串联谐振曲线

-.z.串联谐振曲线实验目的加深对串联谐振电路条件及特性的理解。掌握谐振频率的测量方法。理解电路品质因数Q和通频带的物理意义及其测定方法。测定RLC串联谐振电路的频率特性曲线。深刻理解和掌握串联谐振的意义及作用。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。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。用Origin绘图软件绘图。实验原理RLC串联电路如下图，改变电路参数L、C或电源频率时，都可能使电路发生谐振。RLC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，电路中的电流与鼓励电压同相，电路处于谐振状态。电路处于谐振状态的特性：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。回路电路Io的数值最大，Io=Us/R电阻的电压数值最大，UR=Us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=QUs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〕与鼓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/Q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。实验内容Mutisim仿真创立电路：从元器件库中选择可变电阻、电容、电感创立下列图电路。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7.586kHz，-3dB带宽为13.988-3.853=10.135kHz〕当电阻R=100欧、200欧、300欧时，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：红色为100欧蓝色为200欧绿色为300欧)〔Q随R的增大而减小〕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，说明频谱如何变化？为什么？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：由图像知串联谐振电路具有选频特性测量元件值，计算电路谐振频率和品质因数Q的理论值。〔RL=27.5欧、R=100欧、L=4.7mH、C=88.6nF、谐振频率为f=7.799KHzQ=1.806〕在电路板上根据图焊接电路，信号电压的有效值设置为1V。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=7.5kHz用示波器测量所得fo=7.28kHz〕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。随频率变化，测量电阻电压及归一化电压〔UR/URma*〕，记录7、所测数据用交流毫伏表测量谐振频率所得数据如下：频率〔kHz〕0.51.02.03.04.05.06.07.07.17.27.28电压UR(mV)2260130220321438562660664670672归一化电压0.0320.0880.1910.3240.4730.6450.8280.9720.9780.9870.990频率〔kHz〕7.47.57.67.88.09.010.011.012.013.014.0电压UR(mV)675679676672663603524460400358320归一化电压0.9941．0000.9960.9900.9760.8880.7720.6770.5890.5270.471RLC电路响应的谐振曲线的测量用示波器测量谐振频率时图像如下：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。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