RL、RC幅頻相頻特性要點
《RL、RC幅頻相頻特性要點》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《RL、RC幅頻相頻特性要點(17頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、揚州大學(xué) 物理學(xué)院大學(xué)物理綜合實驗訓(xùn)練論文 揚州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 大學(xué)物理綜合實驗訓(xùn)練論文 實驗名稱: RL、RC串聯(lián)電路幅頻特性和相頻特性研究 班級:物教 1101 班 姓名:劉玉桃 學(xué)號: 110801114 指導(dǎo)老師:徐秀蓮
2、 1 揚州大學(xué) 物理學(xué)院大學(xué)物理綜合實驗訓(xùn)練論文 RL、RC串聯(lián)電路幅頻特性和相頻特性研究 (揚州大學(xué) 物理 1101 劉玉桃 學(xué)號 110801114 指導(dǎo)老師:徐秀蓮) 摘要 在交流電路中,電阻值與頻率無關(guān),電容具有“通高頻,阻低頻”的特性,電感具有“通低頻,阻高頻”的特性。將正弦交流電壓加到電阻、電容和電感組 成的電路中時, 各元件上的電壓及相位會隨著變化, 這稱作電路的穩(wěn)態(tài)特性。 當(dāng)把正弦交流電壓 Vi 輸入到 RC(或 RL)串聯(lián)電路中時, 電容或電阻兩端的輸出電 壓 V0 的幅度及相位將隨輸入電壓 Vi 的頻率
3、而變化。這種回路中的電流或電壓與輸入信號頻率間的關(guān)系, 稱為幅頻特性; 回路電流和電壓間的相位差與頻率的關(guān)系,稱為相頻特性。將電容、電阻、電感串聯(lián)起來,可以得到特殊的幅頻特性和相頻特性。本實驗主要研究了交流電路中 RL、RC串聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性,不難得出,在 RL、 RC串聯(lián)電路中,各元件上的電壓幅度及相位隨信號頻率的改變而改變。 關(guān)鍵字:穩(wěn)態(tài)特性;幅頻特性;相頻特性。 1. 實驗?zāi)康? (1) 研究 RL、RC串聯(lián)電路對正弦交流信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng) (2) 學(xué)習(xí)使用雙蹤示波器 , 掌握相位差的測量方法; 2. 實驗儀器 名稱 數(shù)量 型
4、號 1、雙蹤示波器 一臺 自備 2、低頻功率信號源 一臺 自備 3、九孔插件方板 一塊 SJ-010 4、萬用表 一只 自備 5、電阻 2 只 40 Ω、 1kΩ 6、電容 1 只 0.5pF 7、電感 1 只 1mH 8、短接橋和連接導(dǎo)線 若干 SJ-009 、SJ-301、 SJ-302 9、開關(guān) 1 只 SJ-001-1- 紐子開關(guān) 2 揚州大學(xué) 物理學(xué)院大學(xué)物理綜合實驗訓(xùn)練論文 3、實驗原理 3.1 RL 串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性 電路如圖
5、( 1)所示。令 ω表示電源的圓頻率,U,I, U R ,U L 分別表示電 源電壓,電路中的電流, 電阻R上的電壓和電感L上的電壓有效值。 Φ表示電路電流I和電源電壓U間的相位差。 圖( 1)RL串聯(lián)電路圖 ~ 則電路的總阻抗為: Z R j L 其模為: Z ~ 2 ( L) 2 (1) ZR 其輻角為: arctan L (2) R
6、 電路中 I 、 U 、UR、UL 有以下關(guān)系: U R IR (3) U L I L (4) I U (5) R2 ( L) 2 將( 5)式中的 I 代入( 3)和( 4)可得到: U R U (6) 1 ( L ) 2 R 3 揚州大學(xué) 物理學(xué)院大學(xué)物理綜合實驗訓(xùn)練論文 U L U (7) 1 ( R ) 2 L 由上面的公式可得以下RL串聯(lián)電路
