串联谐振电路实验报告.doc

实验三：串联谐振电路一、实验目的：1.加深对串联谐振电路条件及特性的理解。2.掌握谐振频率的测量方法。3.理解电路品质因数及通频带的物理意义和其测定方法。4.测定RLC串联谐振电路的频率特性曲线。二、实验原理：RLC串联电路如图所示，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：Z=R+j(L-1/C)当L-1/C=0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0 =1/，谐振频率f0=1/2。谐振频率仅与原件L、C的数值有关，而与电阻R和激励电源的角频率无关，当0时，电路呈容性，阻抗角0时，电路呈感性，阻抗角0。1、 电路处于谐振状态时的特性。（1）、回路阻抗Z0=R,| Z0|为最小值，整个回路相当于一个纯电阻电路。（2）、回路电流I0的数值最大，I0=US/R。（3）、电阻上的电压UR的数值最大，UR =US。（4）、电感上的电压UL与电容上的电压UC数值相等，相位相差180，UL=UC=QUS。2、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：Q=UL（0）/ US= UC（0）/ US=0L/R=1/R*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，即：B=f0/Q2、 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US、R、L、C固定的条件下，有I=US/UR=RI=RUS/UC=I/C=US/CUL=LI=LUS/改变电源角频率，可得到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0处，此时，UL=UC=QUS。UC的最大值在0处。图表示经过归一化处理后不同Q值时的电流频率特性曲线。从图中（Q1Q21/时，UC和UL曲线才出现最大值，否则UC将单调下降趋于0，UL将单调上升趋于US。三、实验设备与器件1.函数信号发生器（1台）2.示波器（1台）3.交流毫伏表（1只）4.万用表（1只）5.可变电阻：01K（1个）6电阻：1007电容：22nF（1个）8电感：100mH、4.7mH（1个）四、实验内容1.测量元件值，计算电路谐振频率和品质因数Q的理论值Q=UL（0）/Us= Uc（0）/Us=0L/R=1/R=6.74（10mH）和4.62（4.7mH）2. 根据图连接电路，信号电压均方根为1V（即峰-峰值为3V）3随频率变化，测量电阻电压、电感电压、电容电压。记录如下表：测量方法：按图组成监视、测量电压、用交流毫伏表测电压，用示波器监视信号源输出，输出电压为3V，保持不变。按一定频率值测量UR、UL、Uc的值，根据数据绘制曲线。表1：实测RLC电路响应的谐振曲线的测量10mH电感频率f/kHz51010.510.610.710.810.9111520电阻UR/mV220441448449461441430422201120电感UL/mV970292029302950296029703000293017601320电容UC/mV122029602730267026002530246023609104004.7mH电感频率f/kHz5101414.514.81515.51616.517.520电阻UR/mV81227516518520523540538508378243电感UL/mV330618200020702120218022302280223019301480电容UC/mV1100150022402260228022002180204019201270657实测RLC电路响应的谐振曲线4、 电路仿真10mH电路4.7mH表2：仿真RLC电路响应的谐振曲线的测量10mH电感频率f/kHz51010.510.610.710.810.9111520电阻UR/mV89.07790.5993.11999.89990.75967.25932.68890.90204.48108.53电感UL/mV282.16502966376746674866496471623819521382电容UC/mV127056426754673666126396611067849733874.7mH电感频率f/kHz5101414.514.81515.51616.517.520电阻UR/mV77.5223428738.68862.35929.29964.61999.49951.43854.35654.40382.87电感UL/mV115.42700.8