实验报告11

实验题目：RLC谐振电路的特性与应用班级：XXX学号：XX01401XXX姓名：XXX日期：2016.12.21实验目的1. 通过实验掌握RLC并联与串联谐振回路的基本特性、主要特性参数，并初步了解其典型应用。预习1. 测量RLC并联谐振回路的频率特性及主要特性参数调节电位器R1使得晶体管Q1的ICQ1.0mA，输入信号vi为峰峰值30mV的正弦交流信号。(1) 测量RLC并联回路的谐振频率fo，并记录谐振时输出电压vo和射极电压ve波形。比较谐振频率fo的测量结果与理论计算结果，分析两者存在误差的原因。谐振频率fo：波形：(2) 测得RLC并联回路的上限截止频率fH和下限截止频率fL，并通过计算得到RLC并联回路的带宽BW和品质因数Q。上限截止频率fH：下限截止频率fL：带宽BW：品质因数Q：(3) 通过测量画出RLC并联回路的阻抗特性曲线，即阻抗的模与相角随频率变化的曲线。实验中要保持输入电压幅度不变，适当地改变信号的频率，通过测量各频率点的输出电压vo和射极电压ve所获的数据画出回路的阻抗特性曲线。f/kHzvo幅度/mVVe幅度/mV|Z|2. RLC并联谐振回路的选频应用电路图如上。调节电位器R1使得晶体管Q1的ICQ1.0mA。(1) vi为峰峰值30mV的正弦交流信号，根据上述实验数据所得到的谐振频率fo，改变输入信号vi的频率依次为谐振频率fo的0.9倍、0.95倍、1倍、1.05倍、1.1倍，测量其相应的输出电压vo的峰峰值，并记录输入波形和输出波形，观察电路的选频放大作用。频率f/fo0.90.9511.051.1vo峰峰值波形(2) vi为-15mV15mV、频率为fo的方波信号，记录此时电路的输入波形与输出波形，观察电路的选频放大作用。波形：3. RLC串联谐振回路的陷波应用电路如下图。输入信号vi为峰峰值1V的正弦交流信号。(1) 保持输入电压幅度不变，改变其频率，测量输出电压vo，画出输出电压随频率变化的曲线。注意确定谐振频率fo。f/kHzvof/kHzvo(2) 观察陷波应用。改变输入信号vi的频率依次为谐振频率fo的0.5倍、0.8倍、1倍、1.2倍、1.5倍，测量输出电压vo的峰峰值，并记录输入波形与输出波形。频率f/fo0.50.811.21.5vo峰峰值波形实验数据整理1. 测量RLC并联谐振回路的频率特性及主要特性参数调节电位器R1使得晶体管Q1的ICQ1.0mA，输入信号vi为峰峰值30mV的正弦交流信号。1) 测量RLC并联回路的谐振频率fo，并记录谐振时输出电压vo和射极电压ve波形。比较谐振频率fo的测量结果与理论计算结果，分析两者存在误差的原因。谐振频率fo：496.5kHz波形：（黄色为ve，绿色为vo）2) 测得RLC并联回路的上限截止频率fH和下限截止频率fL，并通过计算得到RLC并联回路的带宽BW和品质因数Q。上限截止频率fH：512.8kHz下限截止频率fL：472.8kHz带宽BW：40kHz品质因数Q：12.413) 通过测量画出RLC并联回路的阻抗特性曲线，即阻抗的模与相角随频率变化的曲线。实验中要保持输入电压幅度不变，适当地改变信号的频率，通过测量各频率点的输出电压vo和射极电压ve所获的数据画出回路的阻抗特性曲线。f/kHzvo幅度/mVVe幅度/mV|Z|4256828.91.2-894509528.31.712014-8546013029.32.262799-7447016528.92.911765-6648022128.93.9-5149028028.94.941176-2249628528.95.029412050025728.94.5352942351020128.93.5470593752015128.52.7021054853012728.52.2726325754010329.31.792833615508729.31.514334645756828.91.2676005328.90.935294702. RLC并联谐振回路的选频应用电路图如上。