RLC串联谐振实验.ppt

长江大学 龙从玉12 2、RLCRLC串联谐振串联谐振串联谐振串联谐振实验实验实验实验原理原理原理原理五五五五、RLCRLC串联谐振实验串联谐振实验串联谐振实验串联谐振实验2022/12/31C C0.01ufL L10mH 60RR200Ru us su uR RV=?uiui图图图图-1 RLC-1 RLC串联谐振电路串联谐振电路串联谐振电路串联谐振电路 龙龙龙龙 AC Volts+5.85AC Volts+4.252.12.1 、RLCRLC串联电路串联电路串联电路串联电路 (如图如图如图如图-1)1)在在在在RLCRLC串联正弦串联正弦串联正弦串联正弦交流电路交流电路交流电路交流电路中，中，中，中，改变改变改变改变激励激励激励激励信号频率信号频率信号频率信号频率（或或或或电路参电路参电路参电路参数数数数），电路中的），电路中的），电路中的），电路中的容抗容抗容抗容抗X XC C与与与与感抗感抗感抗感抗X XL L随之改变。随之改变。随之改变。随之改变。当当当当X XL L=X XC C，响应，响应，响应，响应电流电流电流电流与激励与激励与激励与激励信号信号信号信号电压电压电压电压同相位同相位同相位同相位，电路的这种，电路的这种，电路的这种，电路的这种状态称为状态称为状态称为状态称为串联谐振串联谐振串联谐振串联谐振。1 1、实验目的实验目的实验目的实验目的1.11.1、加深加深加深加深对对对对RLCRLC串联谐振串联谐振串联谐振串联谐振电路电路电路电路特性特性特性特性的的的的理解理解理解理解。1.21.2、掌握掌握掌握掌握RLCRLC串联电路串联电路串联电路串联电路谐振频率谐振频率谐振频率谐振频率、带宽带宽带宽带宽及及及及QQ值值值值的的的的测定方法测定方法测定方法测定方法。1.31.3、观察、观察、观察、观察分析分析分析分析电路电路电路电路参数参数参数参数对电路对电路对电路对电路谐振特性谐振特性谐振特性谐振特性的的的的影响影响影响影响。长江大学 龙从玉22.32.3、RLCRLC串联串联串联串联谐振谐振谐振谐振时时时时电路电路电路电路的主要的主要的主要的主要特点特点特点特点：1 1）串联谐振）串联谐振）串联谐振）串联谐振阻抗阻抗阻抗阻抗最小最小最小最小，Z Z=R R，电路呈现电阻性。，电路呈现电阻性。，电路呈现电阻性。，电路呈现电阻性。串联谐振串联谐振串联谐振串联谐振电流电流电流电流最大最大最大最大，I I=I IOO ，I IOO=UiUi/R R 。2 2）串联谐振中）串联谐振中）串联谐振中）串联谐振中总电阻总电阻总电阻总电阻电压电压电压电压=电源电压电源电压电源电压电源电压，即，即，即，即U UR R总总总总=UiUi 。因因因因(X(XL L=X=XC C)，所以电路中，所以电路中，所以电路中，所以电路中U UL L=U UC C大小大小大小大小相等相等相等相等，因，因，因，因相位相反相位相反相位相反相位相反抵消）抵消）抵消）抵消）。3 3）串联谐振电路的品质因数）串联谐振电路的品质因数）串联谐振电路的品质因数）串联谐振电路的品质因数QQ值值值值,当当当当X XL L=X XC CR R，则，则，则，则U UL L=U UC CU Ui i 。串联谐振的。串联谐振的。串联谐振的。串联谐振的QQ值值值值=U UC C(或或或或U UL L)与与与与UiUi之比。当之比。当之比。当之比。当L L、C C不变不变不变不变时，时，时，时，QQ值由电路中的总电阻决定，电阻值由电路中的总电阻决定，电阻值由电路中的总电阻决定，电阻值由电路中的总电阻决定，电阻R R越小，品质因数越小，品质因数越小，品质因数越小，品质因数QQ越大。越大。越大。越大。2022/12/312.22.2、串联谐振频率串联谐振频率串联谐振频率串联谐振频率:显然，显然，显然，显然，谐振频率谐振频率谐振频率谐振频率只与电路参数只与电路参数只与电路参数只与电路参数L L和和和和C C有关有关有关有关，而与电阻，而与电阻，而与电阻，而与电阻R R无关无关无关无关。调整调整调整调整L L、C C、f f中的任何一个量，都能产生谐振。本实验是采用中的任何一个量，都能产生谐振。本实验是采用中的任何一个量，都能产生谐振。本实验是采用中的任何一个量，都能产生谐振。本实验是采用改变改变改变改变频率频率频率频率f f的方法来实现谐振的。的方法来实现谐振的。的方法来实现谐振的。的方法来实现谐振的。实验实验实验实验计算式计算式计算式计算式理论理论理论理论计算式计算式计算式计算式长江大学 龙从玉34 4）RLCRLC串联串联串联串联电路电路电路电路通频带通频带通频带通频带f fBWBW 在串联谐振的在串联谐振的在串联谐振的在串联谐振的幅频曲线幅频曲线幅频曲线幅频曲线中中中中 当当当当f f=f f0 0时，电流时，电流时，电流时，电流I I0 0=I Iomaxomax当当当当ffff0 0或或或或ffff0 0电流电流电流电流IIII0 0。电。电。电。电路的电流路的电流路的电流路的电流I I=0.707=0.707I IOmOm时，在谐时，在谐时，在谐时，在谐振曲线上对应的上限频率振曲线上对应的上限频率振曲线上对应的上限频率振曲线上对应的上限频率f fH H和下限频率和下限频率和下限频率和下限频率f fL L。电路的通频带电路的通频带电路的通频带电路的通频带f fBWBW :通频带的大小与品质因数通频带的大小与品质因数通频带的大小与品质因数通频带的大小与品质因数QQ有关。有关。有关。有关。QQ值越值越值越值越大大大大，通频带通频带通频带通频带越越越越窄窄窄窄，谐振曲线越尖锐，电路的选择性越好。谐振曲线越尖锐，电路的选择性越好。谐振曲线越尖锐，电路的选择性越好。谐振曲线越尖锐，电路的选择性越好。图图图图-2 RLC-2 RLC串联谐振串联谐振串联谐振串联谐振的的的的特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线2022/12/31URUR频率频率幅频曲线幅频曲线电压电压5 5）RLC RLC串联电路的串联电路的串联电路的串联电路的相频特性相频特性相频特性相频特性：当：当：当：当激励激励激励激励信号信号信号信号频率频率频率频率f f=f f0 0时，响时，响时，响时，响应电流应电流应电流应电流i i(u(uR R)的的的的相位相位相位相位与激励电压与激励电压与激励电压与激励电压uiui同相位同相位同相位同相位，即即即即=0=00 0。当当当当 f f f f0 0，响应电流，响应电流，响应电流，响应电流i i(u(uR R)的相位的相位的相位的相位超前超前超前超前，反之则反之则反之则反之则落后落后落后落后。U URMaxRMax0.7U0.7URMaxRMaxf fL Lf fH H相频曲线相频曲线 0 0相位相位URURfofo2022/12/31长江大学 龙从玉42.42.4、RLCRLC串联谐振串联谐振串联谐振串联谐振实验的实验的实验的实验的测量方法测量方法测量方法测量方法：1 1）用交流伏安法测定电感元件中的电感用交流伏安法测定电感元件中的电感用交流伏安法测定电感元件中的电感用交流伏安法测定电感元件中的电感,用直流法测量电感用直流法测量电感用直流法测量电感用直流法测量电感中的电阻。中的电阻。中的电阻。中的电阻。2 2）以以以以交流信号电压交流信号电压交流信号电压交流信号电压uiui激励激励激励激励（初相位参照），以电路（初相位参照），以电路（初相位参照），以电路（初相位参照），以电路电流电流电流电流i i(u(uR R)为为为为响应响应响应响应。测量电路测量电路测量电路测量电路的的的的谐振频率谐振频率谐振频率谐振频率。判据判据判据判据：电阻上获电阻上获电阻上获电阻上获电压电压电压电压最大值最大值最大值最大值u uR Rmaxmax；u uR R与与与与uiui同相位同相位同相位同相位。C C0.01uf0.01ufL L10mH 10mH 60R60RR R200R200Rususu uR R信号源信号源信号源信号源uiuiAC Volts+7 7.0707AC Volts+5.0+5.00 0AC Vdts+25.025.0A C Volts+26.026.0.3 3）用）用）用）用示波器示波器示波器示波器测量测量测量测量ucuc或或或或u uL L时，时，时，时，应将应将应将应将被测元件被测元件被测元件被测元件与与与与电阻电阻电阻电阻调换位调换位调换位调换位置并置并置并置并接地接地接地接地，再，再，再，再作作作作测量测量测量测量。图图图图-3-3 RLC串联谐振测量电路串联谐振测量电路长江大学 龙从玉53.13.1 、RLCRLC串联电路串联电路串联电路串联电路谐振频率谐振频率谐振频率谐振频率f f与与与与品品品品质因数质因数质因数质因数QQ值值值值的的的的测量测量测量测量。1 1）根据图）根据图）根据图）根据图-4-4电路图连接实验电路电路图连接实验电路电路图连接实验电路电路图连接实验电路取电感取电感取电感取电感L=10mHL=10mH、电容、电容、电容、电容C=0.01ufC=0.01uf，分别取分别取分别取分别取R1=200R1=200、R2=1KR2=1K。取取取取正弦信号正弦信号正弦信号正弦信号电压电压电压电压uippuipp=10V10V。2 2）改变信号源频率）改变信号源频率）改变信号源频率）改变信号源频率f f，使电阻电压，使电阻电压，使电阻电压，使电阻电压为最大值，找到并测量为最大值，找到并测量为最大值，找到并测量为最大值，找到并测量RLCRLC串联电串联电串联电串联电路的路的路的路的谐振频率谐振频率谐振频率谐振频率f f、谐振电压及、谐振电压及、谐振电压及、谐振电压及品质品质品质品质因数因数因数因数QQ的实验值。的实验值。的实验值。的实验值。2022/12/31表表表表-1 RLC-1 RLC串联谐振频率及电路品质因数串联谐振频率及电路品质因数串联谐振频率及电路品质因数串联谐振频率及电路品质因数QQ值的测量值的测量值的测量值的测量电容电容电容电容ufuf电感电感电感电感mHmH电阻电阻电阻电阻谐振频率谐振频率谐振频率谐振频率fo/Khzfo/Khz谐振电压谐振电压谐振电压谐振电压v/vv/vQQ值值值值计算值计算值计算值计算值测量值测量值测量值测量值U UROROU ULOLOU UCOCO计算值计算值计算值计算值实验值实验值实验值实验值0.010.0110102002000.010.0110101K1KC C0.01ufL L10mH 60RR1200RuRuiAMFM+-图图图图-4 RLC-4 RLC串联谐振实验电路串联谐振实验电路串联谐振实验电路串联谐振实验电路将实验数据记录将实验数据记录将实验数据记录将实验数据记录 在表在表在表在表-1-1中。中。中。中。品质因数品质因数品质因数品质因数实验值实验值实验值实验值 QQ=U UCOCO/U Ui i3 3、实验内容实验内容实验内容实验内容与与与与实验步骤实验步骤实验步骤实验步骤长江大学 龙从玉63.23.2、以电路的、以电路的、以电路的、以电路的谐振频率谐振频率谐振频率谐振频率f fOO为为为为中心中心中心中心，提升提升提升提升(下调下调下调下调)信号信号信号信号频率频率频率频率，使，使，使，使U UR R=0.70.7U URORO，测定测定测定测定电路的电路的电路的电路的上限上限上限上限f fH H(下限下限下限下限f fL L)频率频率频率频率并并并并计算通频带计算通频带计算通频带计算通频带。3.33.3、分别在、分别在、分别在、分别在RLCRLC串联电路串联电路串联电路串联电路的的的的f fL L、f fOO、f fH H两侧各两侧各两侧各两侧各取取取取测量测量测量测量频率点频率点频率点频率点，测量测量测量测量各各各各电压电压电压电压。测量测量测量测量相应的相应的相应的相应的周期周期周期周期T T及及及及U UR R相差时间相差时间相差时间相差时间t t，计算计算计算计算响应电响应电响应电响应电流的流的流的流的相位差角相位差角相位差角相位差角 。并记录在表。并记录在表。并记录在表。并记录在表-2-2中。中。中。中。激励电压与相应电流的相位差测量法如下图激励电压与相应电流的相位差测量法如下图激励电压与相应电流的相位差测量法如下图激励电压与相应电流的相位差测量法如下图-5-5。2022/12/313 3、实验内容实验内容实验内容实验内容与与与与实验步骤实验步骤实验步骤实验步骤图图图图-5-5 RLCRLC串联串联串联串联电路电路电路电路相位差相位差相位差相位差的的的的测量测量测量测量示意图示意图示意图示意图0 0u ut tT T t tuiuiu uRRuiui：激励电压激励电压激励电压激励电压信号信号信号信号u uRR：电阻电压电阻电压电阻电压电阻电压与与与与电流电流电流电流同相位同相位同相位同相位。相位差角相位差角相位差角相位差角 =3603600 0*t/Tt/T长江大学 龙从玉72022/12/31表表表表-2 RLC-2 RLC串联电路串联电路串联电路串联电路频率特性频率特性频率特性频率特性测量测量测量测量表表表表 L=10mHL=10mH C=0.01uC=0.01u R=200R=200信号信号信号信号频率频率频率频率/Khz/Khz8 8f fL L=12121414f f0 0=1616 1818f fH H=23232828周期周期周期周期/ms/ms幅频特性幅频特性幅频特性幅频特性电压电压电压电压(V)(V)U UR R7 71 10 07 7U UL LUcUc相频特性相频特性相频特性相频特性时间差时间差时间差时间差t t0 0相位差相位差相位差相位差/0 0+.0 0-特性参数特性参数特性参数特性参数 品质因数品质因数品质因数品质因数QQ=通频带通频带通频带通频带f fBWBW=注意注意注意注意：RLCRLC电路电路电路电路的的的的总电阻总电阻总电阻总电阻R R总总总总=R R+R RL L+R RC C3 3、实验内容实验内容实验内容实验内容与与与与实验步骤实验步骤实验步骤实验步骤3.43.4、根据表、根据表、根据表、根据表-2-2的的的的实验实验实验实验测量测量测量测量数据数据数据数据 ，在坐标纸上，在坐标纸上，在坐标纸上，在坐标纸上做出做出做出做出RLCRLC串联串联串联串联谐谐谐谐振电路振电路振电路振电路 的的的的幅频曲线幅频曲线幅频曲线幅频曲线与与与与相频曲线图相频曲线图相频曲线图相频曲线图。做法参见图做法参见图做法参见图做法参见图-2-2 。（略）。（略）。（略）。（略）长江大学 龙从玉82022/12/314.14.1、被测量被测量被测量被测量器件器件器件器件必须有一端必须有一端必须有一端必须有一端接地接地接地接地！4.24.2、改变改变改变改变信号信号信号信号频率频率频率频率时，必须时，必须时，必须时，必须保持保持保持保持其输出其输出其输出其输出电压不变电压不变电压不变电压不变！4.34.3、电路的总电阻、电路的总电阻、电路的总电阻、电路的总电阻R R总总总总=电阻电阻电阻电阻元件元件元件元件电阻电阻电阻电阻R R+电感电感电感电感元件元件元件元件电阻电阻电阻电阻R RL L。因。因。因。因此，此，此，此，实测实测实测实测电阻电阻电阻电阻电压电压电压电压还需还需还需还需折算折算折算折算成电路成电路成电路成电路总电阻电压总电阻电压总电阻电压总电阻电压！4.44.4、测量测量测量测量响应信号响应信号响应信号响应信号相位差相位差相位差相位差（相频特性）时，先（相频特性）时，先（相频特性）时，先（相频特性）时，先测量测量测量测量信号信号信号信号周期周期周期周期T T，再，再，再，再测量相位差测量相位差测量相位差测量相位差时间时间时间时间t t。计算计算计算计算谐振电路谐振电路谐振电路谐振电路相位差相位差相位差相位差的的的的实验值实验值实验值实验值！4 4、实验注意事项实验注意事项实验注意事项实验注意事项5.15.1、绘制出、绘制出、绘制出、绘制出RLCRLC串联谐振实验电路图，标注电路元件参数。串联谐振实验电路图，标注电路元件参数。串联谐振实验电路图，标注电路元件参数。串联谐振实验电路图，标注电路元件参数。5.25.2、阐述、阐述、阐述、阐述实验原理实验原理实验原理实验原理、实验、实验、实验、实验内容内容内容内容与实验与实验与实验与实验步骤步骤步骤步骤，计算，计算，计算，计算RLCRLC串联谐串联谐串联谐串联谐振电路的振电路的振电路的振电路的谐振频率谐振频率谐振频率谐振频率f f0 0、品质因数品质因数品质因数品质因数QQ值及值及值及值及通频带通频带通频带通频带f fBWBW的理论值，完的理论值，完的理论值，完的理论值，完整记录实验数据表格。整记录实验数据表格。整记录实验数据表格。整记录实验数据表格。5.35.3、根据实验数据，在同一坐标系中绘制、根据实验数据，在同一坐标系中绘制、根据实验数据，在同一坐标系中绘制、根据实验数据，在同一坐标系中绘制电容性电容性电容性电容性与与与与电感性电感性电感性电感性两两两两种种种种QQ值值值值RLCRLC串联谐振电路的串联谐振电路的串联谐振电路的串联谐振电路的幅频曲线幅频曲线幅频曲线幅频曲线与与与与相频曲线图相频曲线图相频曲线图相频曲线图。5.45.4、说明、说明、说明、说明QQ值值值值的大小对的大小对的大小对的大小对特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线的的的的影响影响影响影响情况。情况。情况。情况。5 5、实验报告要求实验报告要求实验报告要求实验报告要求长江大学 龙从玉92022/12/31在在在在RLCRLC串联谐振串联谐振串联谐振串联谐振实验中，当实验中，当实验中，当实验中，当RLCRLC串联电路发生串联电路发生串联电路发生串联电路发生谐振时谐振时谐振时谐振时，是是是是否有否有否有否有U UR R=U US S和和和和U UC C=U UL L?若不成立，若不成立，若不成立，若不成立，试试试试分析其原因分析其原因分析其原因分析其原因。6 6、思考思考思考思考题题题题