R、L、C串聯(lián)諧振電路的研究

R、L、C串聯(lián)諧振電路的研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)用實(shí)驗(yàn)方法繪制R、L、C串聯(lián)諧振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(chēng)值）的物理意義及其測(cè)定方法。二、原理說(shuō)明1.在圖11-1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uo作為響應(yīng)，當(dāng)輸入電壓ui的幅值維持不變時(shí)，在不同頻率的正弦信號(hào)激勵(lì)下，測(cè)出UO之值，然后以f為橫坐標(biāo)，以UO/Ui為縱坐標(biāo)（因Ui不變，故也可直接以UO為縱坐標(biāo)），繪出光滑的曲線，此即為幅頻特性曲線，亦稱(chēng)諧振曲線，如圖11-2所示。圖11-1圖11-1圖11-22.在f＝f0＝處，即幅頻特性曲線尖峰所在的頻率點(diǎn)稱(chēng)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＝URO＝UO，ULO＝UCO＝QUi，式中的Q稱(chēng)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＝測(cè)定，UCO與ULO分別為諧振時(shí)電容器C和電感線圈L上的電壓；另一方法是通過(guò)測(cè)量諧振曲線的通頻帶寬度△f＝fH－fL，再根據(jù)Q＝求出Q值。式中f0為諧振頻率，fH和fL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)備序號(hào)名稱(chēng)型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1函數(shù)信號(hào)發(fā)生器12交流毫伏表13雙蹤示波器1自備4諧振電路實(shí)驗(yàn)電路板R=200Ω，1KΩC=0.01μF，0.1μF，L=約30mHDGJ-03四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、按圖11-3組成監(jiān)視、測(cè)量電路。選用R=200Ω、C=0.01μf。用交流毫伏表測(cè)量電壓，用示波器監(jiān)視信號(hào)源輸出。令信號(hào)源輸出電壓為Ui=3V正弦波，并在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持不變。圖11-32.找出電路的諧振頻率f0，其方法是，將毫伏表跨接在R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)Uo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U0、UL0、UC0之值（注意及時(shí)更換毫伏表的量限），記入表格中。R(Ω)f0(KHZ)U0(V)UL0(V)UC0(V)I0(mA)Q20010003.在諧振點(diǎn)兩側(cè)，應(yīng)先測(cè)出下限頻率fL和上限頻率fH及相對(duì)應(yīng)的UO值，然后再逐點(diǎn)測(cè)出不同頻率下的UO值，記錄之。f(KHz)UO(V)I(mA)Ui=3V,C=0.01μF,R=200Ω,fo=,fH—fL=,Q=將電阻R改為1K，重復(fù)步驟2，3的測(cè)量過(guò)程f(KHz)UO(V)I(mA)Ui=3V,C=0.01μF,R=1KΩ,fo=,fH—fL=,Q=5*.選用R=200Ω、C=0.1μF，重復(fù)2～4。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），使其維持在3V。2.測(cè)量UCO和ULO數(shù)值前，應(yīng)將毫伏表的量限改大，而且在測(cè)量ULO與UCO時(shí)毫伏表的“＋”端應(yīng)接C與L的公共點(diǎn)，其接地端應(yīng)分別觸及L和C的近地端N2和N1。3.實(shí)驗(yàn)中，信號(hào)源的外殼應(yīng)與毫伏表的外殼絕緣（不共地）。如能用浮地式交流毫伏表測(cè)量，則效果更佳。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)ULO和UCO，應(yīng)該選擇用多大的量限？5.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？6.諧振時(shí)，比較輸出電壓UO與輸入電壓Ui是否相等？試分析原因。7.諧振時(shí)，對(duì)應(yīng)的ULO與UCO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)兩條幅頻特