RLC电路的稳态过程.doc

RLC 电路的稳态过程电容、电感元件在交流电路中的阻抗是随着电源频率的改变而变化的。将正弦交流电压加到电阻、电容和电感组成的电路中时,各元件上的电压及相位会随着变化这称作电路的稳态特性;将一个阶跃电压加到 RLC 元件组成的电路中时,电路的状态会由一个平衡态转变到另一个平衡态,各元件上的电压会出现有规律的变化,这称为电路的暂态特性。本实验将研究这些变化的特点。一、实验目的 RC 和 RL 串联电路的幅频特性和相频特性 RLC 串联、并联电路的相频特性和幅频特性 RLC 电路的串联谐振和并联谐振现象二、实验原理把简谐交流电压加在由电阻、电感、电容组成的电路上,电路中的电流和各元件两端的电压将随电源频率的变化而变化,这称为电路的幅频特性;而且总电压和电流之间的相位差也随电源频率的变化而变化,这称为电路的相频特性。(一) RC 串联电路的稳态特性 1. RC 串联电路的频率特性在图 1所示电路中,电阻 R 、电容 C 的电压有以下关系式: RC C IU RI C R UI C?????????????????????1 arctan , U , 1 R 22 其中?为交流电源的角频率, U 为交流电源的电压有效值, ?为电流和电源电压的相位差,它与角频率?的关系见图 2 可见当?增加时, I 和 RU 增加,而 CU 减小。当?很小时?????,2 很大时 0??。 2. RC 低通滤波电路如图 3所示,其中 iU 为输入电压, OU 为输出电压,则有 CRj1 1U U i O??????它是一个复数,其模为: ?? 2i OCR1 1U U?????设CR 1 0???,则由上式可知: 0??时, 1U U i O?, 0???时 707 .02 1U U i O??,???时0U U i O?可见 i OU U 随?的变化而变化,并且当 0???时, i OU U 变化较小, 0???时, i OU U 明显下降。这就是低通滤波器的工作原理,它使较低频率的信号容易通过,而阻止较高频率的信号通过。 3. RC 高通滤波电路: RC 高通滤波电路的原理图见图 4 根据图 4分析可知有: 2i OCR 11 1U U???????????, 同样令 CR 1 0???则: 0??时,0U U i O?, 0???时, 707 .02 1U U i O??,???时,1U U i O?可见该电路的特性与低通滤波电路相反,它对低频信号的衰减较大,而高频信号容易通过,衰减很小,通常称作高通滤波电路。(二) RL 串联电路的稳态特性: RL 串联电路如图 5所示可见电路中 LRU,U,U,I 有以下关系:??????????????????R L LIU RIU LR UI L R???? arctan , , 22 可见 RL 电路的幅频特性与 RC 电路相反,增加时, RU.,I 减小 LU 则增大。它的相频特性见图 6。由图 6可知, ?很小时 0??,?很大时 2 ???。(三) RLC 电路的稳态特性: 在电路中如果同时存在电感和电容元件,那么在一定条件下会产生某种特殊状态,能量会在电容和电感元件中产生交换,我们称之为谐振现象。 1. RLC 串联电路在如图 7所示电路中,电路的总阻抗|Z|,电压 RU,U 和i