精品文档---下载后可任意编辑【摘要】本文主要讨论 RC,RL 和 RLC 串联电路在不同频率的信号下的响应,在双踪示波器上同时观察电阻和电感(或电容)上输出电压幅度和相位差的变化,定量讨论了 RLC 串联电路的幅频特性和相频特性。同时发现在实际的实验操作中,电阻,电容以及电感的参数的选择对本实验有很大的影响,掌握了幅频特性和相频特性的测量方法,使理论知识和实验内容有机的结合起来。【关键词】串联电路;RLC 电路;相频特性;幅频特性1 引言RC、RL 和 RLC 串联电路是大学物理实验的设计性实验之一,在沟通电路中,幅频特性和相频特性是RC、RL 和 RLC 串联电路的重要性质,并在电子电路中被广泛应用。本文对实验方法进行改进,采纳幅频和相频特性的测量方法,观察各种参数变化,进一步了解各种参数对幅频特性和相频特性的影响。2 实验设计原理在 RC,RL ,RLC 串联电路中, 若加在电路两端的正弦沟通信号保持不变,则当电路中的电流和电压变化达到稳定状态时,电流(或者某元件两端的电压)与频率之间的关系特性称为幅频特性;电压、电流之间的位相差与频率之间的关系特性称位相频特性。2.1 RC 串联电路 电路如图 1 所示。令 ω 表示电源的圆频率,U,I,,分别表示电源电压,电路中的电流,电阻 R 上的电压和电容 C 上的有效值。表示电路电流 I 和电源电压 U 间的相位差,则:RC 总阻抗为:~Z=R−j 1ωC (1)其中的模为:Z=|~Z|=√ R2+(1ωC)2 (2)ϕ=arctan(− 1ωCR )=−arctan1ωCR (3)为 U 和 I 之间的相位差,即 ϕ=ϕU−ϕ I (4)根据沟通欧姆定律,电阻上的电压为:U R=IR (5)电容上的电压为:UC= IωC (6) 总电压为:U=I √ R2+(1ωC)2 (7)图 2 为上述电压、电流(有效值)的矢量图,注:此处角度取逆时针方向为正值。从(7)式中解出 I,然后分别代入(5)式、(6)式得:U R=U√1+(1ωCR)2 (8) UC=U√1+(ωCR)2 (9)当 ω→0 时,→0 ,→U ;当 ω 逐渐增大时,随着逐渐增大,随着逐渐减小;当 ω→∞时,→U ,→0 。利用这样的幅频特性,可以将电源中的不同频率的信号分开,从而构成各种滤波器。幅频特性曲线如图 3 所示。由图 2 和式(3)可知,输出电压与输入电压 U 之间的相位差(= −ϕ )与圆频率 ω 有关。当 ω 较小时,→+ π2 ;当 ω 很大时,→0。另外,与是互余角,ϕC=−(π2−|ϕ|),用相频特性可组成相移...