实验四RLC串联谐振电路.ppt

电工电子技术实验(实验4) 上海理工大学电工电子实验中心 实验四 RLC串联谐振电路 一 实验目的 1.研究RLC串联电路的特点，观察谐振现象，验证谐振条件，加 深对谐振电路的理解。 2.测定串联电路中I, UC ，UL与频率的关系曲线。 3.加深理解串联谐振电路的频率特性和品质因数的物理意义。 4.进一步掌握交流电压表和交流电流表的使用方法。 二 预习要求 1.复习RLC串联电路的理论知识。 2.掌握串联谐振电路的特点。 3.实验前根据给定参数，从理论上计算出谐振频率f0，以便比较 。 三 实验原理 1. RLC串联电路 在图1所示的R、L、C串联电路中，当 正弦交流信号源的频率f改变而幅值维持不 变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电 路中的电流也随f而变： 当L=1/C时，电路产生谐振，谐振频率: 当输入电压幅值维持不变时，在不同信 号频率的激励下，可以绘制出以f为横坐标， 以电流I为纵坐标的曲线，即电流谐振曲线， 如图2所示。 Q值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好。 2.谐振电路的品质因数 RLC串联谐振电路品质因数Q的定义为： 3.串联谐振时的特征 (1)阻抗Z0=R+r为最小，且是纯电阻性的； (2)感抗与容抗相等，即XL=XC； (3)谐振电流I与输入电压Ui同相位，数值上最大； (4)当XL=XCR时，UL0=UC0=QUi，当Q值很大时，UL=UCUi，称之为过 电压现象。 四 实验任务 1.设计一RLC串联电路，要求电阻为100欧姆，电容为1微法，电感为 100豪亨。函数信号源输出正弦电压，幅值固定，改变其频率(注意保 持输出电压不变) ，可观测到电流由小变大，后来又由大变小的情况 ，电流最大时的频率就是谐振频率，选择89个不同的f值(在f0处附 近多测几点)，用交流表测出对应各频率下的I、UR 、UC 、UL值，填入 表1中，作谐振曲线，并计算Q值。 v 实验中注意点 6V (1)交流电路实验电源操作规范。 (2)函数电源和电路元件的取用。 (3)数据采集方法： (4)由于信号源内阻的影响，在调节 输出频率时，会使电路外阻抗发生改 变，从而引起信号源输出电压电流发 生变化，所以每次调频后，应重新调 节输出幅度，使实验电路的输入电压 保持不变。 将函数电源电压调节到6V； 将函数电源的频率调节到理论的谐振 频率(f0=503HZ)； 调节函数电源的频率旋钮，通过电流 表观察电路中的电流，在理论的谐振频 率附近找到电路中电流的峰值，该电流 的峰值所对应的频率值即为实际的谐振 频率。 以实际的谐振频率为中心，向频率递 增和递减两个方向，间距为50HZ左右， 采集四组数据。 串联谐振电路器件 2.将100欧姆电阻改变为400欧姆，保持U不变，重复上述步骤， 测量数据填入表2 。 3.保持400欧姆电阻不变，改变电容，取C=2微法，重复上述步骤 (注意f0已有变化)，测量数据填入表3 。 v 实验中注意点 (1)数据采集方法： 将函数电源电压调节到6V； 将函数电源的频率调节到理论的谐振 频率(f0=356HZ)； 调节函数电源的频率旋钮，通过电流表 观察电路中的电流，在理论的谐振频率附近 找到电路中电流的峰值。 在电流的峰值所对应的频率附近，调节 函数电源的频率旋钮，通过电压表测量电阻 上的电压，电压值最接近函数电源的输出电 压值时的频率即为实际的谐振频率。 以实际的谐振频率为中心，向频率递增 和递减两个方向，间距为50HZ左右，采集四 组数据。 6V 五 实验总结 1. 实验数据分析： 根据串联电容电路所给的参数，计算谐振时 f0、Z0、I0值与测得对应值进行比较，并简单分析误差原因 。 2.根据实验所测得数据分析串联谐振特点，并绘制曲线。 3.在RLC串联电路中，谐振时UC 与UL是否相等，为什么？ UR 与U 是否相同，为什么？ 4.说明f低于时f0和高于f0时，RLC串联电路是电容性还是电感性 。 5.分析电路发生谐振时能量的消耗与互换情况。 六 注意事项 1.严格遵守电工实验安全操作条例。 2.实验前、后应注意交流电源回零问题。 3.做完实验后,应先将电容开关断开。 4.实验时，电流表应串联，电压表应并联，电路发生谐振时， 电容和电感上可能出现过电压、应注意合理选择量程，切勿使 电