RLC电路频率特性的实验研究

学号 20100601050105 密级
兰州城市学院本科毕业论文
RLC 电路频率特性的实验研究
学 院 名 称：培黎工程技术学院 专 业 名 称：物理学 学 生 姓 名：关进京 指 导 教 师：赵 磊 讲师
二○一四年五月
BACHELOR'S DEGREE THESIS OF LANZHOU CITY UNIVERSITY
第 4 章 测量品质因数 Q 的实验
4.1 实验仪器......................................................................................................... 18 4.2 谐振电路中对于 Q 值测量过程 ...................................................................... 18 4.2.1 串联电路中对于 Q 值测量过程 ................................................................ 18 4.2.2 并联电路中对于 Q 值测量过程 ................................................................ 19 4.3 实验分析........................................................................................................... 20 4.3.1 串联电路实验计算..................................................................................... 20 4.3.2 并联电路实验计算..................................................................................... 23
关键词：RLC 电路；谐振；品质因数 Q
IIBiblioteka ABSTRACTRLC circuit is composed of resistance (R), inductor (L) and capacitance (C). Because of R, L, C’s different responses to excitation, it becomes hard for beginners to grasp the basic law. This paper started from the conclusion and derivation of the basic law of RLC circuit theoretically, and focused on the description of the RLC resonant characteristics, to make beginners have a comprehensive understanding. With experimental methods, this paper explored the characteristics of the RLC resonant circuit, especially studied the quality factor (Q) value in resonance carefully. The physical significance of the Q value is it reveals the strength of the degree of resonant circuit and shows the selectivity of the circuit to signal source frequency, also the active power to the reactive power ratio. To grasp and apply the principles of the quality factor of resonance, it will get twice the result with half the effort through fully understand the physical meaning of that. This paper provided strong references for beginners and the smooth progress of the electrotechnics experiment.
结论 参考文献………………………………………………………………...26 致谢………………………………………………………………………………….27
IV
第 1 章 绪论
1.1 研究背景
RLC 电路是一种由电阻(R)、电感(L)、电容(C)组成的电路结构。其中电阻是一 种用一定材料制成的、有一定结构形式、能在电路中起限制电流通过作用的二端 电子元件，其具有分压、限流作用。理想的电阻器是线性的，即通过电阻器的瞬 时电流与外加瞬时电压成正比；电感（电感线圈）是用绝缘导线绕制而成的电磁 感应元件，也是电子电路中常用的元器件之一。电感是用漆包线、纱包线或塑皮 线等在绝缘骨架或磁芯、铁芯上绕制成的一组串联的同轴线匝，它在电路中用字 母“L”表示，主要作用是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成 谐振电路。电感不像电阻那样是线性元件，电感属于非线性元件，所以它两端的 电压和通过它的电流不能直接用线性式子表示，电感电压与电流同频率，而且电 压相位越前电流相位；电容是 1746 年荷兰物理学家马森布洛克发明的“莱顿瓶” 。 那个“瓶子”就是一个电容。电容器，顾名思义，是“装电的容器” ，是一种容纳 电荷的器件。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中 的隔直通交，耦合，旁路，滤波，调谐回路，能量转换，控制等方面。在电路中 任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体（包括导线）间都构成一个电容器。在直流 电路中，电容器是相当于断路的；在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一 定的函数关系变化的，而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间 形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。电容两端的电压不能突变， 有一个充电的过程，电容也不像电阻那样是线性元件，它也属于非线性元件，所 以它两端的电压和通过它的电流不能直接用线性式子表示，电感电压与电流同频 率，电压相位滞后于电流相位。 电阻、电感、电容元件由于功能不同，他们可以单独出现在电路中，也可以 相互配合出现在电路中，以达到设计电路的目的。在日常生活中，R、L、C 常出 现在以下几种典型电路中：1.一般滤波电路。即：滤去整流输出电压中的纹波， 一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联 C，或与负载串联 L，以及由 C，L 组成而成的各种复式滤波电路； 2.多相电源供电电路， 如电脑主板上的 CPU 供电； 3.RTC 实时时钟电路，可用于延时；4.自激电路，如 PC 电源上 220 V 交流电转化 为直流电就通过此电路产生激励脉冲，控制输出电压等等。
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I
摘
要
RLC 电路是一种由电阻(R)、电感(L)、电容(C)组成的电路结构。由于 R、L、 C 对电路中激励有不同的响应，使得初学者对其基本规律难以掌握。本文先从理 论方面对 RLC 电路的基本规律做了归纳和推导，重点对 RLC 中谐振特性做出了 说明，使初学者对其规律有全面认识；接着用实验的方法，探究了 RLC 谐振电 路的特性，重点对于谐振中的品质因数(Q)值进行了细致研究，电路品质因数 Q 值的物理意义在于揭示了电路谐振程度的强弱， 体现电路对信号源频率的选择性 以及电路中无功功率对有功功率的比例。 充分理解谐振和品质因数的物理含义对 掌握和应用其原理起到事半功倍的效果，为初学者和《电工学实验》的顺利进行 提供有力借鉴。
Directed by ：Zhao Lei lecture
May 2014
郑 重 声 明
本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经 注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的 内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已 在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。
Key words: RLC circuit；resonance；Quality factor;
III
目
第 1 章 绪论
录
1.1 研究背景............................................................................................................. 1 1.2 研究意义............................................................................................................. 2
第 3 章 RLC 谐振电路中品质因数 Q 研究
3.1 RLC 串联谐振电路中的品质因数 ................................................................... 11 3.1.1.RLC 串联电路中 Q 的原始定义 ............................................................... 11 3.1.2 串联谐振电路的品质因数两个意义......................................................... 12 3.2 RLC 并联谐振电路中的品质因数 ................................................................... 14 3.2.1. RLC 并联电路中 Q 的原始定义................................................................ 14 3.2.2 并联谐振电路的品质因数意义................................................................. 16