电路谐振实验任务书

1、RLC串联电路谐振实验（仿真）1. 实验目的（1）通过对电路谐振现象的探讨，进一步理解串联谐振电路的特点。（2）学习串联电路频率特征曲线的绘制。（3）了解品质因数Q对谐振曲线的影响。2. 实验原理1）谐振定义一个含电感L和电容C的一端口网络，当它的端口电压 u与电 流i同相时，称为电路达到谐振状态。2）谐振特性RLC串联电路如图一所示，在正弦电压作用下，其阻抗Z表达式为其中电工电子实验中心实验接线图电工电子实验中心实验接线图Z =R+j 灼L= R + jX= ZZ二 arcta nL（RLC 串联电路 ）图一护4 &耳煮吟影838电路元件值固定，对于不同的信号频率， Xl和Xc数值不

2、同。当1Xl二Xc时电路发生谐振，即丄=1。由此求得谐振频率 个人收集整理勿做商«C(4.6)(4.7)业用途-0 =P LC2二 一 LC电路发生谐振时，具有以下特性:(1)电路的总阻抗Z=R，这时阻抗最小，阻抗角为零，呈纯电阻性。(2) 当电路电压U定时，电路电流在谐振点最大= U。此式R表明，电路在谐振时，电流的大小与 Q值无关。(3) 谐振时电感电压和电容电压大小相等、 相位相反并达到最大值。(4)谐振时电阻电压Ur等于总电压U 。串联谐振电路的品质因数为0L 11 LQ 二R ORC R3) 谐振曲线电路中电流幅值与电源频率的关系称为 幅频特性，表明其关系的特性曲线称为电流

3、谐振曲线，表达式为R 1 QUZ()一(4.8)(4.9)式中飞为谐振角频率。此式表明在谐振时，电流的大小与 Q值无关;而在其他频率的情况下，电流将随着Q值的增大而减小。从图4.6上 的几条Q值不同的曲线可看出，Q值越大曲线越尖锐，亦即电路的 选择性愈高。由此可看出 Q值的重要意义 。 个人收集整理勿做商业用途=arcta n在RLC串联电路中，电路的阻抗角为(4.10)当电源角频率从0变到0时，电抗X由八变到0,即为容性， 相角将从 丄变到0;当从0增大到：:时，电抗X由0增到：，即2为感性，相角，从0增大到二。相角与频率的关系称为 相频特性，特2性曲线如图4.7所示 。 个人收集整理勿做商

4、业用途4）判别电路是否发生谐振的几种方法如图二电路是个RLC串联电路，若电路中各元件参数不变，用改变电源频率的方法，来研究谐振电路的特性，判别电路是否发生谐振可用以下几种方法判断。 个人收集整理勿做商业用途电工电子实验中心实验接线图（RLC串联电路）图二少川汙卫吐护护38（1）相位判别法观测电路如图二所示。用示波器观察电压 u与电流i的相位差 改变电源频率，当u与i同相时，电路发生谐振，此时对应的电源频 率即为谐振频率fo，可用“双轨法”和“李沙育图形法”观测谐振时 示波器荧光屏上出现的图形 。 个人收集整理勿做商业用途（2）电流判别法测量电路的电流I值达到最大值时，电路发生谐振。如下图所示。

5、 用毫伏表测量Ur达到最大值时（I即为最大值），对应的电源频率即 为谐振频率，此时电路发生谐振 。 个人收集整理勿做商业用途电工电子实验中心RLC串联谐振电路5) 品质因数Q的测量电路发生谐振时，分别测量对应的电感电压Ulo，电容电压Uco，电阻电压Uro，则根据下式可计算Q值：UloUroUcoUR06) 频率特性的测绘用“逐点法”测量。改变电源频率，测量对应每个频率电路的电 流和各个电压值，即可得到其幅频特性，测量电压U与I的相位差， 即可得到相频特性。 个人收集整理勿做商业用途用“逐点法”测量频率特性时，应预先观察一次被测量值随频率 变化的规律。测量记录时，应先找到谐振点和特殊点，再合理

6、选择其 它点进行测量 。 个人收集整理勿做商业用途3. 仪器和设备(1)电容(C=0.2318 F) 1 个(2) 电感(L=0.1H ) 1 个(3) 电阻箱1个(4) 双踪示波器 1 台(TeKtro nix TDS2024)(5) 低频信号发生器1台(Agilent)(6) 万用表 1 块(Agile nt)4. 实验步骤与操作(1)按图三所示电路接好线，取L=0.1H , C=0.2318 F, R=1kQ,Us=3v，调节信号源频率实现谐振，测量谐振点的电压Uro、Ul0、Uco记入表一中。要求用两种方法找出谐振点 。个人收集整理勿做商业用途电工电子实验中心|实验接线图(RLC 串联

7、电路)用卅占芋.- 汁=38& 38表一测量谐振点数据数据方法测量fo / HzUs / VIo / mAUro / VUlo / VUco / V12(2)测绘幅频特性曲性-F f (或I F (f),观察串联谐振现 Io Ifo 丿象。保持信号发生器输出电压 Us=3v不变，且L、C 一定时，改变频率，分别测量R=200Q , R=1kQ两种情况下，I (f)、Ur (f)频率特性曲线。记入表二中(要求13个点) 。个人收集整理勿做商业用途电工电子实验中心表二实验数据要求串联谐振时，需测试 UR及UC（f0）（f0为谐振频率）0”，f（Hz） U、r（V）R（欧姆）-,.f 1f2

8、f3f4fof5f6f7Uc（fo）UsU R（f1）UR（f2）U R（f3）UR（f4）U R（f0）UR（f5）Ur（QUR（f7）200 Q0.1U Rm0.3U Rm0.5U Rm0.7U Rm0.7U Rm0.5U Rm0.3U Rm3V1000 Q3V（3）用示波器观察RLC串联电路在不同频率时的端口电压和电流 波形，并测量相位差，记入表三中。表三RLC串联电路测量数据频率1 fo2fou、i波形相位差®电路性质（4）测绘相频特性曲线。用“原理”中所述方法进行测量。将数 据填入自拟的表格中（要求7个点）。5. 实验注意事项（1）测试频率点的选择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3V输出 。 个人收集整理勿做商业用途（2）为了较准确作出谐振曲线，在谐振点附近测试点要较密。（3）在变频调谐时，要保证谐振回路出现的最大电流不超过信号发生器的额定电流。（4）测（f）时，正确判断其正负。（5）测Ul（f）、uc（f）时，首先根据Q