谐振电路研究

实验报告课程名称：电路与电子实验指导老师：___王旃____成绩：__________________实验名称：交流电路阻抗的测量实验类型：________________同组学生姓名：__________一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1.掌握谐振频率及品质因数的测量方法；2.掌握频率特性曲线的测量与作图技巧；3.了解谐振电路的选频特性、通频带及其应用；4.研究电感线圈以及信号源的非理性状态对谐振特性测量的影响和修正方法。二、实验原理1.RLC串联谐振：在RLC电路中等效阻抗Z=R+(wL-1/wC)j，因此存在一个谐振频率f0，使Z虚部为0，即wL=1/wC，此时电源为恒压源的电路路端电流最大，这就是谐振状态。2.品质因数Q：在RLC串联电路中，Q=UC/UR=UL/UR，Q是谐振电路的一个重要参数。3.选频特性：RLC电路在谐振时电流最大，随着电源频率f的变化，f与谐振频率f0差距越大，路端电流越小，这就是RLC电路的选频特性。4.通频带：当路端电流I=I0/√2时，存在电源频率f1与f2，此时的2π（f2-f1）区间就被称为通频带，也可以用w0/Q表示。三、主要仪器设备函数发生器、示波器、交流毫伏表、电工试验台、导线若干。四、测得数据与绘制曲线1.100Ω电阻、0.1uF电容、40mH电感串联RLC电路测量如图所示接好实验电路，使用函数发生器作为激励，由于函数发生器的非理想性（有内阻），在调整函数发生器频率时路端电压U0会发生变化，所以需要在路端接上一个交流毫伏表，在调整频率的同时调整幅值使路端电压不变。由f0=ω2π=12πLC≈2517.74Hz。实验中波形重合时f0=2511Hz，大致符合理论值。调整函数发生器输出频率获得以下数据：专业：电子信息工程姓名：彭嘉乔学号：3130104084__日期：_________________桌号：F4装订线（截图自Excel）品质因数：Q=1RLC=6.32。通频带宽：Δf=f0Q=398.38Hz。2.1000Ω电阻、0.1uF电容、40mH电感串联RLC电路测量基本思路同1。调整函数发生器输出频率获得以下数据：（截图自Excel）品质因数：Q=1RLC=0.632。通频带宽：Δf=f0Q=3983.8Hz。3.在一个坐标系中分别绘制两种Q值下的通用谐振曲线（横轴为频率之比，纵轴为电压之比）。并标注截止频率。五、自主研究1.定量或定性研究实际电感器的非理想性对谐振频率、选频能力的影响（1）定性分析：实际电感相当于理想电感与一电阻串联形成的元件，电感内阻分压导致电阻电压低于理论值，电感上的电压则是电感电压与内阻电压向量合成后的电压，大于理论值。电感内阻的存在不影响谐振频率，由于Q减小，使电路选频能力变弱。（2）定量计算：用仿真进行试验，所测得的电阻电压比试验数据要大，但谐振频率与实验频率基本一致。2.定量或定性研究信号源内阻对谐振曲线测量的影响定性分析：电源的内阻分去一部分电压，使路端电压与函数发生器幅值并不一致。因此在实验中必须在改变频率的同时改变函数发生器幅值，但对谐振曲线的绘制并无影响。3.设计一个合适的无源滤波器，通过仿真和实验，说明它的工作原理和实测性能将40mH电感与0.1uF电容并联的滤波器，可过滤频率在2500Hz附近的正弦交流源。工作原理：加上2500Hz附近的正弦交流源时产生并联谐振无电流流出。（1）实验：使用函数发生器双通道串联，产生了一个2500Hz，一个5000Hz，幅值均为5V的正弦输出，将此源串联上电阻与滤波器，在示波器上观察到波形频率为5000Hz，并且在去掉2500Hz激励后波形无变化。（2）仿真：如图所示2500Hz的正弦交流源基本被过滤掉。4.学习和使用函数发生器的扫频（sweep）功能，看看与你的测量结果有什么异同？通过扫频功能可以直观地观察到频率变化时波形的变化，测得谐振频率为2540Hz，略大于之前的实验值。六、实验心得本次实验使我对于理论课学到的知识理解得更深了，也深深感受到了理论和实践的差距。实验需要采集的数据相当繁多，我遇到了很多困难，这也很好地磨练了我的耐心，培养了我的韧性。我还第一次通过仿真软件进行了自主研究，切身体会到了仿真软件对于我们学习电路知识的巨大帮助。