实验五rlc串联电路谐振实验

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1、实验五RLC串联电路谐振实验【实验目的】1.研宂R、L、C串联电路的电路参数与其暂态过程的关系。2.观察二阶电路过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种情况下的响应波形。利用响应波形，计算二阶电路暂态过程的有关参数。3.掌握观察动态电路状态轨迹的方法【实验原理】1.用二阶微分方程来描述的电路称为二阶方程。如图5-1所示的R、就是典型的二阶电路。根据回路电压定律，当t=0+时，电路存在：RL、C串联电路UsOIIIt图5-1R、L、C串联电路r々d，ucr、pducLC—+RC+uc=0drdtwc(0+)=wc(O-)=UsJwc(O+)_

2、iL(0+)_iL(0-)-dt-"C"C(1)(2)(3)上式（1）中：每一项均为电压，第一项是电感上的电压UP第二项是电阻上的电压UR,第三项是电容上的电压Uc，即回路中的电压之和为零。各项都是电容上电流义的函数。这里是二阶方程。上式（2）中，由于电容两端电压不能突变，所以电容上电压《6：在开关接通前后瞬间都是相等的，都等于信号电压M。上式（3）屮，电容上电压对时间的变化率等于电感上电流对时间的变化率，都等于零，即电容上电压不能突变，电感上电流不能突变。2.由R、L、C串联形成的二阶电路在选择了不同的参数以后，会产生三种不同

3、的响应,即过尼状态，欠阻尼（衰减振荡）和临界阻尼三种情况。（1）当电路中的电阻过大了：R>2甚时，称为过阻尼状态。响应中的电压，电流呈现a)电£E、电流波形(b)状态轨迹阁2过肌尼状态R、L、C申联电路电压、电流波形及其状态轨迹从图2(a)中可以看出，电流振荡不起來。图2(b)中所示的状态轨迹，就是伏安特性。电流由最大减小到零，没有反方向的电流和电压，是因为经过电肌，能量全部给电附吸收了。(2)当电路屮的电阻过小了：R<2称力欠阻尼状态。响应屮的电压,电流具A袞减振細磁，薦舰廊去…忐棘时隴下麵翻率，称为无阻尼振荡电路的固响角频率

4、。在R#0时，R、L、C串联电路的固令振荡角频率=执2-32将随5=-^的增加而下降。其电压，电流波形如图7-3(a)所示。uc(v)(a)电压、电流波形(b)状态轨迹阁3欠阻尼状态R、L、C中联电路电压、电流波形及其状态轨迹从图3(a)屮可见，有反方向的电压和电流，这是因为电阻较小，当过零后，有反充电的现象。(3)当电路中的电阻适中：R=2^逼吋，称为临界状态。此时，衰减系数5=69(7，=0,哲态过程界于非周期与振荡之间，其本质属于非周期哲态过程。【实验设备】名称数量型号1.函数信号发生器1台2.示波器1台3.电阻5只100

5、*1510*1200Q*1lkQ*l2kQ*l4.电容1只22nF*l5.电感1只10mH*l6.桥形跨接线和连接导线若干7.实验用9孔方板一块297mmX300mm【实验步骤】1.将电阻，电容，电感串联成如阁4所示的接线阁，US=1V,f=2kHz改变电阻R，分别使电路工作在过阻尼，欠阻尼和袞减振荡状态，测量出输出波形。图4二阶电路实验接线图并进行数裾计算，求出袞减系数§、振荡频率必，并用示波器测M其电容上电压的波形将波形及数据处理，结果填入下表1。表1Wo=念2.测fi不同参数下的衰减系数和波形保证电路一直处于欠阻尼状态，取

6、三个不同阻值的电阻，用示波器测斌输出波形，并计算出袋减系数，将波形和数据填入表2。【分析和讨论】1.R、L、C串联电路的暂态过程力什么会出现三种不同的工作状态？试从能量转换角度对其做出解释。2.叙述二阶电路产生振荡的条件，振荡波形如何？与电路参数R、L、C有何关系？二阶电路的响应研宄实验数据原始记录纸姓名学号班级1、电路工作在过阻尼，欠阻尼和衰减振荡状态（临界阻尼状态）L=10mHC=0.022UFf0=1.5KHzRi=51fiR2=lkfiR3=2kQ2L电路状态波形2、计算电路的临界阻尼状态电阻值：R=3、电路一直处于欠阻

7、尼状态，取三个不同阻值的电阻L=10mHC=0.022UFf0=1.5KHzRi=10QR2=51OR3=200Q2L。=扣02-52电路状态波形教师签名:实验tl期: