电路实验6.RLC串联谐振.ppt

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1、实验六RLC串联谐振电路的研究 一、实验目的一、实验目的1.学学习习用用实实验验方方法法绘绘制制R、L、C串联电路的幅频特性曲线。串联电路的幅频特性曲线。2.加深理解电路发生谐振的条件、加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路特点，掌握电路品质因数（电路Q值）的物理意义及其测定方法。值）的物理意义及其测定方法。二、实验原理二、实验原理 1、谐振电路的组成、谐振电路的组成 当当含含有有电电感感L、电电容容C的的一一端端口口网网络络的的端端口口电电压压与与端端口口电电流流同同相相位位，呈呈现现电电阻阻性性质质时时，则则称称该该一一端端口口网网络络处处于于谐谐振振状状态态。通通过过调

2、调节节网网络络参参数数或或电电源源频频率率，能能发发生生谐谐振振的的电电路路，称称为为谐谐振振电电路路。谐谐振振是是线线性性电电路路在在正正弦弦稳稳态态下下的的一一种种特特定定的的工工作作状状态。态。2、电路谐振的条件、电路谐振的条件由电阻由电阻R、电感电感L和电容和电容C串联组成的一端口串联组成的一端口网络如图网络如图1所示，该网络的等效复阻抗所示，该网络的等效复阻抗是是电电源源频频率率的的函函数数。根根据据谐谐振振的的定定义义，当当发发生生谐谐振振时时，其其端端口口电电压压与与端端口口电电流流同同相相位位。满足此条件的复阻抗的虚部应该为零，即满足此条件的复阻抗的虚部应该为零，即亦即亦即得到

3、谐振角频率为得到谐振角频率为，有，有3、谐振电路的特性、谐振电路的特性电电路路达达到到谐谐振振时时，XLXc，电电路路呈呈纯纯阻阻性性，电电路路阻阻抗抗的的模模为为最最小小。在在输输入入电电压压U Ui i为为定定值值时时，电电路路中中的的电电流流达达到到最最大大值值，且且与与输输入入电电压压Ui同同相相位位。从从理理论论上上讲讲，此此时时 UiURUO，ULUcQUi，有有式中的式中的Q 称为电路的品质因数。称为电路的品质因数。在电路的在电路的L、C和信号源和信号源Us不不变的情况下，变的情况下，不同的不同的R值将得值将得到不同的到不同的Q值，值，如图如图2 2所示，所示，Q值越大，曲线值越

4、大，曲线越尖锐，通频越尖锐，通频带越窄，电路带越窄，电路的选择性越好。的选择性越好。4、品质因数、品质因数Q的测量方法的测量方法一一是是根根据据公公式式 测测定定，Uc与与UL分分别别为谐振时电容器为谐振时电容器C和电感线圈和电感线圈L上的电压。上的电压。另另一一方方法法是是通通过过测测量量谐谐振振曲曲线线的的通通频频带带宽宽度度ff2f1，再再根根据据 求求出出Q值值。式式中中fo为为谐谐振振频频率率，f2和和f1是是失失谐谐时时，亦亦即即输输出出电电压压的的幅幅度度下降到最大值的下降到最大值的0.707倍时的上、下频率点。倍时的上、下频率点。三、实验内容和步骤三、实验内容和步骤1、实验设备

5、、实验设备图图3、实验单元、实验单元HE-15的串联谐振电路的串联谐振电路图图4、正弦信号从虚拟信号发生器输出，输出线使用、正弦信号从虚拟信号发生器输出，输出线使用双鳄鱼夹信号线，输出到谐振电路的激励端口上双鳄鱼夹信号线，输出到谐振电路的激励端口上 在虚拟信号发生器输出有效值在虚拟信号发生器输出有效值3V的正弦信号的正弦信号图图5、真有效值交流、真有效值交流毫伏表，用来测量电毫伏表，用来测量电路中的电压。路中的电压。1、在、在 不了解实验电不了解实验电压大小的情况下，应压大小的情况下，应先选择较大量程，测先选择较大量程，测量时逐步切换至合适量时逐步切换至合适量程；量程；2、L、C上的电压大上的

