3exp串联谐振电路实验.doc

实验三 串联谐振电路 ?理论 一、实验原理 RLC串联电路如图7.1所示，改变电路参数L、C或电源频率时，都可能使电路发生谐振。 该电路的阻抗是电源角频率的函数 （7-1） 当时，电路中的电流与激励电压同相，电路处于谐振状态。 谐振角频率，谐振频率。 谐振频率仅与元件的数值有关，而与电阻和激励电源的角频率无关， 当时，电路呈容性，阻抗角＜0；当时，电路呈感性，阻抗角＞0。 电路处于谐振状态时的特性： 回路阻抗，为最小值，整个回路相当于一个纯电阻电路。 回路电路I0的数值最大， 电阻的电压UR的数值最大, 电感上的电压UL与电容上的电压UC数值相等，相位相差。 电路的品质因数Q和通频带B 电路发生谐振时，电感上的电压(或电容上的电压)与激励电压之比称为电路的品质因数Q，即 （7-2） 定义回路电流下降到峰值的0.707时所对应的频率为截止频率，介于两截止频率间的频率范围为通频带。 （7-3） 谐振曲线 电路中电压与电流随频率变化的特性称频率特性，它们随频率变化的曲线称频率特性曲线，也称谐振曲线。 在固定的条件下： 改变电源角频率，可得到图7.2响应电压随电源角频率变化的谐振曲线，回路电流与电阻电压成正比。从图中可以看到，UR的最大值在谐振角频率ω0处，此时UC=UL=QU。UC的最大值在ωω0处， UL的最大值在ωω0处。 图7.3则表示经过归一化处理后不同值时的电流频率特性曲线。从图中可以看：值愈大，曲线尖峰值愈峻端，其选择性就愈好，但电路的通过的信号频带越窄，即通频带越窄。 注意，只有当时，和曲线才出现最大值，否则将单调下降趋于0，将单调上升趋于US。 二、实验方法 测量电路谐振频率fO的方法 方法1 维持信号源的输出幅度不变，令信号源的频率由小逐渐变大，测量R两端的电压UR，当UR的读数为最大时，读得的频率值即为电路的谐振频率fo。 方法2 根据电路发生谐振时，输入信号和电阻电压相位一致的特性，将这两路信号分别接入示波器的两个通道，并把示波器设定在X-Y模式。调节输入信号发生器的信号频率，可以在示波器上看到一个极距变化的椭圆，当椭圆变成一条直线时，此时的电路发生了谐振，输入信号的频率就是谐振频率。 上述方法1、2均要注意信号源与电阻共地 频率特性曲线的测量 按图7.1组成监视﹑测量电路，用交流毫伏表测电压，用示波器监视信号源输出 ，令其输出电压Us≤3V，并保持不变。在谐振点两侧，按频率递增或递减500Hz到1KHz，依次各取8个测量点，逐点测出I，UR，UL，UC之值，根据数据绘制曲线。 电路回路的品质因数Q的测量 测量电路发生谐振时的信号源输出电压US与电感电压UL值，根据式7-2计算回路的品质因数Q。 电流谐振曲线的测量 令电路中的L、C和信号源电压不变，改变R的值将得到不同的Q值，测量不同Q值下的电流谐振曲线。 三﹑实验注意事项?? 频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点，频率特性上最大值点不能遗漏。 在变换频率测试前，应调整信号输出幅度（用示波器监视输出幅度），使其保持不变。 在测量UC和UL数值前，应将毫伏表的量限量改大约十倍，而在测量UL与UC时，毫伏表的“+”端接C与L的公共点，其接地端分别取L和C的近地端。 利用式7-2计算Q的理论值时，要记入电感的阻值。 基础实验 一、实验目的， 掌握谐振频率的测量方法 理解电路品质因数Q和通频带的物理意义及其测定方法。 测定RLC串联谐振电路的频率特性曲线 二、实验仪器与器件 低频信号发生器 交流毫伏表 双踪示波器 万用表 电阻、电感、电容若干(电阻100Ω、400Ω,电感10mH、4.7mH, 电容47nF)，可变电阻。 三、预习要求 根据所选择的元件参数值，估算电路的谐振频率。 思考电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中R的数值是否响影谐振频率值。 如何判别电路是否发生谐振?测试谐振点的方案有哪些? 电路发生串联谐振时，为什么输入电压不能太大，如果信号源给出3V的电压， 电路谐振时，用交流毫伏表测UL、UC，应该选择用多大的量限？ 要提高R、L、C串联电路的品质因数，电路参数应如何改变？ 根据实验步骤，设计实验数据记录表格 四、实验内容 测量元件值，计算电路谐振频率和品质因数Q的理论值。 根据图7.1连接电路，信号电压（有效值）= 1V。 用两种不同方法测量电路的f0值。注意点如前 随频率变化，测量电阻电压、电感电压、电容电压、电流的值。 注意：做这一