苏州工业职业技术学院 Multisim

实验五 RLC电路分析

一、 实验目的

1．学习并掌握波特表的使用及属性设置。

2．掌握串联谐振的内容及其使用。

二、实验仪器设备

1．PC机一台

2．Multisim软件开发系统一套

三、实验要求

1．学习元件电压表及电流表的使用及设置。

2．仿真分析定理内容。

四、实验内容及参考实验步骤

一、欧姆定律在交流电路中的应用。试确定电路中的电流和电感两端的电压。

图1 RLC串联电路

1．绘图。接入电压表至C1L1R1两端，测量电压值。

Uc1?_______，UL1?________，UR1?_________，

22?UX=__________UX?，总电压U=R_=________。

3．接入示波器分别测量电阻和电源端的电压。

说明：示波器显示的是电阻和电源端电压波形，由于电阻两端的电压与流过的电流同相位，因此可以使用电阻两端的电压形式地说明流过电流波形的相位关系。

示波器观察相位差θ=_____。

验证性计算：

-- 1

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二、RLC串联电路如下图所示，该电路的谐振频率为___________，当电路发生谐振时，UL=_________，UC=__________，UR=_________；改变L1，C1，使电路的谐振频率为600HZ，求此时的L1=5.1mH，C1=__________及谐振频率为600HZ时的UL=_________。

?

1． 波特图仪是一种测量和显示幅频和相频特性曲线的仪表。试用波特图仪器测量电路在

谐振时的频率特性。

幅频特性 相频特性

2． 瞬态分析（Transient Analysis）是一种非线性时域（Time Domain）分析，可以在激励

信号（或没有激励信号）的作用下计算电路的时域响应。

（1） 画电路图

（2） 执行Simulate/Analyses/Transient Analysis,观察并记录电路输出端波形。

设置起始时间（Start time）为0s，终止时间(End time )为0.001s

2

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3． RLC电路响应。

（1） 画出电路图。

（2） 接入信号发生器，设置：方波信号；频率50HZ；占空比为50%；幅值5V。

（3） 接入示波器观察输入信号和电容元件上的波形，并做比较。

C1

1.0uF

Timebase：10ms/DIV ChannelA：1V/DIV ChannelB：1V/DIV

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练习：

1、 一RLC串联电路，电路端电压U=10V,R=1Ω,L=1mH,C=1mF,连接图参见如下：

结论：

画串联谐振电路的谐振曲线一(可用屏幕截图拷贝)

2、将R=10Ω：画串联谐振电路的谐振曲线二(可用屏幕截图拷贝)

结论：

4

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2、 在RLC并联电路中，R=40Ω,L=0.048H,C=106.2μF,接到外加电压u=169.68sin314tV的电源上。

用仿真求各支路上的电流和总电流。

结论：

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第二篇：实验报告

实 验 报 告

实验成绩：

批阅日期： 姓 名：汤博 同组姓名： 无 班 级：F0703028 学 号：5070309028 实验日期：2008-9-9 指导老师：助教19

【实验目的】

1．通过研究RC、RL串联电路的暂态过程，加深对电容充、放电规律，电感的电磁感应特性及震荡回路特点的认识。

2. 通过研究RLC串联电路的暂态过程，加深对电磁阻尼运动规律的理解。

3. 掌握RC、RL串联电路的幅频特性和相频特性的测量方法。

4. 研究RLC串联电路中各参量之间的关系，观察串联谐振电路的特征，并掌握RLC谐振电路的幅频、相频的关系。

5. 用实验的方法找出电路的谐振频率，利用幅频曲线求出电路的品质因数Q值。

【实验原理】

1 RC、RL、RLC暂态过程

(1) RC串联电路

在由R、C组成的电路中，暂态过程是电容的充放电的过程．其中信号源用方波信号．在

上半个周期内，方波电压+E，其对电容充电；在下半个周期内，

方波电压为零，电容对地放电．充放电过程中的回路方程分别为

??

??

通过以上二式可分别得到UC、UR的解。

半衰期T1 2=?ln2=0.693? (或?=1.443?1 2)

1

d??+??=? d??+??=0 d?

