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1、实验六RLC串联谐振电路的研究 一、实验目的一、实验目的1. 学习用实验方法绘制学习用实验方法绘制R、L、C串联电路的幅频特性曲线。串联电路的幅频特性曲线。2. 加深理解电路发生谐振的条件、加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路特点，掌握电路品质因数（电路Q值）的物理意义及其测定方法。值）的物理意义及其测定方法。 二、实验原理二、实验原理 1、谐振电路的组成、谐振电路的组成 当含有电感当含有电感L、电容、电容C的一端口网络的端口电压的一端口网络的端口电压与端口电流同相位，呈现电阻性质时，则称该与端口电流同相位，呈现电阻性质时，则称该一端口网络处于谐振状态。通过调节网络参数一端
2、口网络处于谐振状态。通过调节网络参数或电源频率，能发生谐振的电路，称为谐振电或电源频率，能发生谐振的电路，称为谐振电路。谐振是线性电路在正弦稳态下的一种特定路。谐振是线性电路在正弦稳态下的一种特定的工作状态。的工作状态。2、电路谐振的条件、电路谐振的条件1ZRjLCIm0Zj10LC001L C由电阻由电阻R、电感、电感L和电容和电容C串联组成的一端口串联组成的一端口网络如图网络如图1所示，该网络的等效复阻抗所示，该网络的等效复阻抗是电源频率的函数。根据谐振的定义，当发是电源频率的函数。根据谐振的定义，当发生谐振时，其端口电压与端口电流同相位。生谐振时，其端口电压与端口电流同相位。满足此条件的
3、复阻抗的虚部应该为零，即满足此条件的复阻抗的虚部应该为零，即亦即亦即得到谐振角频率为得到谐振角频率为，有，有3、谐振电路的特性、谐振电路的特性电路达到谐振时，电路达到谐振时，XLXc，电路呈纯阻性，电电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小。在输入电压路阻抗的模为最小。在输入电压U Ui i为定值时，为定值时，电路中的电路中的电流达到最大值，且与输入电压电流达到最大值，且与输入电压Ui同同相位。从理论上讲，此时相位。从理论上讲，此时 UiURUO，ULUcQUi，有，有000011LCUULLQUURCRRC式中的式中的Q 称为电路的品质因数。称为电路的品质因数。 在电路的在电路的L、C和信号源和信号
4、源Us不不变的情况下，变的情况下，不同的不同的R值将得值将得到不同的到不同的Q值，值，如图如图2 2所示，所示，Q值越大，曲线值越大，曲线越尖锐，通频越尖锐，通频带越窄，电路带越窄，电路的选择性越好。的选择性越好。4、品质因数、品质因数Q的测量方法的测量方法一是根据公式一是根据公式 测定，测定，Uc与与UL分别分别为谐振时电容器为谐振时电容器C和电感线圈和电感线圈L上的电压。上的电压。另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度ff2f1，再根据，再根据 求出求出Q值。式中值。式中fo为谐为谐振频率，振频率，f2和和f1是失谐时，是失谐时， 亦即输出电压的幅度亦
5、即输出电压的幅度下降到最大值的下降到最大值的0.707倍时的上、下频率点。倍时的上、下频率点。三、实验内容和步骤三、实验内容和步骤1、实验设备、实验设备图图3、实验单元、实验单元HE-15的串联谐振电路的串联谐振电路图图4、正弦信号从虚拟信号发生器输出，输出线使用、正弦信号从虚拟信号发生器输出，输出线使用双鳄鱼夹信号线，输出到谐振电路的激励端口上双鳄鱼夹信号线，输出到谐振电路的激励端口上 在虚拟信号发生器输出有效值在虚拟信号发生器输出有效值3V的正弦信号的正弦信号图图5、真有效值交流、真有效值交流毫伏表，用来测量电毫伏表，用来测量电路中的电压。路中的电压。1、在、在 不了解实验电不了解实验电压
