RLC振荡电路实验物理实验教学中心
RLC振荡电路实验 物理实验教学中心
实验背景RLC电路是一种由电阻（R）电感L）电容C组成的电路结构，它一般被称为二阶电路，因头电路中的电压或者电流的值，通常是某个由电路结构决定具参数的一阶微分方程的解。电路元件都被视为线性元件的时候一个RLC电路可以被视为电子谐波振荡器。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之变化，这称为电路的稳态特性：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
RLC电路是一种由电阻（R）、电感（L）、电容 （C）组成的电路结构，它一般被称为二阶电路，因为 电路中的电压或者电流的值，通常是某个由电路结构 决定其参数的二阶微分方程的解。电路元件都被视为 线性元件的时候，一个RLC电路可以被视为电子谐波 振荡器。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 位会随之变化，这称为电路的稳态特性；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
实验目的观测RC滤波电路的幅频和相频特性观测RC串联电路的智态过程，理解时间常数t：观测RLC串联电路的暂态过程及其阻尼振荡规律：
实验仪器信号源、电阻箱、电感箱、电容箱、双踪示波器B8888X电州工电M器RX7-0#进位电警#光大乐西时品有服公
信号源、电阻箱、电感箱、电容箱、双踪示波器
实验原理1.RC滤波电路1k2O一0R++a低通滤波电路CU.U.输入电压与输出电压的比值为0.1μF10101U.U.1+j·o·R·CRC低通滤波电路因0一R时，有当0=0时，=0.707，0-时，VUU.有一·可见味随的变化而交化，并且当时，变化较小时。明显下降。这就是低通滤波器的工作原理，它使U较低频率的信号容易通过，而阻止较高频率的信号通过
1.RC滤波电路 a 低通滤波电路 RC低通滤波电路 输入电压与输出电压的比值为 o i 1 1 j U U R C = + 当 =0 时 ， o i 1 U U = ， 1 R C = 时，有 o i 1 0.707 2 U U = = ，→∞ 时 ， 有 o i 0 U U = ， 可见 o i U U 随 的变化而变化，并且当 1 R C 时， o i U U 变化较 小， 1 R C 时， o i U 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
实验原理1.RC滤波电路0.1μFHH0O++cb高通滤波电路RU.U.输入电压与输出电压的比值为1k20101U.U1+1/j·0·R·CRC高通滤波电路因一0：忘时，有一方当0=0时，号-0.707，0-8时，U.U随~的变化而变化，并且当时：3-1，可见明显下UU.降，R时，变化较小。这就是高通滤波器的工作原理，它使U较高频率的信号容易通过，而阻止较低频率的信号通过
1.RC滤波电路 b 高通滤波电路 输入电压与输出电压的比值为 o i 1 1 1/ j U U R C = + RC高通滤波电路 当 =0 时， o i 0 U U = ， 1 R C = 时，有 o i 1 0.707 2 U U = = ，→∞ 时， 有 o i 1 U U = ， 可见 o i U U 随 的变化而变化，并且当 1 R C 时， o i U U 明显下 降， 1 R C 时， o i U U 变化较小。这就是高通滤波器的工作原理，它使 较高频率的信号容易通过，而阻止较低频率的信号通过
实验原理2.RC串联电路暂态特性loR在图所示电路中当开关K合向“1"时，设C中初始电荷为O，则电源E通过电阻R对C充电，充电完29成后，把K打向“2”，电容通过R放电E充电方程为du.E.U-R·CdtR.C放电方程为dU1RC串联电路.U-0dtR.C令=RC.称为RC电路的时间常数。T值越大，则U变化越慢，即电容的充电或放电越慢。下图给出了不同值的U变化情况，其中t
