扬州大学 物理学院大学物理综合实验训练论文

?为Ｕ和Ｉ之间的相位差，即???U??I (11) 根据交流欧姆定律，电阻上的电压为: UR?IR （12） 电容上的电压为: UC?电流为：I?UR2?(12)?C1 （13） ?C （14）

将（14）式代入（12）、（13）式中得到： UR?U1?(12)?CR (15)

UC?U1?(?CR)2 (16)

由上面的公式可得以下RC串联电路的特性： (1)幅频特性

当ω→０时，UR→0，UC→U；当ω逐渐增大时，UR随着逐渐增大，UC随着逐渐减少；当ω →∞时，UC→０，UR→Ｕ。其曲线如图（5）所示

图（5）RC串联电路的幅频特性曲线 （2）相频特性

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图（6）RC串联电路的相频特性曲线

由图(6)和式（10）可知，当ω从０逐渐增大并趋近于∞时，相应的φ逐渐增大，并由-

?趋近于零。 24.实验内容

对RL、RC电路的稳态特性的观测采用正弦波。

注意：仪器采用开放式设计，使用时要正确接线，不要短路功率信号源，以防损坏。

4.1 RL串联电路的稳态特性

选择正弦波信号，保持其输出幅度不变，分别用示波器测量不同频率时的

UR、UL，可取L=1mH，R=40Ω，也可根据实际情况自选，R、L参数。 （1）RL串联电路的幅频特性

选择正弦波信号，保持其输出幅度不变，分别用示波器测量不同频率时的，

UR、UL,将数据记录在表格中。 (2) RC串联电路的相频特性

将UR和UL分别接至示波器的两个通道，从低到高调节信号源频率，观察示波器上两个波形的相位变化情况，读出UR和UL的时间差，若UL超前UR，?t记为正值，否则?t取负值，再根据公式???t/T?360?可求出相位差。 4.2 RC串联电路的稳态特性

选择正弦波信号，保持其输出幅度不变，分别用示波器测量不同频率时的

UR、UC，可取C=0.5pF，R=1KΩ，也可根据实际情况自选，R、C参数。 (1) RC串联电路的幅频特性

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选择正弦波信号，保持其输出幅度不变，分别用示波器测量不同频率时的，

UR、UC,并将数据记录在表格中。 (2) RC串联电路的相频特性

将UR和UC分别接至示波器的两个通道，从低到高调节信号源频率，观察示波器上两个波形的相位变化情况，读出UR和UC的时间差，若UC超前UR，?t记为正值，否则?t取负值，再根据公式???t/T?360?可求出相位差。

5．数据记录与处理

5.1 RL串联电路

以下是实验测得的RL串联电路中电阻电压与电感电压的大小随频率变化的数据，及回路电压与电流的相位差数据。 表一 RL串联电路的幅频、相频特性曲线数据 U=1V f/Hz

L=1mH

R=40Ω Δt/×10^-3ms 0.5

24.4 23.5 21.2 20.6 20.1

φ/度 17.568 25.38 38.16 40.788 43.416

UR/V UL/V T/ms

2000 0.934 0.32

3000 0.882 0.446 0.333333 5000 0.765 0.638

0.2

5500 0.732 0.674 0.181818 6000 0.704 0.706 0.166667 6300 0.687 0.724 6400 0.684 0.728

0.15873 0.15625

19.9 45.1332 19.7 45.3888 19.1 16.3 7.4

48.132 58.68 79.92

7000 0.65 0.766 0.142857 10000 0.518 0.864

0.1

30000 0.188 0.996 0.033333

由上表中的电阻电压与电感电压的大小随频率变化的数据可画出RL串联电路 的幅频特性曲线如下图所示。

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RL串联电路幅频特性曲线1.210.80.60.40.2005101520频率f/kHZ253035电阻电压/V电感电压/V

由表一中的回路电压与电流的相位差可画出RL串联电路相频特性曲线如下图所示。

RL串联电路相频特性曲线10080电压/Vφ/度60402000246频率f/kHZ81012φ/度

由RL串联电路的幅频特性和相频特性曲线可知，当回路总电压一定时，随着频率f的增大，电感电压UL逐渐增大,电阻电压UR逐渐减小；当UL?UR时，此时的频率即为电信号的圆频率。 5.2 RC串联电路

以下是实验测得的RC串联电路中电阻电压与电感电压的大小随频率变化的数据，及回路电压与电流的相位差数据。

表二 RC串联电路的幅频、相频特性曲线数据

U=1V f/kHz

C=0.5pF Ur/V Ul/V T/ms

0.1 0.05

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R=1kΩ Δt/×10^-3ms

-20.2 -8.1

φ/度

-72.72 -58.32

10 0.26 0.94 20 0.44 0.82

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25 0.52 0.78 28 0.54 0.74 33 0.58 0.68 35 0.63 0.62 40 0.65 0.56 50 0.68 0.53 70 0.74 0.44 90 0.76 0.36

0.04 0.035714 0.030303 0.028571 0.025 0.02 0.014286 0.011111

-5.5 -4.2 -3.1 -2.5 -1.8 -1.2 -0.8 -0.6

-49.5 -42.336 -36.828 -31.5 -25.92 -21.6 -20.16 -19.44

由上表中的电阻电压与电感电压的大小随频率变化的数据可画出RC串联电路 的幅频特性曲线如下图所示。

RC串联电路幅频特性曲线10.8电压/V0.60.40.200204060频率f/kHZ80100电阻电压/V电容电压/V

由表二中的回路电压与电流的相位差可画出RC串联电路相频特性曲线如下图所示.。

RC串联电路相频特性曲线0-100-20-30-40-50-60-70-8024681012φ/度φ/度频率f/kHZ

6.实验结论

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