(2) RL串联电路

与RC串联电路进行类似分析可得，RL串联电路的时间常数t

及半衰期T1 2分别为

?=? ? ，?1 2=0.693?=0.693? ?

(3) RLC串联电路

在理想化的情况下，L、C都没有电阻，可实际上L、C本身都存在电阻，电阻是一种耗损元件，将电能单向转化成热能。所以电阻在RLC电路中主要起阻尼作用。所以根据阻尼震荡方程可以三种不同状态的解，分别为欠阻尼、过阻尼和临界阻尼。

2 RC，RL电路串联稳态

当把正弦信号输入串联回路时，其电

容和电阻两端的输出电压的幅度随输入

电压的频率是等幅变化。而电压幅度随频

率变化的曲线称幅频曲线，相位随频率的

曲线称相频曲线。

3 RLC谐振

在 RLC串联谐振电路中，由于三个元件之间存在相位超前和滞后的特性，所以当电压一定并满足一定的频率时，使得电路中的阻抗达到最小时电流将达到最大值，此时的频率称为谐振频率。

2

【实验数据记录、实验结果计算】

1、RC暂态测量

表一 RC暂态测量数据表

2、RL暂态测量

表二 RL暂态测量数据表

3、RLC暂态测量

测量得： L = 10.01mH C = 0.106μF R = 619Ω 理论值： R 理论值 =2 L= 614.6Ω

C

相对误差： 0.7%

3

4、RLC谐振电路测量

R=1900Ω L=13mH C=1nF

表三 RLC谐振电路测量数据

4

5、 RLC谐振电路中品质因数

实验参数：R=1900Ω L=13mH C=1nF

电感上电压U_L=9.17V

总电压：U=4.85V

品质因数：Q= U_L/U=1.891

理论品质因数：Q(理论值)=L/(√LC?R)=1.898

相对误差：0.4%

【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】

1、在RC和RL暂态电路的测量实验中，一开始时测得的结果与理论值误差较大，经过向老师请教，我得知很可能时C和L中的内阻使得误差变得很大，因此我加大了电阻的阻值从而减小内阻的影响，由此得到的数据与理论值较为接近。

2、在RLC暂态电路的观察中，我看到了过阻尼，欠阻尼，和临界阻尼的波形，并测得了临界阻尼时的电阻，且与理论值做了比较，误差较小。

5

【思考题解答】

1、在RC暂态过程中，固定方波的频率，而改变电阻的阻值，为什么会有不同的波形？而改变方波的频率，会得到类似的波形吗？

答：根据RC电路的特性可得公式 UC=Ee?t RC， 因此当R发生改变时，会产生不同的波形，而当改变方波的频率时，只会影响的电容充电或放电的时间长短，而不会改变其上升或下降的曲线，波形会变化，但与改变R时稍有不同。

2、在RLC暂态过程中，若方波的频率很高或很低，能观察到阻尼振荡的波形吗？如何由阻尼振荡的波形来测量RLC电路的时间常数？

答：当频率很高时，方波的周期就会很短，如果其小于RLC电路的时间常数，怎我们就无法观察到阻尼振荡的波形了。反之，频率很低时，其周期就会很长，可以观测到振荡波形。要测量时间常数，在幅值最大的第一周期测量T1 2，然后计算τ=T1 2 ln2。

3、在RC、RL电路中，当C或L的损耗电阻不能忽略不计时，能否用本实验测量电路中的时间常数？

答：不能，因为C或L中的内阻会改变电路中R的值，所以测出的结果就会与理论值有一定的差异。

4、根据RLC串联谐振的特点，在实验中如何判断电路达到了谐振？

答：RLC串联电路当达到谐振时，电路中的电容和电感上的电压之和应为0，所以在电阻两端加一电压表测量其两端电压，当其电压与电路总电压相等时，电路就达到谐振了。 5、串联谐振时，电路和电感上的瞬时电压的相位关系如何？若将电容和电感接到示波器的X和Y轴上，将看到什么现象？为什么？

答：当φ=0时,整个电路产生谐振，此时，而电感与电容的电压大小相等，相位相反。将电容和电感接入示波器则图形为y=?x。

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