实验一 R、L、C串联谐振电路的研究
一、实验目的
1. 学习R、L、C串联电路谐振特性的实验测量方法,并绘制幅频特性曲线。
2. 加深理解电路发生谐振的条件、特点,掌握电路品质因数(电路Q值)的物理意义及其测定方法。
二、实验设备
函数信号发生器 双踪示波器 交流毫伏表 R=200Ω,1KΩ C=0.01μF,0.1μF L=约30mH
三、实验原理
1. 在图1-1所示的R、L、C串联电路中,当正弦交流信号源Ui的频率 f改变时,电路中的感抗、容抗随之而变,电路中的电流也随f而变。 取电阻R上的电压UO作为响应,当输入电压Ui的幅值维持不变时, 在不同频率的信号激励下,测出UO之值,然后以f为横坐标,以UO/Ui为纵坐标(因Ui不变,故也可直接以UO为纵坐标),绘出光滑的曲线,此即为幅频特性曲线,亦称谐振曲线,如图1-2所示。
2. 在f=fo=处,即幅频特性曲线尖峰所在的频率点称为谐振频率。此时XL=Xc,电路呈纯阻性,电路阻抗的模为最小。在输入电压Ui为定值时,电路中的电流达到最大值,且与输入电压Ui同相位。从理论上讲,此时 Ui=UR=UO,UL=Uc=QUi,式中的Q 称为电路的品质因数。
3. 电路品质因数Q值的两种测量方法
一是根据公式Q= 测定,Uc与UL分别为谐振时电容器C和电感线圈L上的电压;另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度△f=f2-f1,再根据Q=求出Q值。式中fo为谐振频率,f2和f1是失谐时, 亦即输出电压的幅度下降到最大值的 (=0.707)倍时的上、下频率点。Q值越大,曲线越尖锐,通频带越窄,电路的选择性越好。 在恒压源供电时,电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数,而与信号源无关。
四、实验内容及步骤
1. 利用提供的器件,按图1-3组成监视、测量电路。选C1=0.01μF。用交流毫伏表测电压, 用示波器监视信号源输出。令信号源输出电压Ui=3V,并保持不变。
图 1-3
2. 找出电路的谐振频率f0,其方法是,将毫伏表接在R(200Ω)两端,令信号源的频率由小逐渐变大(注意要维持信号源的输出幅度不变),当Uo的读数为最大时,读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率f0,并测量UC与UL之值(注意及时更换毫伏表的量限)。
3. 在谐振点两侧,按频率递增或递减500Hz或1KHz,依次各取8 个测量点,逐点测出UO,UL,UC之值,记入数据表格。
4.选C1=0.01μF,R2=1KΩ,重复步骤2,3的测量过程
5.选C2=0.1μF,R1=200Ω及C2=0.1uF,R2=1KΩ,重复2、3两步。(自制表格)。
五、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。
2. 测量Uc和UL数值前,应将毫伏表的量限改大, 而且在测量UL与UC时毫伏表的“+”端接C与L的公共点,其接地端分别触及L和C的近地端N2和N1。
3. 实验中,信号源的外壳应与毫伏表的外壳绝缘(不共地)。如能用浮地式交流毫伏表测量,则效果更佳。
六、预习思考题
1. 根据实验线路板给出的元件参数值,估算电路的谐振频率。
2. 改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振,电路中R的数值是否影响谐振频率值?
3. 如何判别电路是否发生谐振?测试谐振点的方案有哪些?
4. 电路发生串联谐振时,为什么输入电压不能太大, 如果信号源给出3V的电压,电路谐振时,用交流毫伏表测UL和UC,应该选择用多大的量限?
5. 要提高R、L、C串联电路的品质因数,电路参数应如何改变?
6. 本实验在谐振时,对应的UL与UC是否相等?如有差异,原因何在?
七、实验报告
1. 根据测量数据,绘出不同Q值时三条幅频特性曲线,即:
UO=f(f),UL=f(f),UC=f(f)
2. 计算出通频带与Q值,说明不同R 值时对电路通频带与品质因数的影响。
3. 对两种不同的测Q值的方法进行比较,分析误差原因。
4. 谐振时,比较输出电压UO与输入电压Ui是否相等?试分析原因。
5. 通过本次实验,总结、归纳串联谐振电路的特性。
6. 心得体会及其他。
第二篇:RLC串联谐振电路的研究
实验十 RLC串联谐振电路的研究
四 实验内容
1.测定谐振频率f0。
按图3-10-4电路接线,调节信号源输出电压为有效值1V正弦信号(峰峰约为2.8~3),并在整个实验过程中保持不变。
(1)取,将交流毫伏表跨接在电阻R两端,令信号源的频率由小逐渐变大(注意要维持信号源的输出幅度不变),当UR 的读数为最大时,此时的频率值即为电路的谐振频率f0,并测量UR0、UL0、UC0之值,记入表3-10-1中。
(2)取重复步骤(1)的测量过程。
图3-10-4 RLC串联谐振实验图
表3-10-1 测量在谐振频率f0作用下电路的各参数表
注意:谐振时,电压UL0、UC0有可能比信号源电压US高,应及时更换交流毫伏表的量程。
2. 测量RLC电路的幅频特性
实验线路仍如图3-10-4所示,取,以谐振点为中心,左右各扩展9个测试点。用毫伏表分别测量对应不同频率的电阻电压UR,将数据记录在表3-10-2中。表格中UR由所给定的电压之比UR/UR0确定。
取R =1kΩ,重复上述步骤的测量过程,将实验数据记录于表3-10-3中。
表3-10-2 测量幅频特性曲线数据表(R = 0.33kW)
表3-10-3(选作) 测量幅频特性曲线数据表(R = 1kW)
。。。。。
七、实验报告要求
(1)根据测量数据,绘出不同Q值时的两条谐振曲线(I/I0=f(f/f0)