实验六  幅频相频特性测试及RLC串联谐振电路实验

计科３班王操

２０１３０８０１０３１４

一、实验目的

1、熟练RC电路相频、幅频特性的测试方法，根据测量数据画出特性曲线。

2、通过实验掌握串联谐振的条件和特点，测绘RLC串联谐振曲线。

3、掌握电路参数对谐振特性的影响

二、实验内容

1、测量 R 、 L 、 C 元件的阻抗频率特性。

2. 测量 RC串联串联电路频率特性曲线

3. RLC串联谐振电路测量

三、实验原理

1、RC串联电路

 

n  2. RC串并联电路

n    文氏电路为典型的RC串并联电路，

n  在频率较低的情况下，即 时，电路可近似等效低频等效电路。

n  频率越低，输出电压的幅度越小，其相位愈超前于输入电压。当频率接近于0时，输出电压趋近于0，相位接近90度。

n  而当频率较高时，电路电路可近似等效为高频等效电路。频率越高，输出电压的也幅度越小，其相位愈滞后于输入电压。当频率接近于无穷大时，输出电压趋近于0，相位接近－90度。

n  由此可见，当频率为某一中间值 时，输出电压不为0，输出电压和输入电压同相。

n   

n  3、RLC串联电路

n  　1）RLC串联电路的幅频特性相频特性曲线

n  RLC串联回路电流 I 与电源的频率f（w=2pf）有关，RLC串联电路的I―f 的关系曲线称为RLC串联电路的幅频特性曲线， RLC串联电路的j - f的关系曲线称为RLC串联电路的相频特性曲线

n 

四、实验步骤

n  1 、测量 R 、 L 、 C 元件的阻抗频率特性。

n  参考图5 -5，信号发生器输出的正弦信号并保持幅度不变， 频率 200H z 逐渐增至 10kH Z，使开关 S 分别接通三个 R 、 L 、 C 元件，测量 Ur ，并计算各频率点时 R 、 X L 与 X C 的值。

n  2. 测量 RC串联电路频率特性曲线（高通或低通）

n  联接实验线路，取R= 1k  ， C=  0.1  F， U1=1V（有效值）。测量输出电压U2，并读取U2=0.707V时的信号频率fc，用李沙育法测量相位差角，记录数据。

n  测量幅频特性：保持信号源输出电压（即RC网络输入电压）Ui恒定，改变频率f，并测量对应的RC网络输出电压Uo，计算出他们的比值A=Uo/Ui，然后逐点描绘出幅频特性。

n      测量相频特性：保持信号源输出电压（即RC网络输入电压）Ui恒定，改变频率f，用双踪示波器观察与Ui波形的相位差，然后逐点描绘出相频特性。

五、实验数据波形记录

A.

第二篇：简单谐振电路的特性

实验23   简单谐振电路的特性

一．引言

在具有电阻R、电感L和电容C元件的交流电路中，电路两端的电压与其中电流位相一般是不同的。如果我们调节电路元件（L或C）的参数或电源频率，可以使它们位相相同，整个电路呈现为纯电阻性。电路达到这种状态称之为谐振。在谐振状态下，电路的总阻抗达到极值或近似达到极值。研究谐振的目的就是要认识这种客观现象，并在科学和应用技术上充分利用谐振的特征，同时又要预防它所产生的危害。按电路联接的不同，有串联谐振和并联谐振两种。本实验仅对两种谐振电路作初步的研究。

二．目的要求

1.了解RLC组合交流电路的阻抗对频率的依赖关系。

2.掌握谐振电路的谐振条件及谐振特点。

3.了解谐振曲线的形状与线路Q值的关系。

三．原理                                                              

1.串联谐振                                                     

若纯电感L、纯电容C和纯电阻R串连，所加交流电压U（有效值）的圆频率为。则电路的复阻抗为：

    Z=Z_R+Z_L+Z_C=R+j(                                    （3.1）

复阻抗的模:

                                                (3.2)

复阻抗的幅角:

                                                     (3.3)

