越大。
在电感上，电压相位超前电流相位90о，即如果电感上的交流电流为：I（t）= I cos（ωt+ϕ），那么交流电压则为：U（t）= U cos（ωt+ϕ+90о）。
在RL串联电路中，电阻R阻值和输入信号电压的幅值如果不变，当频率f越小、电感L的感量越小，那么感抗越小，电感上交流电压的幅值就越小。
电感具有“隔交通直”（直流相当于短路，交流频率越高阻抗越大）的特性。
正是由于电感和电容对交流信号的响应延迟，以及对频率响应所产生的阻抗的变化，才产生了相应的相频和幅频特性。
当把正弦交流电压u I输入到RC（或RL、RLC）串联电路中时，电容或电阻两端的输出电压u O的幅度及相位将随输入电压u I的频率而变化。
RLC电路的稳态特性
附近要多测几个实验点， （2）在谐振频率f0附近要多测几个实验点，每侧至少要测 值尽量达到便于作图； 个点， 5个点，得ϕ值尽量达到-500～+500，便于作图；
UR 波形在 S 波形右边 ， 则 US 超前 波形在U 波形右边， 取正值， 电路呈电感性 于 UR ， ϕ 取正值 ， 电路呈 电感性 。
（3）示波器两输入通道CH1、CH2的接地点要接图5-34-6中 示波器两输入通道CH1 CH2 的接地点要接图5 34CH 的左端a R1的左端a点。
五、思 考 题
预习思考题:教材1 预习思考题:教材1，2题 课后思考题:教材1 课后思考题:教材1，2，3题
双通道示波器
a
US
R1
W
红 夹
黑夹 L C 测UR1
S
ϕ = arctg
ω串联电压矢量图
•ϕ - f的关系曲线称为相频特性曲线 的关系曲线称为相频特性 的关系曲线称为相频特性曲线 0，电路呈电阻性； 呈电阻性 （1）当f = f0 时，ϕ = 0，电路呈电阻性； 电路呈电感性； （2）当f > f0 时，ϕ > 0 ，电路呈电感性； 0，电路呈电容性。 （3）当f < f0 时，ϕ < 0，电路呈电容性。
LRC串联相频曲线
三、实验内容
实验条件： =0.010 =10mH， 15.8KHz， 实验条件：C=0.010µF，L=10mH，谐振频率f0约15.8KHz， =10mH =1.00V（保持恒定，用交流毫伏表监测） R=10Ω。电源US=1.00V（保持恒定，用交流毫伏表监测） 10Ω
三、实验内容
ω0 1 f0 = = •谐振频率 0为： 谐振频率f 谐振频率 2π 2π LC
• 图1 RLC串联电路 串联电路
RLC串联电路稳态特性
L U C R
总阻抗：Z R 2 ( L U 电流：I Z U
1 2 ) C 1 2 ) C
2 f
R 2 ( L
电路总电压和总电流相位相同时，称电路发生谐振。 ● 谐振条件： L 1 C ● 谐振特性： 1 1 O , fO （1）谐振频率 LC 2 LC （2）电路阻抗最小，电流最大 Z R , I O U S U S
L
与UR之间的相位即可。
实验原理
3.品质因数：谐振时UL或UC与U的比值
Q
L
1 C
U L U C 0 L 1 U U R R 0 C
R越大，Q越小，幅频曲
线越宽，峰值I0越小。
实验仪器
DS1052E型示波器
结合仪器详细演示示波器用法
实验仪器
DG1022U型函数信号发生器
实验仪器
DH4502型RLC实验箱
实验内容 实验内容
测量相频特性电路图:
注意共地！！
电路参数:
L 10mH , C 0.01 F , R 400 信号源输出U pp 1V
[实验内容]
1、根据给出的L、C数值，计算
f0 = ， I0 = 。 fO
1 2 LC
2、 幅频特性测定t Βιβλιοθήκη 360 0 T 3、相频特性测定
是 U 与I相位，由于UR=IR，与I相位相同，
U UR US
O t
Δt Δx
T X
因而只要测量U与UR之间的相位即可。
USPP=1.00V，R=400Ω，L=10mH，C=0.01μF f /KHz f1 f0 fn
US 波形在波形 UR 右边，则 US 落 后于UR， 取负值。
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《RLC 电路的稳态特性研究》实验内容
1、根据给出的U SPP =1.00V 、R=10Ω或51Ω、L=10mH 、C=0.01μF 数值，计算
f 0 = ，U RPP0= ，I PP0= ， U C0= ， Q= ， (实验前预习做好)； 2、根测量电路原理图，搭接测量电路（要求8分钟搭接完）；
3、幅频特性测定
