RC电路瞬态响应过程和RLC谐振电路.ppt

1、一、一阶RC电路的瞬态响应过程实验研究二、 RLC谐振电路实验研究,信息与电子工程实验教学中心,实验目的 理论基础 实验仪器和实验电路 实验内容,实验目的,一、一阶RC电路的瞬态响应过程实验研究 1熟悉一阶RC电路的零状态响应、零输入响应和全响应过程。 2研究一阶RC电路在零输入、阶跃激励和方波激励情况下，响应的基本规律和特点。 3学习用示波器观察分析RC电路的响应。 4从响应曲线中求RC电路的时间常数。 二、 RLC谐振电路实验研究 1、掌握谐振频率以及品质因数的测量方法。 2、了解谐振电路特性频率特性，加深对谐振 电路的认识。 3、了解谐振电路的选频特性、通频带及其应用。,理论基础（一）,

2、1一阶RC电路的零输入响应（放电过程） 电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应，即电路初始状态不为零，输入为零所引起的电路响应。实际上是电容器C的初始电压经电阻R放电过程。 在图9.8.1中，先让 开关K合于位置a， 使电容C的初始电压值 uC(0-) = U0，再将开关 K转到位置b。电容器 开始放电，,理论基础（一）,放电方程为： 可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律： = RC为时间常数,理论基础（一）,2一阶RC电路的零状态响应（充电过程） 所谓零状态响应是指初始状态为零，而输入不为零所产生的电路响应。一阶RC电路在阶跃信号激励下的零状态响应实际上就是

3、直流电源经电阻R向C充电的过程。在图9.8.1所示的一阶电路中，先让开关K合于位置b，当t = 0时，将开关K转到位置a。电容器开始充电，,理论基础（一）,充电方程为： 初始值：uC(0-)=0 可以得出电压和电流随时间变化的规律： = RC为时间常数,理论基础（一）,3方波响应 当方波信号激励加到RC两端时，在电路的时间常数远小于方波周期时，可以视为零状态响应和零输入响应的多次过程。方波的前沿相当于给电路一个阶跃输入，其响应就是零状态响应；方波的后沿相当于在电容具有初始值uC(0)时，把电源用短路置换，电路响应转换成零输入响应。 当方波的1/2周期小于电路的时间常数时，方波前后沿对应的是瞬态

4、过程的其中一小部分。 由于方波是周期信号，可以用普通示波器显示出稳定的响应图形，便于观察和作定量分析。,理论基础（二）,RLC构成的串联谐振 谐振角频率 电路的品质因数 若计及电感内阻r，则品质因数,理论基础（二）,电路的阻抗 RLC串联电路谐振时，电路的阻抗最小， 电路的电流达到最大值 谐振的另一个特点是电压与电流的相位相同,理论基础（二）,RLC串联谐振电路具有带通选频特性。 当谐振曲线的幅度下降至峰值 的0.707倍时，所对应的频率 称为截止频率。 上、下截止频率之间的频带范围为 谐振电路的通带范围，其带宽为 可据此公式测量RLC串联谐振电路的品质因数（对并联谐振同样适用）,理论基础（二

5、）,RLC构成的并联谐振 谐振角频率 谐振时电路阻抗最大 电路的品质因数,实验仪器与实验电路,示波器 函数信号发生器 实验电路板,示波器,函数信号发生器,实验电路板（一）,RC电路的响应是一个十分短暂的单次变化瞬态过程，一次激励引起电路一次响应。要在示波器上显示RC电路的响应曲线进而进行观察和测量有关参数，就必须周期性地重复进行激励，使这种单次变化的过程重复出现，而且要保证激励信号与示波器扫描的同步，才能在示波器上显示稳定的电路响应曲线。为此，实验时必须设计一个实验方案，实现对RC电路的周期性重复激励和向示波器提供扫描同步信号。,实验电路板（一）,实验测试部分,测试信号产生部分,实验电路板（二

6、）,实验内容（一）,1用示波器观察RC电路的零输入响应、零状态响应和方波响应，描绘响应曲线，求出电路的时间常数。 2更换电路中电阻、电容的大小，重新测量电路的各种响应，分别求出每次测量的时间常数。 3理论计算电路的时间常数，并与实验测量值比较。,实验内容（二）,一、RLC串联谐振电路实验 1、按图组成实验电路 L=40mH, C=0.1F, R=100.电感分别 选用内阻不同的两种； 用示波器测量ui和uo 信号源输出ui为正弦波， 电压1V,实验内容（二）,2、找出电路的谐振频率f0 将示波器的一个输入端接在电阻R的两端，使信号源的频率由小逐渐变大，当uo的读数为最大时，读得函数信号发生器上频率值即为电路的谐振频率f0 3、验证谐振时的电路特点 保持信号发生器输出频率不变，用双踪示波器测量N1和N2点的波形，记录波形并比较它们的相位。 4、谐振曲线的测量 在谐振点两侧，按频率递增或递减100Hz,逐点测出uo的值，记入下表。,实验内容（二）,5、f和Q值 根据谐振曲线计算f值，必要时需要补测若干点。用f和f0计算Q值的大小。 6、将电阻R增大至1k ， 重复内容25，自制表格记录分析。,实验内容（二）,二、RLC并联谐振电路实验 1、按图组成实验电路 L=40mH, C=0.1F, R=56k.电感分别选用