RLC串联谐振电路的研究).ppt

RLC串联谐振的研究 一、实验目的 1、观察串联电路谐振现象，加深对谐振条件和特点的理解； 2、学习RLC串联电路频率特性曲线的测定方法。 二、实验原理 1、RLC串联谐振电路及其条件 由电阻、电感和电容元件串联组成 的一端口网络如图1所示。该网络的 等效阻抗： 是电源频率的函数。我们调节电源频率或电路参数，使XL=XC，电流和电压Ui同相位，电路的这种状态称为谐振。因为是RLC串联电路发生的谐振，所以又称为串联谐振. 图 1 谐振角频率为： 谐振频率为： 由： 显然，谐振频率只与电路参数L和C有关，而与电阻R和电源的频率无关。要实现电路谐振，可通过分别调整电源频率f、电感L、电容C来使电路发生谐振.本实验是固定电感L和电容C。改变电源频率f，使电路发生谐振。 2、RLC串联谐振时电路的主要特点 （1）阻抗最小 Z=R，电路呈现电阻性，电源电压与回路电流的相位差为零。 （2）当电源电压Ui一定时，电流最大 ，I0为串联谐振电流。 （3）谐振时由于XL=XC，所以电路中UL=UC大小相等，相位相反，相互抵消，电源电 压 。 （4）若XL=XCＲ，则UL=UCUi。 3、品质因数Q 谐振时电感上的电压UL（或电容上的电压UC）与输入信号电源US之比为电路的品质因数Q 。 当电路的电感L和电容C保持不变时， Q值由电路中的总电阻决定，电阻R越小，品质因数Q越大。 4、RLC串联电路的频率特性( 幅频特性曲线和通用幅频特性曲线) 在图1所示电路中，若电源电压有效值不变而频率f改变时，电路中感抗、容抗随之变化 ，电路中的电流也随频率f变化而变化。电流随频率变化的曲线称为电流谐振曲线，亦称幅频特性，如图2所示。 图 2 图 1 为了反映一般情况，通常研究电流比I/I0和角频率比ω/ω0之间的函数关系，即通用幅频特性曲线，其表达式为: 图3（b）是不同Q值的通用幅频特性曲线。幅频特性曲线可以通过计算得出或用实验方法得出。 图3 R、L、C串联谐振电路的特性曲线 当f=f0时，电流最大I=I0。当ff0或ff0电流II0。当电路的电流为谐振电流的 即 时，在谐振曲线上对应的两个频率fH和fL之间的范围,称为电路的通频带fBW。 通频带 说明通频带的大小与品质因数Q有关。Q值越大，通频带越窄，谐振曲线越尖锐，电路的选择性越好。在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关 。 1、测量RLC串联电路的电流幅频特性曲线 （1）在实验台上自选电路R、L、C参数（取Q=1.5或Q=5），与信号源组成RLC串联电路(如图4所示)，调节信号发生器输出端电压为一定值（5V用示波器测取均方根值或交流电压表测取)。 三、实验内容 测试孔 50 Ω 输 出 端 200 Ω 函 数 发 生 器 CH1 CH2 示 波 器 图4-1 + - uC + - urL + - ur 500mH 10 F μ ~ 5V 有效值 I 图4 R、L、C串联谐振电路 （2）先找出电路的谐振频率，其方法是，令信号源的频率由小逐渐变大（注意要维持信号源的输出幅度不变），当UO（即UＲ）的读数为最大时，所对应的频率值即为电路的谐振频率。 （3）保持电压有效值为5V不变，逐步改变信号的频率（先小后大），并记下不同频率时的电阻上的电压，计算出电流值。 （4）改变电阻R的值（即改变Q值），重做上述实验。　 表1 　 RLC串联电路幅频特性数据记录表 f （Hz) f0= 　ＵＲ（Ｖ） I （mA） 表２ 　RLC串联电路相频特性曲线数据记录表 f （Hz) f0= 　Ф 2、测量RLC串联谐振（参数不变）的相频特性曲线。 改变频率，分别测试不同频率时，电压和电流的之间的相位差，将测试结果记录在表格1中。 四、注意事项 1、信号发生器的输出不能短路，其接地端与示波器的接地端要相连（称共地)。 2、测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点，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），应维持5V不变。 五、实验报告要求 1、根据实验数据，绘制所测电路的幅频特性曲线与相频特性曲线。 2、通过实验总结RLC串联谐振电路的主要特点