电路谐振实验任务书.doc

RLC串联电路谐振实验（仿真）1. 实验目的（1）通过对电路谐振现象的探讨，进一步理解串联谐振电路的特点。（2）学习串联电路频率特征曲线的绘制。（3）了解品质因数Q对谐振曲线的影响。2. 实验原理1）谐振定义一个含电感L和电容C的一端口网络，当它的端口电压u与电流i同相时，称为电路达到谐振状态。2）谐振特性RLC串联电路如图一所示，在正弦电压作用下，其阻抗Z表达式为 电路元件值固定，对于不同的信号频率，XL和XC数值不同。当XL=XC时电路发生谐振，即。由此求得谐振频率 （4.6）或 （4.7）电路发生谐振时，具有以下特性：（1）电路的总阻抗Z=R，这时阻抗最小，阻抗角为零，呈纯电阻性。（2）当电路电压一定时，电路电流在谐振点最大。此式表明，电路在谐振时，电流的大小与Q值无关。（3）谐振时电感电压和电容电压大小相等、相位相反并达到最大值。（4）谐振时电阻电压等于总电压。串联谐振电路的品质因数为3）谐振曲线电路中电流幅值与电源频率的关系称为幅频特性，表明其关系的特性曲线称为电流谐振曲线，表达式为或 式中为谐振角频率。此式表明在谐振时，电流的大小与Q值无关；而在其他频率的情况下，电流将随着Q值的增大而减小。从图4.6上的几条Q值不同的曲线可看出，Q值越大曲线越尖锐，亦即电路的选择性愈高。由此可看出Q值的重要意义。在RLC串联电路中，电路的阻抗角为当电源角频率从0变到时，电抗X由变到0，即为容性，相角将从变到0；当从增大到时，电抗X由0增到，即为感性，相角从0增大到。相角与频率的关系称为相频特性，特性曲线如图4.7所示。4）判别电路是否发生谐振的几种方法如图二电路是个RLC串联电路，若电路中各元件参数不变，用改变电源频率的方法，来研究谐振电路的特性，判别电路是否发生谐振可用以下几种方法判断。（1）相位判别法观测电路如图二所示。用示波器观察电压u与电流i的相位差。改变电源频率，当u与i同相时，电路发生谐振，此时对应的电源频率即为谐振频率，可用“双轨法”和“李沙育图形法”观测谐振时示波器荧光屏上出现的图形。（2）电流判别法测量电路的电流I值达到最大值时，电路发生谐振。如下图所示。用毫伏表测量uR达到最大值时（I即为最大值），对应的电源频率即为谐振频率，此时电路发生谐振。5）品质因数Q的测量电路发生谐振时，分别测量对应的电感电压uL0，电容电压uC0，电阻电压uR0，则根据下式可计算Q值：6）频率特性的测绘用“逐点法”测量。改变电源频率，测量对应每个频率电路的电流和各个电压值，即可得到其幅频特性，测量电压U与I的相位差，即可得到相频特性。用“逐点法”测量频率特性时，应预先观察一次被测量值随频率变化的规律。测量记录时，应先找到谐振点和特殊点，再合理选择其它点进行测量。3. 仪器和设备（1）电容（C=0.2318F）1个（2）电感（L=0.1H）1个（3）电阻箱1个（4）双踪示波器1台 (TeKtronix TDS2024)（5）低频信号发生器1台 (Agilent)（6）万用表 1块 (Agilent)4. 实验步骤与操作（1）按图三所示电路接好线，取L=0.1H，C=0.2318F，R=1k，Us=3v,调节信号源频率实现谐振，测量谐振点的电压UR0、UL0、UC0记入表一中。要求用两种方法找出谐振点。表一 测量谐振点数据 数据方法测 量fo / HzUs / VI0 / mAUR0 / VUL0 / VUC0 / V12（2）测绘幅频特性曲性，观察串联谐振现象。保持信号发生器输出电压Us=3v不变，且L、C一定时，改变频率，分别测量R=200，R=1k两种情况下，I（f）、UR（f）频率特性曲线。记入表二中（要求13个点）。（3）用示波器观察RLC串联电路在不同频率时的端口电压和电流波形，并测量相位差，记入表三中。表三 RLC串联电路测量数据频 率u、i波形相位差电路性质（4）测绘相频特性曲线。用“原理”中所述方法进行测量。将数据填入自拟的表格中（要求7个点）。5. 实验注意事项（1）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），使其维持在3V输出。（2）为了较准确作出谐振曲线，在谐振点附近测试点要较密。（3）在变频调谐时，要保证谐振回路出现的最大电流不超过信号发生器的额定电流。（4）测（f）时，正确判断其正负。（5）测uL（f）、uC（f）时，首先根据Q的理论值判断有否极大值，测量时注意uC 、uL出现