rlc串联电路实验报告.docx
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rlc串联电路实验报告
rlc串联电路实验报告
篇一：
RLC串联谐振电路。
实验报告
二、RLC串联谐振电路目的及要求：
（1）设计电路（包括参数的选择）
（2）不断改变函数信号发生器的频率，测量三个元件两端的电压，
以验证幅频特性
（3）不断改变函数信号发生器的频率，利用示波器观察端口电压与
电流相位,以验证发生谐振时的频率与电路参数的关系（4）用波特图示仪观察幅频特性
（5）得出结论进行分析并写出仿真体会。
二阶动态电路的响应（RLC串联）
可用二阶微分方程描述的电路成为二阶电路。
此电路在输入为零值时的响应称为零输入相应，在零值初始条件下的响应称为零状态响应。
欠阻尼情况下的衰减系数?
为：
?
?
R
.
2L
.
其震荡频率?
d为：
?
d?
；
RLC串联谐振电路条件是：
电压U与电流I同相。
z?
R?
jX?
R?
j（?
L?
1
1
?
C
）;
当?
L?
?
C
时，谐振频率为f?
f0?
1;
在电路参数不变的情况下，可调整信号源的频率使电路产生串联谐振；在信号源频率不变的情况下，改变L或C使电路产生串联谐振是。
电路的频率特性，电路的电流与外加电压角频率的关系称为电流的幅频特性。
串联谐振电路总阻抗Z=R，其值最小，如电源电压不变，回路电流I=U/R，其值最大；改变信号源的频率时，可得出电流与频率的关系曲线；
三.设计原理：
一个优质电容器可以认为是无损耗的（即不计其漏电阻），而一个实际线圈通常具有不可忽略的电阻。
把频率可变的正弦交流电压加至电容器和线圈相串联的电路上。
若R、L、C和U的大小不变，阻抗角和电流将随着信号电压频率的改变而改变，这种关系称之为频率特性。
当信号频率为
f=f0?
现象，且电路具有以下特性：
（1）电路呈纯电阻性，所以电路阻抗具有最小值。
（2）I=I。
=U/R
即电路中的电流最大，因而电路消耗的功率最大。
同时线圈磁场和电容电
时，即出现谐振
厂之间具有最大的能量互换。
工程上把谐振时线圈的感抗压降与电源电压之比称之为线圈的品质因数Q。
四.RLC串联谐振电路的设计电路图：
自选元器件及设定参数，通过仿真软件观察并确定RLC串联谐振的频率，通过改变信号发生器的频率，当电阻上的电压达到最大值时的频率就是谐振频率。
设计RLC串联电路图如下图：
RLC串联谐振电路
当电路发生谐振时，XL?
XC或?
L?
C1=2.2nF,L1=1mH,R1=510Ω，
根据公式f0?
1
?
C
（谐振条件）。
其中，
可以得出，当该电路发生谐振
时，频率f0?
70KHz。
RLC串联电路谐振时，电路的阻抗最小，电流最大；电源电压与电流同相；谐振时电感两端电压与电容两端电压大小相等，相位相反。
五.用调节频率法测量RLC串联谐振电路的谐振频率f0
在用Multisim仿真软件连接的RLC串联谐振电路，电容选用C1=2.2nF,电感选用L1=1mH,电阻选用R1=510Ω。
电源电压us处接低频正弦函数信号发生器，电阻电压uR处接交流毫伏表。
保持低频正弦函数信号发生器输出电压us不变，改变信号发生器的频率（由小逐渐变大），观察交流毫伏表的电压值。
当电阻电压uR的读数达到最大值（即电流达到最大值）时所对应的频率值即为谐振频率。
将此时的谐振频率记录下来。
表1谐振曲线的测量数据表
R当频率为70KHz时：
图2f0?
70KHz时的波形图
观察波形，函数信号发生器输出电压us和电阻电压uR相位不同，此时电路呈现电感性。
当频率f0?
108kHz时：
图3f0?
