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《观察电路的振荡现象.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、實驗3RLC電路目的：觀察RLC電路的振盪現象、對止弦電壓的反應，以及整個電路的品質。原理:(a)振盪器：假設圖I的厶C串聯電路上沒有電阻存在，而且電容器上帶有電量0。在匸0時，將開關S撥到接通(ON)的位置,使電路成爲通路。由定律KVL,在時間爲t時，電路方程式cswitch爲L+(/-0dVC(1)電容器上的電量Q爲:W=Q()cosa){}t電路上的電流i則爲i=-人)sin69()r圖1LC電路，電感器所儲存的電量則爲LZYYXLi%，。圖2表示在LC電路上能量轉移的情形。(1)L磁能「1匕匕cipr厶冃L磁能「一匕tC厶冃圖2LC電路能量轉換圖q(5)onCL電
2、磁能能maxA/&出上+^-(1)f=0時，q=q’MAx，i=0。因受到電容器上電壓的作用，電感器的電流會逐漸增加。(2)u%時,電流繼續增加，電容器因放電而電壓降低，因此電流增加率就%a)+%a)+冬a)=o或用⑴+/,(/)+“)=0dt(2)由於心C響，把它代入(2)式可得%a)之解爲vc(/)=e~^Ae^+Be~j(IJt](4)R,0—――,4,B爲常其中(1)/=为時，電容器上的電量完全放完，電流增加率爲零，這時電流爲最大値。(2)t=3%時，電流使電容器反方向充電，電容器上的電壓逐漸增加，電路上的電流則逐漸變小。(3)U%時，電流降到零，電容器的電量達
3、到最大値，但q=-Q杯，此時電荷的正負號與f=0時剛好相反如此，電路上的能量週而復始地(⑴―(2)f⑶―(4)f(5)f(4)f(3)f(2)f⑴)從電場能轉換爲磁場能，在從磁場能轉凹電場能。這種情形和簡諧振盪器的能量從彈簧的位能轉換爲動能,再從動能轉換爲位能的情況相似。(b)阻尼振盪器電路：上面所討論的LC振盪電路實際上並不存在，-•般的LC振盪電路多少都會含有電阻,將會對此系統的振盪造成阻泥衰減。如圖3所示。假設開關未接通時電容器上的電量爲開關接通後迴路電流爲垃),由KLV定律可得t=0、_switch-+C±Vc(t)Vl时L+.VR(t)+-VAr-——R圖3實
4、際的震盪電路由於R,L,C値的不同儈有三種不同振盪的情形。我們可以看®的値爲實數或虛數'若是實數則仍存在振盪'代表旷汕相位變化'而僅由造成damping；如果爲虛數，則相位項已經爲衰減項而無法振盪。下面是判斷的法則:R2L9■1>——LC時，電路無法•振動，稱爲過阻尼(Overdamping);BJ4RLC電路W⑴圖Vc(t)T卜-c(2)(籍］=舟時，陀⑴的解爲比(f)=(A+其111A,B爲常數。這種情形稱爲臨界阻尼(Criticaldamping);⑶［等j時’陀⑴的解爲vc(r)=Ae~/i{cos(曲+0)這種情形稱爲欠阻尼(Underdamping)圖4是在上
5、述三種RLC條件下，％⑴隨時間的變化情形。c)RLC電路對正弦電壓的反應(強迫反應):圖5是以正弦電壓驅動的RLC串聯電路。電路的總阻抗爲z=r+j®L—ya)c)，所v0Xt©■■i(f)=Re1R+j@L——)LcoC.=ImCOS⑷+0)(5)以迴路電流7⑴爲+LM(t)+vR(t)圖5RLC正弦輸入其中coL0"(严)(7)加。⑹(1V+a)L——從⑸・(7)式可以看出,RLC串聯電路有如下的性質圖6阻抗値隨3變化情形(1)餾路總阻抗：圖5的電路總阻抗Z爲Z=7?+j(coL)阻扌儿的大小爲coC⑵電流振幅:所以，當3L-y(oC=o時，有im極圖7Im-0)曲線
6、圖此RLC串聯電路的自然共振頻率。圖7表示隨⑵而變化的情形。(3)電壓方面：在圖5的電路111,各元件的電壓如圖8所示°電阻器上的電壓vR⑴爲哄）=盹）=RImcos（曲+0）=VRn）COS（曲+0）同理，電容器和電壓器上的電壓叫⑴,％⑴分別爲71叫⑴=VCn,COS(69t+(/)--')圖8C,L,R的電壓隨⑵的變化圖當⑵乂匠時，電路成共振狀態厶此％,=%”=(%)尿。如圖8中的共振情形3=©)),這時候叫⑴+%(/)=(),vjo=v/⑴，且匕”'=匕値得一提的是％與達到最大的頻率%和%與5)並不重合。圖8出現和％大於匕的情形，似乎有些奇怪，雖然KVL定律謂5(0
7、+匕•(()+%«)=*(/)爲圖5的等效電路但因此並不表示％+匕+匕｛匕,這是因讥),vc(/)和％(r)之間有相位差，所以匕」s，%與匕的真正關係爲(%-+匕「二叮，由於怙和％是相減的關係，所以它們比K,大數倍，也不KVL違反定律。(4)相位差方面：圖11帶通濾波器與其頻率響應K,_K,1討+(o)L1、1应丿2V27?4LHC±/?+VmJT2L我們把電路的頻寬定義爲A⑵三卩■九,忙①二徐0S3+Q)」=总®圖12帘止濾波器與其頻率響應R則RLCM路的頻寬A"値爲&3=—L因頻率在％的附近時,LC幾乎可看成短路，所以RL
