RLC串联谐振电路的研究一、实验目的1.学习测定RLC串联电路的谐振频率,加深对RLC串联电路谐振特点的理解。2.学习测定RLC串联电路电流谐振曲线的方法。3.熟悉晶体管毫伏表的使用方法。二、原理说明1.RLC串联谐振。在图l所示的RLC串联交流电路中,我们调节电源频率或电路参数,使XL=XC,电流和电压i同相位,电路的这种状态称为谐振。因为是RLC串联电路发生的谐振,所以又称为串联谐振。图1二、原理说明串联谐振频率显然,谐振频率只与电路参数L和C有关,而与电阻R无关。调整L、C、f中的任何一个量,都能产生谐振。本实验是采用改变频率f的方法来实现谐振的。LCf210二、原理说明2.RLC串联谐振时电路的主要特点。(1)阻抗最小Z=R,电路呈现电阻性。当电源电压Ui一定时,电流最大,I0为串联谐振电流。(2)由于XL=XC,所以电路中UL=UC大小相等,相位相反,相互抵消。电源电压。RUIIi0R..UUi二、原理说明(3)若XL=XCR,则UL=UCUi。通常把串联谐振时UL或UC与Ui之比称为串联谐振电路的品质因数,也称为Q值。当L、C一定时,Q值由电路中的总电阻决定,电阻R越小,品质因数Q越大。CLR1CR21R2UUUUQ00iCiLfLf二、原理说明3.电流谐振曲线。电源电压有效值不变而频率f改变时,电路中感抗、容抗随之变化,电路中的电流也随频率f变化而变化。电流随频率变化的曲线称为电流谐振曲线(图2)。图2二、原理说明当f=f0时,电流最大I=I0。当ff0或ff0电流II0。当电路的电流为谐振电流的即时,在谐振曲线上对应的两个频率fH和fL,称为上半功率频率和下半功率频率。fH和fL之间的范围,称为电路的通频带fBW。通频带说明通频带的大小与品质因数Q有关。Q值越大,通频带越窄,谐振曲线越尖锐,电路的选择性越好。,21Qffff0LHBw三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1函数信号发生器12交流毫伏表DA—1613谐振电路实验线路板R=330Ω、1KΩC=2400PfL=约30mHDGJ—03表1四、实验内容按图3电路接线,取R=330Ω,调节信号源输出电压为1V正弦信号,并在整个实验过程中保持不变。图3四、实验内容1、找出电路的谐振频率fo。其方法是,将交流毫伏表接在电阻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UO的读数为最大时,读得频率计上的频率值,即为谐振频率fo,然后测量出U0、UC0、UL0之值(注意及时更换毫伏表的量程),记录在表2中。四、实验内容表2RLC串联电路谐振点状态测试记录R(Ω)测量数据计算值f0(KHZ)U0(V)UL0(V)UC0(V)I0(mA)Q3301000四、实验内容2、测定电流谐振曲线。在谐振点两侧,应先测出下半功率频率fL和上半功率频率fH相应的U0值,然后逐点测出不同频率下U0值,记录在表3中3、取R=1KΩ,重复步骤1、2的测量。四、实验内容表3RLC串联电路电流谐振曲线测试记录R(Ω)330测量数据f(KHZ)U0(V)计算值I(mA)R(Ω)1000测量数据f(KHZ)U0(V)计算值I(mA)五、实验注意事项1.实验过程中要始终保持电源输出电压1V不变,特别是改变频率时尤其要注意。2.在测量UC0和UL0数值前,应根据实验前估算的数值及时更换毫伏表的量程,在测量UC0和UL0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的另外一端。3.实验过程中晶体管毫伏表电源线采用两线插头。六、预习思考题1、根据实验电路板给出的元件参数值(L=30mH,C=24×10-10F),估算电路的谐振频率,估算两种R参数下品质因数和通频带。2、如何判别电路是否发生谐振?3、电路发生串联谐振时,为什么输入电压不能太大?如果信号源电压lV,电路谐振时,用晶体管毫伏表测UL和UC,应该选择多大的量程?六、预习思考题4、预习附录中的“晶体管毫伏表”的使用方法。