7、的特性: ( 1)幅頻特性 當(dāng)ω→0時, U R →U, U L →0;當(dāng)ω逐漸增大時, U R 隨著逐漸減小, U L 隨著逐漸增大;當(dāng) ω →∞時, U R →0, U L →U。其曲線如圖( 2)所示。 圖( 2)RL串聯(lián)電路幅頻特性 ( 2)相頻特性 圖( 3)RL串聯(lián)電路相頻特性
8、由式( 2)和圖( 3)可知:當(dāng) ω從0逐漸增大并趨近于∞時,相應(yīng)的 φ逐漸增大并趨近于 。 2 4 揚州大學(xué) 物理學(xué)院大學(xué)物理綜合實驗訓(xùn)練論文 3.2 RC 串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性 圖( 4) RC串聯(lián)電路圖 電路如圖( 4)所示。令 ω表示電源的圓頻率,U,I, U R , U C 分別表示電源電壓,電路中的電流, 電阻R上的電壓和電容 C 上的有效值。 Φ表示電路電 流I和電源電壓U間
9、的相位差。 則 RC的總阻抗為 ~ R 1 (8) Z j C ~ 2 ( 1 ) 2 (9) Z ZR C arctan 1 (10) CR 為U和I之間的相位差,即 U I (11) 根據(jù)交流歐姆定律,電阻上的電壓為 : U R IR(12)
10、 電容上的電壓為 : U C 1 ( 13 ) C 電流為: I U (14) 1 R2 ( )2 C 將( 14)式代入( 12)、( 13)式中得到: 5 揚州大學(xué) 物理學(xué)院大學(xué)物理綜合實驗訓(xùn)練論文 U R U (15) 1 ( 1 )2 CR
11、U C U (16) 1 ( CR)2 由上面的公式可得以下 RC串聯(lián)電路的特性: (1) 幅頻特性 當(dāng) ω→0時, U R →0,U C →U;當(dāng)ω逐漸增大時, U R 隨著逐漸增大, U C 隨著逐 漸減少;當(dāng) ω →∞時, U C →0, U R →U。其曲線如圖( 5)所示 圖( 5) RC串聯(lián)電路的幅頻特性曲線 ( 2)相頻特性
12、 圖( 6)RC串聯(lián)電路的相頻特性曲線 由圖 (6) 和式( 10)可知,當(dāng) ω 從0逐漸增大并趨近于∞時,相應(yīng)的 φ 逐漸增大, 6 揚州大學(xué) 物理學(xué)院大學(xué)物理綜合實驗訓(xùn)練論文 并由 - 趨近于零。 2 4. 實驗內(nèi)容 對 RL、RC電路的穩(wěn)態(tài)特性的觀測采用正弦波。 注意:儀器采用開放式設(shè)計,使用時要正確接線,不要短路功率信號源,以 防損壞。 4.1 RL 串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性 選擇正弦波信號,保持其輸出幅度不變,分別用示波器測量不同頻率時的 U R
13、 、 U L ,可取 L=1mH ,R=40Ω ,也可根據(jù)實際情況自選, R、L 參數(shù)。 ( 1) RL串聯(lián)電路的幅頻特性 選擇正弦波信號,保持其輸出幅度不變,分別用示波器測量不同頻率時的, U R 、 U L , 將數(shù)據(jù)記錄在表格中。 (2) RC 串聯(lián)電路的相頻特性 將 U R 和 U L 分別接至示波器的兩個通道, 從低到高調(diào)節(jié)信號源頻率, 觀察示波器上兩個波形的相位變化情況, 讀出 U R 和 U L 的時間差,若 U L 超前 U R , t 記 為正值,否則 t 取負(fù)值,再根據(jù)公式 t / T 360 可求出相位差。
14、 4.2 RC 串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性 選擇正弦波信號,保持其輸出幅度不變,分別用示波器測量不同頻率時的 U R 、 U C ,可取 C=0.5pF,R=1KΩ ,也可根據(jù)實際情況自選, R、C參數(shù)。 (1) RC 串聯(lián)電路的幅頻特性 選擇正弦波信號,保持其輸出幅度不變,分別用示波器測量不同頻率時的, U R 、 U C , 并將數(shù)據(jù)記錄在表格中。 (2) RC 串聯(lián)電路的相頻特性 將 U R 和 U C 分別接至示波器的兩個通道, 從低到高調(diào)節(jié)信號源頻率, 觀察示波器上兩個波形的相位變化情況, 讀出 U R 和 U C 的時間差,若 U