调节电位器R1使得晶体管Q1的ICQ1.0mA。1) vi为峰峰值30mV的正弦交流信号，根据上述实验数据所得到的谐振频率fo，改变输入信号vi的频率依次为谐振频率fo的0.9倍、0.95倍、1倍、1.05倍、1.1倍，测量其相应的输出电压vo的峰峰值，并记录输入波形和输出波形，观察电路的选频放大作用。频率f/fo0.90.9511.051.1vo峰峰值98mV183mV281mV135mV82mV波形下图1下图2下图3下图4下图52) vi为-15mV15mV、频率为fo的方波信号，记录此时电路的输入波形与输出波形，观察电路的选频放大作用。波形：3. RLC串联谐振回路的陷波应用电路如下图。输入信号vi为峰峰值1V的正弦交流信号。1) 保持输入电压幅度不变，改变其频率，测量输出电压vo，画出输出电压随频率变化的曲线。注意确定谐振频率fo。f/kHzvof/kHzvo501.013500.27750.963750.2251000.884000.1851250.84250.141500.744500.111750.684750.072000.65000.042250.565250.042500.55500.062750.435750.093000.366000.1173250.316250.1456500.17710000.4456750.212000.587000.2314000.697250.2616000.87500.28518000.867750.3120000.948000.335250019000.3730001.012) 观察陷波应用。改变输入信号vi的频率依次为谐振频率fo的0.5倍、0.8倍、1倍、1.2倍、1.5倍，测量输出电压vo的峰峰值，并记录输入波形与输出波形。频率f/fo0.50.811.21.5vo峰峰值450mV169mV(50mV)110mV250mV波形下图1下图2下图3下图4下图5实验总结实验结果和预习中得到的计算结果存在一些误差。这可能是由于电感电容实际值与标称存在一些差距，以及电感存在内电阻。此外，示波器探头的电容也是引起误差的一个原因。而且本次实验中需要进行小信号的手动测量，这一过程也会造成较大的误差。通过观察RLC并联谐振回路的阻抗特性曲线可以得到：当输入信号频率在谐振频率附近时，输出波形幅度最大，电压放大倍数较大。输入频率大于谐振频率时，频率越大，输出电压幅度越小；输入频率小于谐振频率时，频率越小，输出电压幅度越小。这是由于信号频率过高时电容阻抗较小，分压较小，输出电压幅度较小；信号频率过低时电感阻抗较小，分压较小，输出电压幅度较小。所以信号频率在谐振频点附近时，RLC 并联谐振回路对输入信号有较大的放大作用，而且对其他信号而言有明显的抑制作用。所以 RLC 并联谐振回路起到了选频放大作用。可以应用于发射机的射频放大，接收机的中频放大以及通信系统中的单频导频信号放大等。思考题1. 在图5.60所示的电路中，改变电阻R的数值时，RLC并联回路的带宽BW和品质因数Q如何变化？答：Q=1RLC，随着R的增大而减小，随着R的减小而增大。BW=f0Q，随着R的增大而增大，随着 R 的减小而减小。2. 在电感器产品手册中有一栏“自谐振频率”是什么意思？例如有一AL030-102K型号的色环电感，查得其自谐振频率为1.15MHz，若在工作频率为5MHz的电路中用作滤波电感，将会出现什么现象。答：“自谐振频率”是指由于电感存在寄生电容而导致的电感与电容的谐振频率。电感为1mH，寄生电容为19.153pF；工作频率为5MHz的谐振电路中，电容为1.013pF。所以电路中总电容为20.167F，电路实际的谐振频率为1.12MHz，与5MHz相差过大，频率5MHz的信号受到了抑制，电路不能正常工作。3. 试推导带宽的公式：BW=f0Q答：Hj=11+jQ(0-0)A=Hj=11+Q2(0-0)2A()max=A0=1令A=A()max2：11+Q2(0-0)2=12(0-0)2=1Q210-01=-1Q20-02=1Q解得：1