6、电压大于于R上电压，测量时上电压，测量时应注意切换量程；应注意切换量程；3、当电压超量程报、当电压超量程报警时应先拔下输入导警时应先拔下输入导线，然后按复位按钮，线，然后按复位按钮，告警消失后切换至较告警消失后切换至较大量程再进行测量。大量程再进行测量。2、实验步骤、实验步骤(1)(1)利利用用HE-15实实验验箱箱上上的的“R、L、C串串联联谐谐振振电电路路”，按按图图6 6组组成成监监视视、测测量量电电路路。选选C1=0.01F。用用交交流流毫毫伏伏表表测测量量电电压压，用用示示波波器器监监视视信信号号源源输输出出（可选）。令信号源输出电压（可选）。令信号源输出电压Ui=3V，并保持不变。

7、并保持不变。(2)找找出出电电路路的的谐谐振振频频率率f0，其其方方法法是是，将将毫毫伏伏表表接接在在R(200)两两端端，维维持持信信号号源源的的输输出出幅幅度度不不变变，令令信信号号源源的的频频率率由由小小逐逐渐渐变变大大，当当Uo的的读读数数为为最最大大时时，读读得得频频率率计计上上的的频频率率值值即即为为电电路路的的谐谐振振频频率率f0，并并测量测量UC与与UL之值。之值。本步骤的注意事项：本步骤的注意事项：实验电路谐振时实验电路谐振时Uo的大小并不等于输入电压的大小并不等于输入电压f0应至少精确到应至少精确到100Hz测量测量UC和和UL注意及时更换毫伏表的量限注意及时更换毫伏表的量

8、限(3)在谐振点两侧，按频率递增或递减在谐振点两侧，按频率递增或递减500Hz或或1KHz，依次各取依次各取8 个测量点个测量点(即总测量点数为即总测量点数为1717个）个），逐点测，逐点测出出UO，UL，UC之值，记入数据表格。之值，记入数据表格。f(KHz)UO(V)UL(V)UC(V)Ui=3v,C=0.01F,R=200,fo=,f2-f1=,Q=(4)选选C1=0.01F，R2=1K,重复步骤重复步骤2，3的测量过程的测量过程测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点，不必完全拘泥于点，不必完全拘泥于500500或或1 1KHzKHz的频率

9、变化要求的频率变化要求测量测量U UL L与与U UC C时毫伏表的时毫伏表的“”端接端接C C与与L L的公共点，的公共点，其接地端分别触及其接地端分别触及L L和和C C的近地端的近地端N N2 2和和N N1 1。注意观察注意观察U UL L与与U UC C出现最大值的频率与谐振频率出现最大值的频率与谐振频率f0的的关系关系四、注意事项四、注意事项五、思考题五、思考题1.1.根据实验线路板给出的元件参数值，估算根据实验线路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率。电路的谐振频率。2.2.改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中电路中R的数值是否影响

10、谐振频率值？的数值是否影响谐振频率值？3.3.如何判别电路是否发生谐振如何判别电路是否发生谐振?测试谐振点的测试谐振点的方案有哪些方案有哪些4.4.电路发生串联谐振时，为什么输入电压不电路发生串联谐振时，为什么输入电压不能太大，能太大，如果信号源给出如果信号源给出3V的电压，电路的电压，电路谐振时，用交流毫伏表测谐振时，用交流毫伏表测UL和和UC，应该选应该选择用多大的量限？择用多大的量限？5.5.要提高要提高R、L、C串联电路的品质因数，电串联电路的品质因数，电路参数应如何改变路参数应如何改变6.6.本实验在谐振时，对应的本实验在谐振时，对应的UL与与UC是否相等是否相等？如有差异，原因何在？如有差异，原因何在？