RLC串联电路的幅频特性与谐振现象实验报告_-_4

RC+-LUS..I《电路原理》实验报告实验时间：2012/5/17一、实验名称RLC串联电路的幅频特性与谐振现象二、实验目的1．测定R、L、C串联谐振电路的频率特性曲线。2．观察串联谐振现象，了解电路参数对谐振特性的影响。三、实验原理1．R、L、C串联电路(图4-1)的阻抗是电源频率的函数，即：jeZCLjRZ)1(当CL1时，电路呈现电阻性，sU一定时，电流达最大，这种现象称为串联谐振，谐振时的频率称为谐振频率，也称电路的固有频率。即LC10或LCf210上式表明谐振频率仅与元件参数L、C有关，而与电阻R无关。图4-12．电路处于谐振状态时的特征：①复阻抗Z达最小，电路呈现电阻性，电流与输入电压同相。②电感电压与电容电压数值相等，相位相反。此时电感电压(或电容电压)为电源电压的Q倍，Q称为品质因数，即CLRCRRLUUUUQSCSL1100在L和C为定值时，Q值仅由回路电阻R的大小来决定。③在激励电压有效值不变时，回路中的电流达最大值，即：RUIIS03．串联谐振电路的频率特性：①回路的电流与电源角频率的关系称为电流的幅频特性，表明其关系的图Iω00ωQ2〉Q1Q2Q1形称为串联谐振曲线。电流与角频率的关系为：20020200222111)(QIQRUcLRUISS当L、C一定时，改变回路的电阻R值，即可得到不同Q值下的电流的幅频特性曲线(图4-2)。显然Q值越大，曲线越尖锐。图4-2有时为了方便，常以0为横坐标，0II为纵坐标画电流的幅频特性曲线(这称为通用幅频特性)，图4-3画出了不同Q值下的通用幅频特性曲线。回路的品质因数Q越大，在一定的频率偏移下，0II下降越厉害，电路的选择性就越好。为了衡量谐振电路对不同频率的选择能力引进通频带概念，把通用幅频特性的幅值从峰值1下降到0.707时所对应的上、下频率之间的宽度称为通频带(以BW表示)即：0102BW由图4-3看出Q值越大，通频带越窄，电路的选择性越好。③激励电压与响应电流的相位差角和激励电源角频率的关系称为相频特性，即：RXarctgRcLarctg1)(显然，当电源频率从0变到0时，电抗X由变到0时，角从2变到0，电路为容性。当从0增大到时，电抗X由0增到，角从0增到2，电路为感性。相角与0的关系称为通用相频特性，如图4-4所示。0.707102〉Q1Q2Q1Q2ωω0II0ωω02'ωω01'ωω01ωω021012Q1Q2〉Q1Q2π2π2ωω0RC+-示波器LUS.YBYA图4-3图4-4谐振电路的幅频特性和相频特性是衡量电路特性的重要标志。四、实验设备1．电路分析实验箱一台2．信号发生器一台3．交流毫伏表一台4．双踪示波器一台五、实验内容与步骤按图4-5连接线路，电源SU为低频信号发生器。将电源的输出电压接示波器的AY插座，输出电流从R两端取出，接到示波器的BY插座以观察信号波形，取H1.0L，F5.0C，Ω10R，电源的输出电压3SUV。图4-51．计算和测试电路的谐振频率①LCf210用L、C之值代入式中计算出0f。0f=711.78HZ②测试：用交流毫伏表接在R两端，观察RU的大小，然后调整输入电源的频率，使电路达到串联谐振，当观察到RU最大时电路即发生谐振，此时的频率即为0f(最好用数字频率计测试一下)2．测定电路的幅频特性①以0f为中心，调整输入电源的频率从100Hz~2000Hz，在0f附近，应多取些测试点。用交流毫伏表测试每个测试点的RU值，然后计算出电流I的值，记入表格4-1中。表4-1②保持sU=3V，L=0.1H，C=0.5F，改变R，使100R，即改变了回路Q值，重复步骤①。f(Hz)2003004005006007000f80090010001100120013001400RU(mV)1923164817131050121612211035760589464376307258I(mA)1.923.164.817.1310.5012.1612.2110.357.605.894.643.763.072.583．测定电路的相频特性仍保持SU=3V，L=0.1H，C=0.5F，10R。以0f为中心，调整输入电源的频率从100Hz~2000Hz。在0f的两旁各选择几个测试点，从示波器上显示的电压、电流波形上测量出每个测试点电压与电流之间的相位差iu，数据表格自拟。F（HZ）4940f1000相位差—202ח/5f(Hz)2003004005006007000f80090010001100120013001400RU(mV)20.334.751.386.5159.8253.7260183.711585.367.557.148.543.1I(mA)2.033.475.138.6515.9825.3726.018.3711.58.536.755.714.854.31五、思考题1．用哪些实验方法可以判断电路处于谐振状态？测R两端的电压与Us比较相等时处于谐振状态.2．实验中，当R、L、C串联电路发生谐振时，是否有LcUU及SRUU？若关系不成立，试分析其原因。六、实验报告要求1．根据实验数据，在坐标纸上绘出两条不同Q值下的幅频特性曲线和相频特性曲线，并作扼要分析。(计算电流0I注意：L不是理想电感，本身含有电阻，而且当信号的频率较高时电感线圈有肌肤效应，电阻值会有增加，可先测量出的ScUU、求出Q值，然后根据已知的L、C算出总电阻。)2．通过实验总结R、L、C串联谐振电路的主要特点。3．回答思考题2。答：Uc和Ul大小相等方向相反，Ur和Us不相等，因为不是理想的电感，电感线圈有阻值.