電路分析實(shí)驗(yàn)箱--RLC串聯(lián)諧振電路的研究
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br />
1、學(xué)習(xí)用實(shí)驗(yàn)方法繪制R、L、C串聯(lián)電路的幅頻特性曲線
2、加深理解電路發(fā)生諧振的條件、特點(diǎn)，掌握電路品質(zhì)因數(shù)（電路Q值）的物理意義及其測(cè)定方法
二、原理說(shuō)明
1、在圖12-1(a)所示的R、L、C串聯(lián)電路中，當(dāng)正弦交流信號(hào)源的頻率f改變時(shí)，電路中的感抗、容抗隨之而變，電路中的電流也隨f而變。取電阻R上的電壓U0作為響應(yīng)，當(dāng)輸入電壓Ui的幅值維持不變時(shí)，在不同頻率的信號(hào)激勵(lì)下，測(cè)出U0之值，然后以f為橫坐標(biāo)，以U0/Ui為縱坐標(biāo)（因Ui不變，故也可直接以U0為縱坐標(biāo)），繪出光滑的曲線，此即為幅頻特性曲線，亦稱諧振曲線，如圖12-1(b)所示。
圖12-1
2、在f=f0=
處，即幅頻特性曲線尖峰所在的頻率點(diǎn)稱為諧振頻率。此時(shí)XL=XC，電路呈純阻性，電路阻抗的模為最小。在輸入電壓Ui為定值時(shí)，電路中的電流達(dá)到最大值，且與輸入電壓Ui同相位。從理論上講，此時(shí)Ui=UR=U0，UL=UC=QUi，式中的Q稱為電路的品質(zhì)因數(shù)。
3、電路品質(zhì)因數(shù)Q值的兩種測(cè)量方法
一是根據(jù)公式Q=UL/U0=UC/U0測(cè)定，UC與UL分別為諧振時(shí)電容器C和電感線圈L上的電壓；另一種方法是通過(guò)測(cè)量諧振曲線的通頻帶寬度△f=f2－f1，再根據(jù)Q=f0/(f2－f1)求出Q值。式中f0為諧振頻率，f2和f1是失諧時(shí)，亦即輸出電壓的幅度下降到最大值的
（=0.707）倍時(shí)的上、下頻率點(diǎn)。Q值越大，曲線越尖銳，通頻帶越窄，電路的選擇性越好。在恒壓源供電時(shí)，電路的品質(zhì)因數(shù)、選擇性與通頻帶只決定于電路本身的參數(shù)，而與信號(hào)源無(wú)關(guān)。
三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
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序號(hào) |
名 稱 |
型號(hào)與規(guī)格 |
數(shù)量 |
備注 |
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1 |
低頻信號(hào)發(fā)生器 |
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1 |
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2 |
交流毫伏表 |
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1 |
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3 |
雙蹤示波器 |
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1 |
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4 |
實(shí)驗(yàn)線路元件 |
R=330Ω、2.2KΩ；C=3300pF；L約30Mh；r=30Ω |
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5 |
頻率計(jì) |
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1 |
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四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1、按圖12-2組成監(jiān)視、測(cè)量電路。先選用C1、R1。用萬(wàn)用表的交流毫伏擋測(cè)電壓，用示波器監(jiān)視信號(hào)源輸出。令信號(hào)源輸出電壓Ui = 1V，并保持不變。
2、找出電路的諧振頻率f0，其方法是，將毫伏表接在R（330Ω）兩端，令信號(hào)源的頻率由小逐漸變大（注意要維持信號(hào)源的輸出幅度不變），當(dāng)U0的讀數(shù)為最大時(shí)，讀得頻率計(jì)上的頻率值即為電路的諧振頻率f0，并測(cè)量UC與UL之值，注意及時(shí)更換毫伏表的量限。
圖12-2
3、在諧振點(diǎn)兩側(cè)，按頻率遞增或遞減500Hz或1KHz，依次各取8個(gè)測(cè)量點(diǎn)，逐點(diǎn)測(cè)出U0，UL，UC之值，記入數(shù)據(jù)表格。
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f(KHz) |
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U0(V) |
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UL(V) |
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UC(V) |
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Ui = 4VP-P C = 3300PF，R = 330Ω， f0 = f2－f1 = Q = |
4、改變電阻值，重復(fù)步驟2，3的測(cè)量過(guò)程
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f(KHz) |
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U0(V) |
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UL(V) |
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UC(V) |
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Ui = 4VP-P C = 3300PF，R = 2.2KΩ， f0 = f2－f1 = Q = |
五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
1、測(cè)試頻率點(diǎn)的選擇應(yīng)在靠近諧振頻率附近多取幾點(diǎn)。在變換頻率測(cè)試前，應(yīng)調(diào)整信號(hào)輸出幅度（用示波器監(jiān)視輸出幅度）使其有效值維持在1V。
2、測(cè)量UC和UL數(shù)值前，應(yīng)將毫伏表的量限改大，而且在測(cè)量UL與UC時(shí)毫伏表的“+”端應(yīng)接電容C與電感L的公共點(diǎn)。
六、預(yù)習(xí)思考題
1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)線路板給出的元件參數(shù)值，估算電路的諧振頻率。
2、改變電路的哪些參數(shù)可以使電路發(fā)生諧振，電路中R的數(shù)值是否影響諧振頻率值？
3、如何判別電路是否發(fā)生諧振？測(cè)試諧振點(diǎn)的方案有哪些？
4、電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，為什么輸入電壓不能太大，如果信號(hào)源給出3V的電壓，電路諧振時(shí)，用交流毫伏表測(cè)UL和UC，應(yīng)該選擇用多大的量限？
要提高R、L、C串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)，電路參數(shù)應(yīng)如何改變？
本實(shí)驗(yàn)在諧振時(shí)，對(duì)應(yīng)的UL與UC是否相等？如有差異，原因何在？
七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告
1、根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，繪出不同Q值時(shí)三條幅頻特性曲線，即：U0 = f (f)， UL = f (f)， UC = f (f)
2、計(jì)算出通頻帶與Q值，說(shuō)明不同R值時(shí)對(duì)電路通頻帶與品質(zhì)因數(shù)的影響。
3、對(duì)兩種不同的測(cè)Q值的方法進(jìn)行比較，分析誤差原因。
4、諧振時(shí)，比較輸出電壓U0與輸入電壓Ui是否相等？試分析原因。
5、通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，總結(jié)、歸納串聯(lián)諧振電路的特性。
