电工电子实验（一）串联谐振电路

目录上页下页目录上页下页目录实验目的13实验仪器4实验原理5实验步骤67实验提示8实验报告思考题2预习要求目录上页下页1研究RLC串联谐振电路的幅频特性。实验目的3学会用Multisim软件对电路进行仿真。2加深对品质因素Q与电路其他参量关系的理解。目录上页下页1.计算图2-11-1电路的谐振频率fo和半功率点f1和f2。其中L=5.6mH，C=0.1uF,Rt=20Ω。设Q值等于5。串联谐振电路预习要求目录上页下页预习要求2.实验中，改变信号源频率时为什么电路的输入端电压会发生变化？3.详细说明实验步骤1-(1)、1-(3)和实验步骤2的操作过程。目录上页下页串联谐振电路函数信号发生器交流毫伏表双踪示波器电路信号与系统实验箱实验仪器目录上页下页实验仪器TTL输出和50Ω输出区别产生小信号时要加衰减表头指示频率值为实际值函数信号发生器表头指示电压值为峰峰值目录上页下页实验仪器交流毫伏表刚打开电源时，指针的瞬时摆动属正常。注意其正确读数。（有效值和分贝值）被测量值未知时应把量程调至最高档。目录上页下页测量时保持示波器两个通道共地。注意小信号测量方法，先测大信号，再调小测。实验仪器示波器目录上页下页实验仪器实验箱RLC串联电路RLC串联电路目录上页下页实验原理串联谐振电路目录上页下页实验原理图2-11-1是RLC串联电路的复频域表示。作为电源的负载阻抗Z=R+j[ωL－1/(ωC)]，它是角频率ω的函数。其中R=Rt+Rr，Rr为电感的等效电阻。目录上页下页实验原理电流I与信号频率的关系曲线称为串联谐振曲线，如图2-11-2所示。对应I=0.707Io的频率称为半功率点频率，分别称为f1，f2。半功率点的电压与电流相位差为45°。目录上页下页实验原理RLC串联电路谐振时，I达最大值，且与电压同相。此时的频率fo称为谐振频率。电容上电压VC和电感上电压VL与f的关系如图2-11-3所示，可见VC出现最大值的频率小于fo，VL出现最大值的频率大于fo。目录上页下页实验原理1．感抗等于容抗：XLO－XCO=0(2-11-1)2．谐振频ωo=1/fo=1/(2π)(2-11-2)3．等效阻抗最小且为纯电阻：Zo=R=Rt+Rr(2-11-3)4．回路电流最大：Io=Vs/R(2-11-4)串联谐振特点LCLC目录上页下页实验原理5．L和C上的电压：VCO=VLO=QVs(2-11-5)6．电路Q值：Q=ωoL/R=1/(ωoRC)=/R=fo/(f2－f1)(2-11-6)7．通频带：B=f2－f1=fo/Q=R/(2πL)(2-11-7)串联谐振特点LC//LC目录上页下页实验步骤串联谐振电路1.测谐振频率fo。(1)按图2-11-1电路接线。信号源输出为正弦波、f任意，始终保持Vs(有效值)=1V。目录上页下页实验电路实验步骤目录上页下页使用交流毫伏表测量实验步骤毫伏表测量电路所有仪表必须共地保持VS=1V目录上页下页实验步骤示波器测量电路所有仪表必须共地保持VS=1V使用示波器测量目录上页下页实验步骤(2)调整信号源频率，根据谐振时回路电流最大，即电阻Rt上电压Vrt最大，找出谐振频率fo。(3)示波器置X—Y工作方式，将Vs和Vrt分别送入两个通道，根据李沙育图形找出谐振频率fo'。(4)测量谐振时的Vrto，VCO，VLO，并记录之。2．测半功率点示波器置双踪工作方式，将Vs和Vrt分别送入两个通道，用双迹法找出半功率点频率f1和f2，并验证Vrt是否等于0.707Vrto。目录上页下页实验步骤3．验证Q值：根据Q=VCO/Vs及Q=fo/(f2－f1)计算出两个Q值，它们应相等。如果误差太大，则可能测试有误，须重测。4．测量谐振曲线：按表2-11-1，在2--20kHz范围内自定频率测出各频率下的Vrt。5．根据测试结果，画出I～f串联谐振曲线。目录上页下页实验步骤实验数据表格表2-11-1注意保持Vs=1Vfo=Vrto=Vco=f1=Q=Vco/Vs=fo'=Vlo=f2=Q=fo/(f2－f1)=f(kHz)2.0f1=f0=f2=20Vrt(V)I(mA)目录上页下页实验提示串联谐振电路保持输入信号Vs=1V始终不变可以用交流毫伏表或数字示波器进行监控；目录上页下页实验提示谐振频率fo的找法是保证输入电压始终不变，调整信号源的频率使输出得到一个最大的电压（不能再大），此时对应的信号发生器上的频率即为fo。采用双迹法则是使输入输出信号波形重合。半功率的频率f1、f2的找法是保证输入电压始终不变，调整信号源的频率使输出电压为最大时的0.707倍，此时对应的信号发生器上的频率即为半功率的频率f1或f2，比fo大则是f2，比fo小则是f1。采用双迹法则应满足相位差45O的关系。目录上页下页实验提示点测法画串联谐振曲线的取点原则：谐振频率fo和半功率点f1和f2必须取；曲线变化剧烈的地方多取点，变化平坦的地方少取点。目录上页下页实验思考题1.如果fo和fo'不等，且误差较大，你认为哪个更准确?为什么?2.串联谐振时，Vrto为什么不等于Vs?3.分析电路中R的大小对Q值的影响。Q值的大小对通频带B及I—f串联谐振曲线形状的影响。目录上页下页实验思考题4.可以根据半功率点Vrt=0.707Vrto的结论，用交流毫伏表测量电压的方法确定半功率点的频率。简要叙述测试方法。5.用一只标准电容器，运用谐振原理设计测试未知电感的方案。画出测试电路，简要说明测试原理。目录上页下页实验报告要求实验名称；实验目的；实验仪表（应写明具体型号）；实验原理及实验电路图；实验数据：整理各项测试内容的实验数据和串联谐振曲线，分析实验结果和误差原因；实验小结：总结实验的情况，实验的收获和体会。目录上页下页实验结束后，整理好工具包，正确摆放仪器，并将实验箱放入实验台右侧柜子中。实验结束目录上页下页•地址：南京市栖霞区文苑路9号教学3号楼西区••E-Mail:[e-mail]•中心办公室：教学3号楼西区二楼西207室•联系电话：[phone]