6、大小的情况下，应压大小的情况下，应先选择较大量程，测先选择较大量程，测量时逐步切换至合适量时逐步切换至合适量程；量程；2、L、C上的电压大上的电压大于于R上电压，测量时上电压，测量时应注意切换量程；应注意切换量程；3、当电压超量程报、当电压超量程报警时应先拔下输入导警时应先拔下输入导线，然后按复位按钮，线，然后按复位按钮，告警消失后切换至较告警消失后切换至较大量程再进行测量。大量程再进行测量。2、实验步骤、实验步骤(1)(1)利用利用HE-15实验箱上的实验箱上的“R、L、C串联谐振电串联谐振电路路”，按图，按图6 6组成监视、测量电路。选组成监视、测量电路。选C1=0.01F。用交流毫伏表测
7、量电压，用交流毫伏表测量电压， 用示波器监视信号源输出用示波器监视信号源输出（可选）。令信号源输出电压（可选）。令信号源输出电压Ui=3V，并保持不变。，并保持不变。(2)找出电路的谐振频率找出电路的谐振频率f0，其方法是，将毫伏表接，其方法是，将毫伏表接在在R(200)两端，维持信号源的输出幅度不变，令两端，维持信号源的输出幅度不变，令信号源的频率由小逐渐变大，当信号源的频率由小逐渐变大，当Uo的读数为最大时，的读数为最大时，读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率f0，并，并测量测量UC与与UL之值。之值。 本步骤的注意事项：本步骤的注意事项： 实验电路
8、谐振时实验电路谐振时Uo的大小并不等于输入电压的大小并不等于输入电压 f0应至少精确到应至少精确到100Hz 测量测量UC和和UL注意及时更换毫伏表的量限注意及时更换毫伏表的量限(3)在谐振点两侧，按频率递增或递减在谐振点两侧，按频率递增或递减500Hz或或1KHz，依次各取依次各取8 个测量点个测量点( (即总测量点数为即总测量点数为1717个）个），逐点测，逐点测出出UO，UL，UC之值，记入数据表格。之值，记入数据表格。 f(KHz)UO(V) UL(V) UC(V) Ui=3v, C=0.01F, R=200, fo= , f2-f1= , Q= (4)选选C1=0.01F，R2=1K
9、,重复步骤重复步骤2，3的测量过程的测量过程 测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点，不必完全拘泥于点，不必完全拘泥于500500或或1KHz1KHz的频率变化要求的频率变化要求 测量测量U UL L与与U UC C时毫伏表的时毫伏表的“”端接端接C C与与L L的公共点，的公共点，其接地端分别触及其接地端分别触及L L和和C C的近地端的近地端N N2 2和和N N1 1。 注意观察注意观察U UL L与与U UC C出现最大值的频率与谐振频率出现最大值的频率与谐振频率f0的的关系关系四、注意事项四、注意事项五、思考题五、思考题1.1.根据实验
10、线路板给出的元件参数值，估算根据实验线路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率。电路的谐振频率。2.2.改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中电路中R的数值是否影响谐振频率值？的数值是否影响谐振频率值？3.3.如何判别电路是否发生谐振如何判别电路是否发生谐振?测试谐振点测试谐振点的方案有哪些的方案有哪些4.4.电路发生串联谐振时，为什么输入电压不电路发生串联谐振时，为什么输入电压不能太大，能太大， 如果信号源给出如果信号源给出3V的电压，电路的电压，电路谐振时，用交流毫伏表测谐振时，用交流毫伏表测UL和和UC，应该选，应该选择用多大的量限？择用多大的量限？5.5.要提高要提高R、L、C串联电路的品质因数，电串联电路的品质因数，电路参数应如何改变路参数应如何改变6.6.本实验在谐振时，对应的本实验在谐振时，对应的UL与与UC是否相等？是否相等？如有差异，原因何在？如有差异，原因何在？
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