即该电路电流滞后于总电压的位相差。回路中的电流I（有效值）为：

                                                （3.4）

上面三式中Z、、I均为频率f (或圆频率，=2πf )的函数。当时，知，表明电路中电流I和电压U同位相，整个电路呈现纯电阻性，这就是串联谐振现象。此时电路总阻抗的模Z=R为最小，如U不随f变化，电流I=U/R则达到极大值。易知，只要调节f、L、C中的任意一个量，电路都能达到谐振。                                                   

    2.并联谐振

若纯电感L与纯电阻R串连再和纯电容C串连，该电路复阻抗的模为：

                                        （3.5）

幅角为:

                                     （3.6）

式中Z、均随电源频率f变化。

改变频率f，当时，=0，表明电路总电压和总电流同位相，电路总阻抗呈现纯电阻性，这就是并联谐振现象。谐振频率可由谐振条件求出：

                                                 （3.7）

一般情况下L/C>>R_L²，则上式近似为：

         或                         （3.8）

                                                             

式中、f₀为串联谐振时的圆频率和频率。可见在满足上述条件下，串并联电路的谐振频率是相同的。由（3.5）式可知并联谐振时，Z近似为极大值。若电路中总电流不随频率f变化，则电压U也近似达到极大值。

四．仪器用具

信号发生器，双路交流毫伏表，相位计，标准电感（0.1H，0.1级），已知电容（约0.1μF，具体电容值由实验室给出），高周波电阻箱。

五．实验内容

1.串联谐振

按串连联接电路。

   （1）R置100Ω，置+r_L=100Ω(r_L为L串联损耗电阻，数据由实验室给出)，保持U=3.00V不变，由毫伏表测出不同频率f下的U_R，从而作出I—f关系曲线，并在谐振频率下测出U_L和U_C值；由相位计测出—f关系曲线。

   （2）R置100Ω，+r_L=300Ω，仍保持U=3.00V不变，测出I—f曲线及谐振时的U_L、U_C值。

从上述曲线上找出谐振频率的测量值f_0测，由谐振时测得的U_C（或U_L）值并式求出Q_串测。将f_0测和Q_串测与理论值f_0理和Q_串理相比较。

在I—f两条曲线上，找到谐振峰两旁的I_max/值所对应的频率f₁和f₂，算出Q值，并与理论值进行比较。

2.并联谐振

按并联联接线路。

(1)置R_L+r_L=200Ω，保持总电流I=3.00mA不变（R=100Ω，U_R≡0.300V），测出电压U随频率f变化的关系曲线，并在谐振频率下测出R_L两端电压U_RL。

    (2)置R_L+r_L=400Ω，仍保持总电流I=3.00mA不变（R=100Ω，U_R≡0.300V），测出U—f关系曲线，并在谐振频率下测出R_L两端电压U_RL。

    (3)置R_L+r_L=200Ω，保持总电流I=3.00mA不变（R=100Ω，U_R≡0.300V），用相位计测出电压U与总电流I的位相差随频率f变化的关系曲线。（由于相位计的使用需要，需实测电压与电流I的位相差随f变化的关系曲线，这样在非谐振频率下会有一定误差。）

    从上述曲线上找出谐振频率的测量值，根据谐振条件下测出的U_RL求出I_L，I已知，可求出Q_并测。将和Q_并测与和Q_并理以及在U—f曲线上求出的Q值进行比较。

六．注意事项

1.所用信号发生器、交流毫伏表、相位计，它们的外壳不要互相接触。

    2.在谐振情况下使用交流毫伏表测电压时，应注意毫伏表的选档，以避免超程。

七．考查题

1.分别叙述串联谐振和并联谐振的条件及谐振时的特点。

2.试分析当电源频率高于或低于电路的谐振频率时，LRC串联电路和并联电路各呈现什么性质（电容性还是电感性？）。

3.如何测量谐振电路的Q值？

八．思考题

1如果用I（f）=常数的恒流信号源供电，串联谐振电路的I—f、U_L—f、U_C—f曲线各呈现什么样的形状？画草图说明。

2.如果用U（f）=常数的恒压信号源供电，并联电路的U—f、I_L—f、I_C—f曲线各呈现什么样的形状？画草图说明。

九．参考题

1.使用本实验的仪器用具，利用谐振法由标准可变电容测量指定频率1KHz下的某电感L_X。

2.使用本实验的仪器用具，根据谐振原理，采用替代法由可变标准电感L₀测量未知电感L_X。