15、C 超前 U R , t 記 為正值,否則 t 取負(fù)值,再根據(jù)公式 t / T 360 可求出相位差。 7 揚州大學(xué) 物理學(xué)院大學(xué)物理綜合實驗訓(xùn)練論文 5.?dāng)?shù)據(jù)記錄與處理 5.1 RL 串聯(lián)電路 以下是實驗測得的 RL串聯(lián)電路中電阻電壓與電感電壓的大小隨頻率變化的 數(shù)據(jù),及回路電壓與電流的相位差數(shù)據(jù)。 表一 RL 串聯(lián)電路的幅頻、相頻特性曲線數(shù)據(jù) U=1V L=1mH R=40Ω f/Hz U R /V U L /V T/ms t/ 10^-3ms φ/ 度 2000 0
16、.934 0.32 0.5 24.4 17.568 3000 0.882 0.446 0.333333 23.5 25.38 5000 0.765 0.638 0.2 21.2 38.16 5500 0.732 0.674 0.181818 20.6 40.788 6000 0.704 0.706 0.166667 20.1 43.416 6300 0.687 0.724 0.15873 19.9 45.1332 6400 0.684 0.728 0.15625 19.7 45.3888 7000 0.65
17、0.766 0.142857 19.1 48.132 10000 0.518 0.864 0.1 16.3 58.68 30000 0.188 0.996 0.033333 7.4 79.92 由上表中的電阻電壓與電感電壓的大小隨頻率變化的數(shù)據(jù)可畫出 RL 串聯(lián)電路 的幅頻特性曲線如下圖所示。 RL串聯(lián)電路幅頻特性曲線 1.2 1 V 0.8 / 電阻電壓 /V 壓
18、 0.6 電感電壓 /V 電 0.4 0.2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 頻率 f/kHZ 由表一中的回路電壓與電流的相位差可畫出 RL 串聯(lián)電路相頻特性曲線如下圖所 示。 8 揚州大學(xué) 物理學(xué)院大學(xué)物理綜合實驗訓(xùn)練論文 RL串聯(lián)電路相頻特性曲線 100
19、 80 度 60 / φ/ 度 φ 40 20 0 0 2 4 6 8 10 12 頻率 f/kHZ 由 RL 串聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性曲線可知,當(dāng)回路總電壓一定時,隨著頻 率 f 的增大,電感電壓 U L 逐漸增大 , 電阻電壓 U R 逐漸減
20、小;當(dāng) U L U R 時,此 時的頻率即為電信號的圓頻率。 5.2 RC 串聯(lián)電路 以下是實驗測得的 RC串聯(lián)電路中電阻電壓與電感電壓的大小隨頻率變化的數(shù) 據(jù),及回路電壓與電流的相位差數(shù)據(jù)。 表二 RC 串聯(lián)電路的幅頻、相頻特性曲線數(shù)據(jù) U=1V C=0.5pF R=1k Ω f/kHz Ur/V Ul/V T/ms t/ 10^-3ms φ /度 10 0.26 0.94 0.1 -20.2 -72.72 20 0.44 0.82 0.05 -8.1 -58.32 25 0.52 0.78 0
21、.04 -5.5 -49.5 28 0.54 0.74 0.035714 -4.2 -42.336 33 0.58 0.68 0.030303 -3.1 -36.828 35 0.63 0.62 0.028571 -2.5 -31.5 40 0.65 0.56 0.025 -1.8 -25.92 50 0.68 0.53 0.02 -1.2 -21.6 70 0.74 0.44 0.014286 -0.8 -20.16 90 0.76 0.36 0.011111 -0.6 -19.44 由上表中的電阻