108kHz时波形图
观察波形，函数信号发生器输出电压us和电阻电压uR同相位，可以得出，此时
电路发生谐振，验证了实验电路的正确，与之前得出的理论值相等。
因此证明实验电路的连接是正确的。
当频率为f0?
150kHz时：
图4f0?
150kHz时波形图
观察波形，函数信号发生器输出电压us和电阻电压uR相位不同，此时电路呈现出电容性。
六.用波特图示仪观察幅频特性。
按下图所示，将波特图仪XBP1连接到电路图中。
双击波特图仪图标打开面板，面板上各项参数设置如图下图所示。
打开仿真开关，在波特图仪面板上出现输出u0的幅频特性，拖动红色指针，使之对应在幅值最高点，此时在面板上显示出谐振频率f0?
9.333KHz。
图5波特图
七.结论与体会：
通过本次是我掌握好了RLC谐振电路的基本规律和它的调整方法，实验中测量谐振
频率的方法有：
调节频率法、示波器法、电感电容法。
本次实验选择的是调节频率法。
本次实验用Multisim仿真软件对RLC串联谐振电路进行分析，设计出了准确的电路模型，也仿真出了正确的结果。
并且得到了RLC串联谐振电路有几个主要特征：
谐振时，电路为阻性，阻抗最小，电流最大。
可在电路中串入一电流表，在改变电路参数的同时观察电流的读数，并记录，测试电路发生谐振时电流是否为最大。
一个正弦稳态电路，当其两端的电压和通过的电流同相位，则称为电路发生谐振，此时的电路称为谐振电路。
实现谐振的基本方法是：
角频率?
0（或频率f0）不变，调节电感L值和电容C值电感L不变，调节角频率?
0（或频率值和电感L值；
谐振时，电源电压与电流同相。
这可以通过示波器观察电源电压和电阻负载两端电压的波形中否一样的相而得到。
f
）值和电容C值电容C不变，调节角频率?
0（或频率f0）
篇二：
RLC串联谐振电路电路的研究
实验六RLC串联谐振电路电路的研究
一、实验目的
（1）学习测定RLC串联电路谐振曲线的方法，加深对串联谐振电路特性的理解。
（2）学习对谐振频率、通频带和品质因数的测试方法。
二、实验原理
（1）RLC串联电路（图4-7-1）的阻抗是电源角频率ω
的函数，即
显然，谐振频率仅与元件L、C的数值有关，而与电阻R和激励电源的角频率ω无关。
当ωωo时，电路呈感性，阻抗角φ
（2）电路处于谐振状态时的特性
图4-7-2图4-7-3
①由于回路总电抗XO=ωo-1/ωoC=0，因此，回路阻抗|Z0|为最小值，整个回路相当于
一个纯电阻电路，激励电源的电压与回路的响应电流同相位。
②由于感抗ωoL容抗1/ωoC相等，所以电感上的电压UL’与电容上的电压UC’数值
相等，相位相差180。
电感上的电压（或电容上的电压）与激励电压之比称为品
质因数Q，即:
L和C为定值的条件下，Q值仅仅决定于回路电阻R的大小。
③在激励电压（有效值）不变的情况下，回路中的电流I=US/R为最大值。
（3）串联谐振电路的频率特性
①回路的响应电流与激励电源的角频率的关系称为电流的幅频特性（表明其关系的图形
为串联谐振曲线），表达式为：
当电路的L和C保持不变时，改变R的大小,可以得出不同Q值时电流的幅频特性
曲线（如图4-7-2）。
显然，Q值越高，曲线越尖锐。
为了反映一般情况，通常研究电流比I/IO与角频率比ω/ωO之间的函数关系，即所谓通用幅频特性。
其表达式为:
这里，IO为谐振时的回路响应电流。
图4-7-3画出了不同Q值下的通用幅频特性曲线，显然，Q值越高，在一定的频率
偏移下，电流比下降得越厉害。
幅频特性曲线可以由计算得出，或用实验方法测定。