测量有关数据，记录于下表
表一 幅频特性测量 U SPP =1.00V ，R=10Ω，L=10mH ，C=0.01μF f /KHz f 1 f 0 f 2 U RPP /mV 0.707U RPP0
U RPP0 0.707U RPP0 I/mA
I
U Z S =
(1)、连接好电路，把信号源输出档位选择旋钮置于10KHZ~100KHZ 正弦档位，打开信号源电源和示波器开关，调节示波器，以显示稳定的信号源和U R 上波形，按下示波器的MEASUR E →信号选择CH 1→电压测量→多功能旋钮→峰峰值→再按下电压测量后，在示波器显示屏下方显示信号源输出正弦电压峰峰值，调信号源输出幅值使()V u PP 00.11=，并保持不变（用示波器CH1通道监测）
（2），按下示波器的MEASUR E →信号选择CH 2→电压测量→多功能旋钮→峰峰值→再按下电压测量后，在示波器显示屏下方电阻R 两端正弦电压峰峰值 ()###2=PP u ，并保持不变（用示波器CH1通道监测），（3）、调节输入信号频率（根据预习时计算的谐振频率理论计算值做参考来调节电路谐振），使
()###2=PP u 达到最大（用示波器CH2通道观测），记录这时的谐振频率值f 0，再测量谐振频率值下的
U RPP0值；
（4）根据上面测出的U RPP0值，计算0.707 U RPP0的值，调节输入信号频率，使()RPP PP U u 707.02=,找出相应的通频带的下限频率f 1和上限频率f 2值，记录下来；
（5）调节输入信号频率，再接着测量谐振频率值f 0两旁其它不同频率值下（间隔kHZ f 1≈∆）的U RPP 值。
至少个5个点。
（6）根据R u I R /=分别算出各频率值下相应的I 值填入上表；（课后完成） （7）根据I
U Z S
=
分别算出各频率值下相应的Z 值填入上表；（课后完成） ● 注意：① f 取不同值时要保持示波器观测的U SPP =1.00V 不变；②U RPP 也可以用示波器的“间距测量法”或“光标测量法”测量。
用光标法测量时，注意光标线1（较粗）和光标线2（较细）的区别，光标法给出的ΔU 和Δt 值是光标线2对光标线1所处位置的差值，否则会搞错正负。
4、相频特性测定
测量有关数据，记录于下表
表二 相频特性测量 U SPP =1.00V ，R=10Ω，L=10mH ，C=0.01μF f /KHz f 0 φ
（1） 测试电路同幅频特性测量电路，
（2） 测量前，先把两通道的波形图调到适中；在下面的测试中随时调节保持波形图适中. （3）、按下示波器的MEASUR E →信号选择CH 2→时间测量→多功能旋钮→相位→再按下时间测量后，在示波器屏下方显示，如0
56-=-A pha ，即为两通道正弦信号的相位差。
照此方法，调节信号源频率，使相位差每间隔0
10≈∆ϕ，记录一次频率和对应的相位差
5、（选做）电阻R 和电容C 互换插入位置，调节输入信号频率为谐振频率，测量这时电容两端电压U CPP0；
四、数据记录和数据处理：
数据处理要求：重新列表并按要求计算出相应物理量，记入表中。
1）用Excel 或其它软件作RLC 串联电路的幅频特性f I ~、相频特性f ~ϕ和阻抗特性f `~Z 图
根据绘制的I ~ f 图线，找出谐振频率f 0、通频带Δf 、电路品质因数Q 等值，并与理论计算值比较，若有偏差请分析偏差的原因。
（其中f 0、Δf = f 2-f 1从I ~ f 图线直接找出，Q 则要从Q 与f 0和Δf 的关系式算出）；（课后完成）
2），根据幅频特性求出电路的谐振频率测0f ，与理论值LC
f π210=
进行比较，求误差；同时
根据幅频特性图求测Q 值，并由L 、C 的参数值计算电路Q 的理论值（R
L
f Q 002π=），比较两者，
求误差。
3）、写出完整的实验报告（课后完成）
下面是对测量数据作图处理用Excel 描出的幅频特性图线和相频特性图线（仅作参考）
Φ~f图线
-100
-80-60-40-2002040608012.00013.00014.00015.00016.00017.00018.00019.00020.00021.000
f/khz
Φ/度
由U RPP ~ f 图线可得出： f 0 =16.7 KHz U RPP0=79.0 mV 0.707 U RPP0=55.85 mV f 10.707 =15.5KHz f 20.707 =18.0KHz KHz f f f 5.212707.0707.0=-=∆。