RLC电路的阻抗特性和谐振电路

1、 RLC电路的阻抗特性和谐振电路电路的阻抗特性和谐振电路一、实验目的一、实验目的1.1.巩固理解巩固理解R、L、C串联电路的阻抗特性以及电路发生谐振的串联电路的阻抗特性以及电路发生谐振的条件和特点。条件和特点。2.2.掌握电路品质因数掌握电路品质因数Q Q的物理意义，学习品质因数的测定方法的物理意义，学习品质因数的测定方法3.3.学习用实验方法测试学习用实验方法测试R、L、C串联电路的频率特性。串联电路的频率特性。二、实验仪器与器件二、实验仪器与器件1 1函数信号发生器（功率输出）函数信号发生器（功率输出） 1 1台台2 2交流毫伏表交流毫伏表 1 1台台3. 3. 示波器示波器 1 1台台4

2、 4电阻电阻 1 1只只( (建议：建议：100100 /2W)/2W)5 5电感线圈电感线圈 1 1只只( (建议：建议：0.33mH)0.33mH)6 6电容器电容器 1 1只只( (建议：建议：1 1 F)F)7 7导线导线 若干若干三、实验原理三、实验原理在图在图1 1所示的所示的R、L、C串联电路中串联电路中fLLXL2容抗容抗 fC/C/XC 211 阻抗阻抗 Z)XX(RZCLj阻抗模阻抗模 22）（CLXXRZ阻抗角阻抗角 RXXarctanCL 电流相量电流相量 ZUZUZUI0感抗感抗 如果如果U、R、L、C的大小保持不变，改变电流频率的大小保持不变，改变电流频率f，则，则

3、XL、XC、|Z|、I等都将随着等都将随着f的变化而变化，它们随频率变化的的变化而变化，它们随频率变化的曲线为频率特性。阻抗和电流随频率变化的曲线如图曲线为频率特性。阻抗和电流随频率变化的曲线如图2 2所示。所示。 随着频率的变化，当随着频率的变化，当XLXC时，电路呈现感性；当时，电路呈现感性；当XLXC时，电路呈现容性；而当时，电路呈现容性；而当XL=XC时，电路呈现阻性，此时电路时，电路呈现阻性，此时电路出现串联谐振。谐振频率为：出现串联谐振。谐振频率为：LC10 电路串联谐振时，具有以下特点：电路串联谐振时，具有以下特点：RCLUUUU ，（）电感上的电压与电容上的电压数值相等，而相位

4、相差（）电感上的电压与电容上的电压数值相等，而相位相差180，电源电压全部加在电阻上。即，电源电压全部加在电阻上。即（）电路中电源电压与电流同相，阻抗模最小，（）电路中电源电压与电流同相，阻抗模最小，|Z| = R，而，而电流最大，电流最大，I0 = U/R 。工程上把谐振时电感电压工程上把谐振时电感电压UL或电容电压或电容电压UC与电源电压与电源电压U之比称之比称为该电路的品质因数，简称为该电路的品质因数，简称Q值。即值。即RRLUUUUQ00CL1 R值越小，值越小，Q值越大，值越大，I0也越大，电流特性曲线越尖锐。也越大，电流特性曲线越尖锐。 Q小小Q大大|Z|I0| Z |00f0f0

5、ffI图图2 2 阻抗和电流的频率特性曲线阻抗和电流的频率特性曲线XCXLR-uRuL-uC+-信号信号发生器发生器R+-iu图图1 1 R，L，C串联电路串联电路C+四、预习要求四、预习要求复习复习R、L、C串联电路的有关知识。串联电路的有关知识。根据电路的元件参数值，估算电路的谐振频率。根据电路的元件参数值，估算电路的谐振频率。思考如何判断电路是否发生谐振以及怎样测量谐振点。思考如何判断电路是否发生谐振以及怎样测量谐振点。思考如何改变电路的参数以提高电路的品质因数。思考如何改变电路的参数以提高电路的品质因数。电路发生谐振时，为什么信号源的电压不能太大？电路发生谐振时，为什么信号源的电压不能

6、太大？五、实验内容五、实验内容1测量测量R、L、C串联电路的阻抗特性。串联电路的阻抗特性。（1）按图）按图1接好线路，接通信号发生器电源。调节信号源，使接好线路，接通信号发生器电源。调节信号源，使输出电压为有效值为输出电压为有效值为2V，频率为，频率为1KHZ的正弦信号，用交流毫伏的正弦信号，用交流毫伏表测电压大小。表测电压大小。（2）保持交流信号源的幅值不变，改变其频率（）保持交流信号源的幅值不变，改变其频率（1 KHz 20 KHz），分别测量），分别测量R、L、C上的电压、电流数值，并根据所测结上的电压、电流数值，并根据所测结果计算在不同频率下的电阻、感抗、容抗的数值，记录于表果计算在不

7、同频率下的电阻、感抗、容抗的数值，记录于表1中中表表1 R、L、C串联电路的阻抗特性串联电路的阻抗特性 频率频率f/kHz1251020RUR/VIR/mAR=UR/IRLUL/VIL/mAXL=UL/ILCUC/VIC/mAXC=UC/IC2测量测量R、L、C串联电路的谐振特性串联电路的谐振特性（1）连续改变信号发生器输出电压的频率，当）连续改变信号发生器输出电压的频率，当I最大时，信号源最大时，信号源输出电压的频率即为谐振频率输出电压的频率即为谐振频率f0。（参考预习报告中计算的谐振频。（参考预习报告中计算的谐振频率选择测试点，）率选择测试点，）（2）确定谐振频率）确定谐振频率f0后，使频

8、率相对后，使频率相对f0分别增大和减小，取不同分别增大和减小，取不同的频率点，用毫伏表分别测得对应的的频率点，用毫伏表分别测得对应的UR、UL、UC，并计算，并计算Q值，值，填入表填入表2中。为使电流频率特性曲线中间突出部分的测绘更准确，中。为使电流频率特性曲线中间突出部分的测绘更准确，可在可在f0附近多取几个点。附近多取几个点。（3）用示波器观察在不同频率下输入电压与电流的相位关系。）用示波器观察在不同频率下输入电压与电流的相位关系。（电阻上的电压波形即为电流波形）。（电阻上的电压波形即为电流波形）。3改变电阻值，重复实验步骤（改变电阻值，重复实验步骤（1）和（）和（2），观察品质因数的），

9、观察品质因数的变化。数据填入表变化。数据填入表3。表表3 数据记录与计算数据记录与计算U = 2V， R = ， L = H， C = F， f0 = Hz， Q = ， I0 = Af （Hz）UR（V）UL（V）UC（V）计算计算I（A）U = 2V， R = ， L = H， C = F， f0 = Hz， Q = ， I0 = Af （Hz）UR（V）UL（V）UC（V）计算计算I（A）表表2 数据记录与计算数据记录与计算六、注意事项六、注意事项1、改变信号源的频率时，一定要保持信号幅度不变。、改变信号源的频率时，一定要保持信号幅度不变。2、观看波形时，示波器与信号源一定要共地！、观看波形时，示波器与信号源一定要共地！七、实验报告七、实验报告.根据测量数据，绘制出根据测量数据，绘制出R,L,C元件的阻抗频率特性曲