实验十 RLC串联谐振电路的研究
实验目的
1、进一步了解RLC串联电路的频率响应。
2、加深理解RLC串联电路的谐振特点。
3、学会谐振频率及品质因数的测量方法。
4、学会频率特性曲线的绘制。
实验设备和器材
信号发生器 、双踪示波器 、万用表 、交流毫伏表 、电感箱、电容箱、电阻箱 实验原理与说明
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
1串联谐振频率 f0 ?
显然,谐振频率只与电路参数L和C有关, 2?LC
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。
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 UiI?I? ,I为串联谐振电流。 大 0 R0
(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 U i ? U R 。
(3)若XL=XC>>R,则UL=UC>>Ui。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。
Q?ULUC2?f0L11????UiUiR2?f0CRRLC
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。 当f=f0时,电流最大I=I0。当f>f0或f<f0电流I<I0。当电路的电流为谐振电 1I?1I, 2流的
0 时,在谐振曲线上对应的两个频率fH和fL,称为上 2
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 f
fBw?fH?fL?0Q
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。
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3 测量电路
图2
实验内容和步骤
1、用变频方法实现谐振
(1)按实验图3接好电路,固定参数US = 3 V、R =100Ω、C=0.01?fL =10 mH。 (2)测谐振曲线,改变电源频率,测量R=100Ω时的电阻电压UR ,电流I;当UR、I最大时对应的频率即为谐振频率f0。注意谐振点附近取点要密,测量结果填入实验表1中。
(3)改变电源频率,测量电容电压UC ,电感电压UL ,UL = UC 时对应的频率即f0。
2、分别用电压谐振法和频带宽度法测量品质因数。测量结果填入实验表2中。 3、作I~f曲线。 数据记录:
1)Q?L
?C
(R)2
UU
、 2) Q?
fH
?
、 U(R)?L
。
实验注意事项
1、测试频率点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3 V值。
2、测量UL 和UC的数值(有效值)前,应将毫伏表量程改大,而且在测量UL 和UC时毫伏表的“+”端应接在C与L的公共点,其接地端应分别触及L和C的近地端。
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。
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3 V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程?
5、要提高RLC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? 实验报告
1、根据测量数据,绘出不同Q值时的3条幅频特性曲线,即
uR = f(f0), uL = f(f0), uC = f(f0)
2、计算出通频带与Q值,说明不同R值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、通过本次实验,总结、归纳串联谐振电路的特性。
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