實驗二RLC串聯交流諧振電路

2022-08-19 17:30:03 字數 1961 閱讀 7081

一、實驗目的

1.通過實驗掌握串聯諧振時的特點,了解電路引數對諧振特性的影響。

2.測定r、l、c串聯諧振電路的頻率特性曲線。

3.正確使用雙蹤示波器。

二、實驗原理

1.r、l、c串聯電路(圖2-1)的阻抗是電源頻率的函式,即:

z=r+j(ωl-)=

當ωl=時,電路呈現電阻性,us一定時,電流達最大,這種現象稱為串聯諧振,諧振時的頻率稱為諧振頻率,也稱電路的固有頻率。即或

上式表明諧振頻率僅與元件引數l、c有關,而與電阻r無關。

圖2-1

2.電路處於諧振狀態時的特徵:

1 復阻抗z達最小,電路呈電阻性,電流與輸入電壓同相。

2 電感電壓與電容電壓數值相等,相位相反。此時電感電壓(或電容電壓)為電源電壓的q倍,q稱為品質因數,即

在l和c為定值時,q值僅由迴路電阻r的大小來決定。

③ 在激勵電壓有效值不變時,迴路中的電流達最大值,即:

3.串聯諧振電路的頻率特性:

① 迴路的電流與電源角頻率的關係稱為電流的幅頻特性,表明其關係的圖形稱為串聯諧振曲線。電流與角頻率的關係為:

當l、c一定時,改變迴路的電阻r值,即可得到不同q值下的電流的幅頻特性曲線。顯然q值越大,曲線越尖銳。

有時為了方便,常以為橫座標,為縱座標畫電流的幅頻特性曲線(這稱為通用幅頻特性),圖2-2畫出了不同q值下的幅頻特性曲線。迴路的品質因數q值越大,在一定的頻偏下下降的越厲害,電路的選擇性就越好。

為了衡量諧振電路對不同頻率的選擇能力引進通頻帶的概念,把通用幅頻特性的幅值從峰值1下降到0.707時所對應的上、下頻率之間的寬度稱為通頻帶(以bw表示)即:

q值越大,通頻帶越窄,電路的的選擇性越好。

3 激勵電壓與響應電流的相位差角和激勵電源角頻率ω的關係稱為相頻特性,即:

顯然,當電源頻率ω從0變到ω0時,電抗x由-∞變到0時,角從變到0,電路為容性。當ω從ω0增大到∞時,電抗x由0增到∞,角從0增到,電路為感性。相角與的關係稱為通用相頻特性。

圖2-2

諧振電路的幅頻特性和相頻特性是衡量電路特性的重要標誌。

三、儀器裝置

1. 模擬/數位電路實驗箱

2.訊號發生器

3.交流毫伏表

4.雙蹤示波器

四、實驗內容及步驟

按圖2-3連線線路,電源us為低頻訊號發生器。將電源的輸出電壓接示波器的ya插座,輸出電流從r兩端取出,接到示波器yb插座以觀察訊號波形,取l=0.01h,c=0.

47μf,r=10ω,電源的輸出電壓us=1v。

圖2-3 實驗線路圖

1.改變訊號源頻率,找出電路諧振頻率f0,一般可採用如下兩種方法。

①電阻電壓ur達到最大值的辦法確定f0

將us調到1伏,然後改變頻率f,此時ur也將隨著變化,用毫伏表檢測ur,當ur出現最大值時所對應的f既為f0(為什麼,學生自己分析)。

②用雙蹤示波器找f0

按圖2-3接線,us實際上代表著串聯電路的電流i,調節訊號源的f,當看到示波器中us和ur兩波形同相位時,此時的f既f0(這又是為什麼)

1. 在諧振情況下用電晶體毫伏表測量us,uc ,ul ,ur及ul-c(注意毫伏表量程),並記錄入錶2-1

表2-1 諧振測量資料

3. 以f0為中心兩邊對稱取點,保持us=1v不變,改變f逐點測量,在f0附近,應多取些測試點。用交流毫伏表測試每個測試點的ur值,電流i是通過測量ur值,由i=ur/r換算而得,記入**2.4-2中。

表2-2 r1=10ω,r2 =50ω ,l與c維持不變

4.任選一組引數(r1或r2)用示波器分別觀察f> f0及f< f0時,電流、電壓相位關係;並畫出波形圖,說明電流超前還是電壓超前?

五、實驗報告要求

1. 根據實驗資料,在方格紙上繪出i(f)曲線

2. 通過實驗總結r、l、c串聯諧振電路的主要特點。

3. 討論問題:

實驗中,當r、l、c串聯電路發生諧振時,是否有uc=ul及ur=us?若關係不成立,試分析其原因。

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