大学物理实验-RLC 电路的稳态特性研究

【实验目的】

1、了解 RLC 串联电路的相频特性和幅频特性； 2、观察和研究RLC 电路的串联谐振现象；

3、进一步巩固示波器的使用；

4、掌握两种示波器测量相位的方法。

【实验仪器】

SS-7802A示波器，TFG1005型函数信号发生器，电路元件等。

【实验原理】

一、电路基本知识回顾

二、RLC 串联电路的相频特性和幅频特性

RLC 串联电路如图1 所示，通过正弦稳态交流电流，运用复数运算法，其电路方程可

写成：

其中，f = f2 - f1 .

三、两种用示波器测量相位的方法

示波器可以用来测量电压，周期，还可以测量相位差，有两种方法可以测量相位差： 1．双踪法比较法

双踪法是用双踪示波器在荧光屏上直接比较两个被测电压的波形来测量其相位关系。测量时，由通道1 和2 分别输入两个频率相同而相位不同的正弦电压信号，波形显示如图3（a）所示。相应的相位为：

2．李萨如图形法测相位

将示波器设为 X-Y 工作方式，由CH1 和CH2 输入的正弦电压信号分别加在X 和Y 方向。电子束光点同时在X 和Y 方向上做简谐振动，荧光屏上显示的图形为电子束光点的运动轨迹，该图称为李萨如图，原理如图3（b）所示。

【实验内容和要求】

电路参数: L=10mH, C=0.1F, R=51，RL 用万用表测量。信号源输出电压满足：Upp<4V，按图4 连线，注意共地点。

图4 RLC 电路串连电路

1．根据所选L 和C 的数值，计算相应的谐振频率 f0 ，并通过实验进行测量，计算相对误差。

2．观察谐振前后电流信号强度的变化，并记录现象。 3．利用比较法或李萨如图方法测量相频特性曲线:

频率扫描范围：1500-15000Hz。测量不少于25个点，在谐振频率附近应该多取几个点。注意频率偏离谐振频率时相位的符号（大于－正号，小于－负号）；绘图时频率取对数坐标，对数轴取为f/ f0，并与理论曲线比较，分析误差产生的原因。 4．测量幅频特性:

保持信号源电压U 不变（即CH1电压波的幅值不变，可取UPP=3 V）, 频率扫描范围：200-5500Hz。从低到高调节频率，当U R的电压为最大时的频率即为谐振频率，记录下不同频率时的UR大小，作UR  f/ f0 半对数曲线图，并与理论曲线比较，分析误差产生的原因。 5．（选做）测量RLC电路的品质因数：

测量谐振时电容两端电压的振幅UC 与输入信号的振幅U，根据公式 Q = UC/U 计算品质因数，与理论值比较。

【注意事项】

（1）确保水不沾在仪器上，避免把物体放在本仪器上。

（2）探头和测量线连接到仪器时，小心操作。 （3）不要将物品放在仪器的空气孔和风扇附近。

（4）热电子仪器一般要避免频繁开机、关机，示波器也是这样。

（5）荧光屏上的光点不能太亮，不能长时间停留在屏上，以免损坏荧光屏，短时间不使用应将辉度 关掉。

（6）示波器和函数信号发生器上所有开关及旋钮都有一定的调节限度，调节时不能用力太猛，当旋钮拧不动时不可强拉硬转，否则将损坏仪器

（7）用示波器测量时间（或电压幅度时），必须关闭扫描时间（或垂直灵敏度）微调。 （8）示波器两路输入的电压参考点（黑夹子）必须在同电位点。 （9）注意触发源、触发模式与触发电平的作用。

（10）双踪示波器的两路输入端Y1、Y2 有一公共接地端，同时使用Y1 和Y2 时，接线时应防止将外电路短路。

【课后作业】

如何判断RLC串联电路中U和I之间的相位差是超前还是落后？又怎样确定电路是呈电感性还是呈电容性？