2.RC串联电路暂态特性 RC串联电路 在图所示电路中当开关K合向“1”时，设C中初 始电荷为0，则电源E通过电阻R对C充电，充电完 成后，把K打向“2”，电容通过R放电。 充电方程为 C d 1 = d UC E U t R C R C + 放电方程为 d 1 =0 d C C U U t R C + 令 = RC, 称为 RC 电路的时间常数。 值越大，则UC 变化越慢，即电容的充电或放 电越慢。下图给出了不同 值的UC 变化情况，其中 1 2 3
实验原理3.RLC串联电路暂态特性1.R在图所示的电路中，先将S打向“1”，待稳定29后再将S打向“2”，这称为RLC串联电路的放电过14程，这时的电路方程为Ed'udU+U.-0L.C+R.Cdr2dtd-0,方程解按R初始条件为：=0U=ERLC串联电路dt值的大小可分为如下3种情况：①R2VL/C时，为过阻尼③R=2L/C时，为临界阻尼右图为这3种情况下的Uc变化曲线，其中1为欠阻尼，2为过阻尼，3为临界阻尼放电时的UC曲线示意
3.RLC串联电路暂态特性 在图所示的电路中，先将S打向“1”，待稳定 后再将S打向“2”，这称为RLC串联电路的放电过 程，这时的电路方程为 RLC串联电路 2 2 d d 0 d d C C C U U L C R C U t t + + = 放电时的UC曲线示意 初始条件为： ，方程解按R 值的大小可分为如下3种情况： d 0, , 0 d C C U t U E t = = = ① R L C 2 / 时，为欠阻尼 ② R L C 2 / 时，为过阻尼 ③ R L C = 2 / 时，为临界阻尼 右图为这3种情况下的UC变化曲线，其中 1为欠阻尼，2为过阻尼，3为临界阻尼
实验内容与步骤1RC滤波电路的幅频和相频特性信号源使用正弦波信号，将信号源电压U和U.或U分别接至示波器的两个通道，可取C-01uF、R-1kQ（也可自选）。从低到高调节信号源频率，观察示波器上两个波形的幅度和相位变化情况，观测相位时也可用李萨如图形法2.RC串联电路暂态特性选择方波作为信号源进行实验，以便用普通示波器进行观测①选择合适的R和C值，选择合适的方波频率，（T>10t），观测暂态过程②改变R值或C值，观测UR或Uc的变化规律，记录下波形情况。③改变方波频率，观察波形的变化情况，分析实验结果3.RLC串联电路暂态特性选择方波作为信号源进行实验，以便用普通示波器进行观测。选择合适的LC值，根据选定参数，调节R值的大小。观察3种阻尼振荡的波形，如果欠阻尼时振荡的周期数较少，则应重新调整L、C值
1.RC滤波电路的幅频和相频特性 信号源使用正弦波信号，将信号源电压U和UR或UC分别接至示波 器的两个通道，可取C=0.1μF、R=1kΩ（也可自选）。从低到高调节信 号源频率，观察示波器上两个波形的幅度和相位变化情况，观测相位时 也可用李萨如图形法。 2.RC串联电路暂态特性 选择方波作为信号源进行实验，以便用普通示波器进行观测。 ① 选择合适的 R 和 C 值，选择合适的方波频率，(T＞10τ)，观测暂态过程。 ② 改变 R 值或 C 值，观测 UR 或 UC 的变化规律，记录下波形情况。 ③ 改变方波频率，观察波形的变化情况，分析实验结果。 3.RLC串联电路暂态特性 选择方波作为信号源进行实验，以便用普通示波器进行观测。选择合适的 L、 C 值，根据选定参数，调节 R 值的大小。观察 3 种阻尼振荡的波形，如果欠阻尼 时振荡的周期数较少，则应重新调整 L、C 值
注意事项一使用双踪示波器要正确接线，注意两通道的接地点应该位丁线路的同一点，否则会引起部分电路短路。使用双踪示波器时，要注意使得两个通道的幅度衰减一致，以使进行幅值的对比测量RLC串联特性改变频率时，注意随时调整输出幅度，要保证输出幅度的恒定电路接通时，注意R、LC的值不能为零，否则会引起电路短路
➢ 使用双踪示波器要正确接线，注意两通道的接地 点应该位于线路的同一点，否则会引起部分电路 短路。 ➢ 使用双踪示波器时，要注意使得两个通道的幅度 衰减一致，以便进行幅值的对比。 ➢ 测量RLC串联特性改变频率时，注意随时调整输 出幅度，要保证输出幅度的恒定。 ➢ 电路接通时，注意R、L、C的值不能为零，否则 会引起电路短路