串联谐振曲线

串联谐振曲线一、实验目的1、加深对串联谐振电路条件及特性的理解。2、掌握谐振频率的测量方法。3、理解电路品质因数Q和通频带的物理意义及其测定方法。4、测定RLC串联谐振电路的频率特性曲线。5、深刻理解和掌握串联谐振的意义及作用。6、掌握电路板的焊接技术以及信号发生器、交流毫伏表等仪表的使用。7、掌握Multisim软件中的FuctionGenerator、Voltmeter、BodePlotter等仪表的使用以及ACAnalysis等SPICE仿真分析方法。8、用Origin绘图软件绘图。二、实验原理RLC串联电路如图所示，改变电路参数L、C或电源频率时，都可能使电路发生谐振。LCRUs1234RLC谐振串联电路该电路的阻抗是电源角频率w的函数Z=R+j(wL-1/wc)当wL-1/wC=0时，电路中的电流与激励电压同相，电路处于谐振状态。1、电路处于谐振状态的特性：（1）回路阻抗Zo=R,|Zo|为最小值，整个回路相当与一个纯电阻电路。（2）回路电路Io的数值最大，Io=Us/R（3）电阻的电压数值最大，UR=Us（4）电感上的电压Ul为电容上电压Uc数值相等，相位相差180°，UL=Uc=QUs2、电路的品质因数Q和通频带B电路发生谐振时，电感上的电压（或电容上的电压）与激励电压之比称为电路的品质因数Q；定义回路电流下降到峰值的0.707时所对应的频率为截止频率，介于两截止频率之间的频率范围为通频带。Q=fo/Q3、谐振曲线电路中电压与电流随频率变化的特性称为频率特性，它们随频率变化的曲线称为频率特性曲线。Q值越大，曲线尖峰值越峻端，其选择性就越好，但电路的通过的信号频带越窄，即通频带越窄。三、实验内容1、Mutisim仿真（1）创建电路：从元器件库中选择可变电阻、电容、电感创建下图电路。C1100nFIC=0VL14.7mHR12kΩKey=A50%XFG1XSC1ABExtTrig++__+_XBP1INOUTU1AC10MW4.305V+-1042（2）分别用Multisim软件（AC仿真、波特表、交流电压表均可）测量串联谐振电路的谐振曲线、谐振频率、-3dB带宽；谐振频率7.483kHz，-3dB带宽为35.218－1.525=33.692kHz）（3）当电阻R=1kΩ时，用Multisim软件仿真串联谐振电路的谐振曲线，观测R对Q的影响；（注：红线为1700Ω时的幅度和相位曲线，绿色为1000Ω时的幅度和相位曲线）（Q随R的增大而减小）（4）利用谐振的特点设计选频网络，在串联谐振电路（R=100欧、L=4.7mH、C=100nF）上输入频率为3.5kHz、占空比为30%、脉冲幅度为5V的方波电压信号，用示波器测输入输出波形，用Multisim软件测试谐振电路输入信号和输出信号（电阻上电压）的频谱，绘图并观察频谱的变化。输入输出波形如下：输入信号频谱：输出信号频谱：同一坐标系中输入输出信号频谱：(红色表示输入信号，绿色表示输出信号)由图像知串联谐振电路具有选频特性2、测量元件值，计算电路谐振频率和品质因数Q的理论值。（RL=26.1欧、R=75.6欧、L=4.7mH、C=94nF、谐振频率为f=7.576KHzQ=2.199）3、在电路板上根据图焊接电路，信号电压的有效值设置为1V。4、用两种不同方法测量电路的fo值。（用交流毫伏表测量所得fo=7.37kHz用示波器测量所得fo=7.8kHz5、测试电路板（交流电压表）上串联谐振电路的谐振曲线、谐振频率、-3dB带宽。6、随频率变化，测量电阻电压、电感电压、电流的值，记录在如下表格中：频率f（kHz）0.55.05.56.06.57.07.57.88.09.09.510.010.511电压UR（mV）30170200230260290320320310300280250240220电压UL（mV）60360440520620670730750760740730720710700由表中数据画出图形如下：R电压的归一化曲线：电压UC（mV）5806707207607908007807507205905304304203507、改变电阻阻值，重复六；误差分析：实际测量时电源存在内阻，影响谐振频率；用交流毫伏表测谐振频率时，电阻两端电压变化不明显，对谐振频率的真实性产生影响；此外读数时产生的偏差，与电路自身（导线，连接等）存在的内阻也会对谐振频率产生影响。结果分析：通过实验数据和图像可以知道串联谐振电路具有选频的作用，在实际应用中能够滤除不需要杂波，选出需要频率波。四、实验总结通过此次实验，使我对以下几个方面有了深刻的理解：1、对谐振的产生条件及串联谐振电路的选频特性有了深入了解，在实际应用中串联谐振电路能够滤除不需要杂波，选出需要频率波。2、学会了两种测量谐振频率的方法，用交流毫伏表测量和用示波器测量，同时学会了交流毫伏表的使用方法。3、明白了Q和通频带的物理意义，学会了测量Q和通频带的方法。4、对Origin及Maltisim的FuctionGenerator、Voltmeter、BodePlotter等仪表的使用以及ACAnalysis等SPICE仿真分析方法有了深入了解。维持信号源的输出幅度不变，令信号源的频率由小变大，测量R两端电压，读书最大对应频率为谐振频率Q=1\R*跟下L\Cw=1\跟下LC输入信号与电阻电压相位一致时五、实验思考题1.测试过程中，为什么必须保持信号源的输出电压恒定？答：保持信号源输出电压恒定，可以避免由于输出电压的改变而导致电容、电阻、电感的电压改变。2.谐振时，是否有U=UR及UL=UC成立？试分析其原因。答：当电路发生谐振时，UR=Us，电阻电压达到峰值。UL=Uc=QUs。因为电路没有发生谐振时电阻电压和电源的相位有差距，输出电压波形与电源相差很大。