22、電壓與電感電壓的大小隨頻率變化的數(shù)據(jù)可畫出 RC串聯(lián)電路 的幅頻特性曲線如下圖所示。 9 揚州大學(xué) 物理學(xué)院大學(xué)物理綜合實驗訓(xùn)練論文 RC串聯(lián)電路幅頻特性曲線 1 0.8 V 0.6 / 電阻電壓 /V 壓 電容電壓 /V 電 0.4 0.2 0 0
23、20 40 60 80 100 頻率 f/kHZ 由表二中的回路電壓與電流的相位差可畫出 RC 串聯(lián)電路相頻特性曲線如下圖所 示 .。 RC串聯(lián)電路相頻特性曲線 0 -10 0 2 4 6 8 10 12 -20 度 -30 / -40 φ/ 度 φ -50
24、 -60 -70 -80 頻率 f/kHZ 6. 實驗結(jié)論 實驗驗證了 RL及 RC串聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性的正確性。并且由 RC 串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性曲線可知,在電路中如果將電阻兩端的電壓作為輸出電壓 U 0 , 利用 U R ~ f 的幅頻特性可組成高通濾波器,即使較高頻率的信號容易通過, 而阻止較低頻率的信號通過。 同理分析可得, 將電容 C 兩端的電壓作為輸出電壓 U 0 ,利用 U C ~ f 的幅頻特性可組成低通濾波器,電路的特性正好和高通濾波電 路相反,
25、即它對高頻信號的衰減很大,而低頻信號的衰減很小。高、低通濾波電 路工作原理如下圖所示。 10 揚州大學(xué) 物理學(xué)院大學(xué)物理綜合實驗訓(xùn)練論文 ( a) RC高通濾波器 (b)RC低通濾波器 7. 實驗心得與討論 ( 1) 實驗之前應(yīng)盡早熟悉新儀器, 以便在實驗時能更快的上手, 避免不必要的失誤。 ( 2) 測量 RC串聯(lián)電路幅頻特性和相頻特性的實驗, 根據(jù)實驗電路圖連接儀器,在測量的方面會出現(xiàn)問題, 經(jīng)我們的探討,發(fā)現(xiàn)將電容和電阻
26、調(diào)換位置后,實驗數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn),能更好的得出實驗要求得到的數(shù)據(jù)。 ( 3) 在測量數(shù)據(jù)的時候應(yīng)注意觀察雙蹤示波器的圖形和特別注意的是周期的單位是 ms還是其他的。這個很重要,否則無法得到正確的 Φ。 ( 4) 盡量都測得幾組數(shù)據(jù) , 精確得到實驗曲線。 參考文獻(xiàn) [1] 《大學(xué)生物理實驗》(三級)揚州大學(xué)出版社 [2] 竺江峰 . 魯曉東 . 夏雪琴 . 大學(xué)物理實驗教程 [M] 2011.9 中國水利水電 出版社 [3] 李瀚蓀 電路分析基礎(chǔ)(上冊) 第四版 高等教育出版社 [4] 馬春林 . 周開尚 . 華正和 RC 串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性研究 淮陰師范學(xué)院 物理與電子電氣工程學(xué)院 223300 第 19 卷 11
- 溫馨提示:
1: 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 建筑施工重大危險源安全管理制度
- 安全培訓(xùn)資料:典型建筑火災(zāi)的防治基本原則與救援技術(shù)
- 企業(yè)雙重預(yù)防體系應(yīng)知應(yīng)會知識問答
- 8 各種煤礦安全考試試題
- 9 危險化學(xué)品經(jīng)營單位安全生產(chǎn)管理人員模擬考試題庫試卷附答案
- 加壓過濾機(jī)司機(jī)技術(shù)操作規(guī)程
- 樹脂砂混砂工藝知識總結(jié)
- XXXXX現(xiàn)場安全應(yīng)急處置預(yù)案
- 某公司消防安全檢查制度總結(jié)
- 1 煤礦安全檢查工(中級)職業(yè)技能理論知識考核試題含答案
- 4.燃?xì)獍踩a(chǎn)企業(yè)主要負(fù)責(zé)人模擬考試題庫試卷含答案
- 工段(班組)級安全檢查表
- D 氯化工藝作業(yè)模擬考試題庫試卷含答案-4
- 建筑起重司索信號工安全操作要點
- 實驗室計量常見的30個問問答題含解析