②为了衡量谐振电路对不同频率的选择能力，定义通用幅频特性中幅值下降至峰值的
0.707倍时的频率范围（图4-7-3）
为相对通频带（以B表示），即B=ω2/ωO-ω1/ωO
显然，Q值越高，相对通频带越窄，电路的选择性越好。
③激励电压和回路响应电流的相角差φ与激励源角频率ω的关系称为相频特性，它可由
公式:
计算得出或由实验测定。
相角φ和ω/ωO的关系称为通用相频特性，如图4-7-4所示。
谐振电路的幅频特性和相频特性是衡量电路特性的重要标志。
（4）串联谐振电路中，电感电压
显然，UL与UC都是激励ω源角频率ω的函数，UL（ω）和UC（ω）曲线如图4-7-5所示。
当Q>0.707时，UC和UL才能出现峰值，并且UC的峰值出现在ω=ωCωO处。
Q值越高，出现峰值处离ωO越近。
图4-7-4图4-7-5
三、实验设备
（1）示波器1台
（2）信号发生器1台
（3）晶体管毫伏表1只
（4）电感线圈1个
（5）电容箱1只
（6）电阻箱1只
四、实验内容
1、测量RLC串联电路响应电流的幅频特性曲线的UL（ω）、UC（ω）曲线
实验电路如图4-7-6所示。
确定元件R、L、C的数值之后，保持正弦信号发生器输出电压Us（有效值）不变，测量不同频率时的UR、UL和UC。
为了取点合理，可先将频率由低到高初测一次，注意找出谐振频率f0以及出现UC最大值时的频率fC和出现UL最大值时的fL。
然后，根据曲线形状选取频率，进行正式测量。
记录表格自拟。
2、保持Us和L、C数值不变，改变电阻R的数值（即改变回路Q值），重复上述实验。
3、测量RLC串联电路的相频特性曲线。
保持Us不变，用示波器测量不同频率时Us与UR的相（本文来自：
小草范文网:
rlc串联电路实验报告）角差（测量方法参见第3章中“示波器及其测量方法”有关部分）。
记录表格自拟。
4、选做实验
将图4-7-6中电容换成另一值，测量其幅频特性。
图4-7-6
五、注意事项
（1）每次改变信号电源的频率后，注意调节输出电压（有效值），使其保持为定值。
（2）实验前应根据所选元件数值，从理论上计算出谐振频率f0和不同Q值时的ωO、ωC、ω
L等数值，以便和测量值加以比较。
（3）在测量UL和UC时，注意信号源和测量仪器（晶体管毫伏表或示波器等）公共地线的接。
六、预习与思考题
（1）实验中，当RLC串联电路发生谐振时，是否有UR=Us和UC=UL?
若关系式不成立，试分析其原因。
（2）可以用哪些实验方法判别电路处于谐振状态？
七、实验报告
（1）根据实验数据，在坐标纸上绘出不同Q值下的通用幅频特性曲线、相频特性曲线以及UL（ω）、UC（ω）曲线，分别与理论计算值相比较，并作简略分析。
（2）通过实验总结RLC串联谐振电路的主要特点。
（3）回答思考题。
篇三：
RLC实验报告
RLC串联电路特性的研究实验报告
电阻、电容及电感是电路中的基本元件，由RC、RL、RLC构成的串联电路具有不同的特性，包括暂态特性、稳态特性、谐振特性．它们在实际应用中都起着重要的作用。
一、实验目的
1.通过研究RLC串联电路的暂态过程，加深对电容充、放电规律，电感的电磁感应特性及振荡回路特点的认识。
2.掌握RLC串联电路的幅频特性和相频特性的测量方法。
3．观察RLC串联电路的暂态过程及其阻尼振荡规律。
二、实验仪器
FB318型RLC电路实验仪，双踪示波器三、实验原理
1.RLC串联电路的稳态特性
如图1所示的是RLC串联电路，电路的总阻抗|Z|、电压U、UR和i之间有如下关系：
|Z|=，Φ=arctan[],i=
式中：
ω为角频率，可见以上参数均与ω有关，它们与频率的关系称为频响特性，详见图2
阻抗特性幅频特性相频特性
图2RLC串联电路的阻抗特性、幅频特性和相频特性
由图可知，在频率f0处阻抗z值最小，且整个电路呈纯电阻性，而电流i达到最大值，我们称f0为RLC串联电路的谐振频率（ω0为谐振角频率）；在f1-f0—f2的频率范围内i值较大，我们称为通频带。
下面我们推导出f0（ω0）和另一个重要的参数品质因数Q。
当时，从公式基本知识可知：
|Z|=R,Φ=0,im=，ω=ω0=，f=f0=
这时的电感上的电压：
UL=im·|ZL|=
·
U
电容上的电压：
UC=im·|ZC|=
·
U
UC或UL与U的比值称为品质因数Q。
可以证明：
Q====
△f=,Q=
2.RLC串联电路的暂态过程
在电路中，先将K打向“1”，待稳定后再将K打向“2”，这称为RLC串联电路的放电过程，这时的电路方程为：
L·C+R·C+=0
初始条件为t=0，=E，=0，这样方程解一般按R值的大小可分为三种情况：
（1）R 式中：
=,ω=。
（2）R>2时为过阻尼，UC=·E··sin（）。
式中：
=,ω=。
（3）R=2时为临界阻尼，UC=（1+）·E·
图3为这三种情况下的UC变化曲线如果当R《2，则曲线1的振幅衰减很慢，能量
的损耗较小。
能够在L与C之间不断交换，可近似为LC电路的自由振荡，这时ω≈=ω0，ω0是R=0时LC回路的固有频率。
对于充电过程，与放电过程类似，只是初始条件和最后平衡位置不同。
图3给出了充电时不同阻尼的UC变化曲线图。
四、实验内容
FB318型RLC电路实验仪如图4所示，由自己连接来完成RLC各电路的连接，从而来进行相应电路的稳态和暂态特性的研究，从而掌握一阶电路、二阶电路的正弦波和阶跃波的响应过程，并理解积分电路、微分电路和整流电路的工作原理。
图4
对RLC电路的稳态特性的观测采用正弦波。
对RLC电路的暂态特性观测可采用直流和方波信号，用方波作为测试信号可用普通示波器才能得到较好的观测。
RLC串联电路的稳态特性
自选合适的L值、C值和R值，用示波器的两个通道测信号源电压U和电阻电压UR、，必须注意两通道的公共线是相通的，接入电路中应该在同一点上，否则会造成短路。
（1）幅频特性
保持信号源电压U不变（可取Up-p=5V），根据所选的L值、C值，估算谐振频率，以选择合适的正弦波频率范围。
当UR的电压为最大时的频率即为谐振频率，记录下不同频率是的UR大小。
（2）相频特性
用示波的双通道观测U的相位差，UR的相位与电路中电流的相位相同，观测在不同频率下的相位变化，记录下某一频率时的相位差值。
1.RLC串联电路的暂态特性
（1）先选择合适的L值、C值，根据选定参数，调节R值大小。
观测三种阻尼振荡的
波形。
如果欠阻尼时振荡的周期数较少，则应重新调整L值、C值。
（2）用示波测量欠阻尼时的振荡周期T和时间常数值反映了振荡幅度的衰减速
度，从最大幅度衰减到0.368倍的最大幅度处的时间即为值。
（3）根据测量结果作RLC串联电路幅频性和相频特性，并计算电路的Q值。
（4）根据不同的R值画出RLC串联电路的暂态响应曲线，分析R的大小对充放电的
影响。
五、注意事项
1.仪器使用前应预热10~15min，并避免周围有强磁场源或磁性物质。
2.仪器采用开放式设计，使用时要正确接线，不要短路功率信号源，以防损坏。
使用
完后应关闭电源。
3.仪器的使用和存放应注意清洁干净，避免腐蚀和阳关暴晒。
六、数据和结果
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