RLC串联谐振电路的设计实验报告

本科学生综合性实验报告开课学期2012至2013学年一学期上课时间2012年11月19日一、实验设计方案实验名称：R、L、C串联谐振电路的设计实验时间：2012/12/17/8、9、10节小组合作：是■否□小组成员：1、实验目的：1.掌握R、L、C串联谐振电路的设计方法；2.掌握并熟悉用实验方法测绘R、L、C串联电路的幅频特性曲线；3.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Q值）的物理意义及其测定方法；4.掌握并熟悉函数信号发生器、双踪示波器、频率计正确使用。2、实验场地及仪器、设备和材料：实验场地：枫林实验室实验设备和材料：序号名称型号与规格数量备注1函数信号发生器12交流电压表0～600V13双踪示波器1自备4频率计15谐振电路实验电路板R=200Ω，1KΩC=0.01μF，0.1μF，L=约30mHDGJ-033、实验思路（实验内容、数据处理方法及实验步骤等）：实验原理：1.在图7-1所示的R、L、C串联电路中，当正弦交流信号源的频率f改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随f而变。取电阻R上的电压uo作为响应，当输入电压ui的幅值维持不变时，在不同频率的信号激励下，测出UO之值，然后以f为横坐标，以UO/Ui为纵坐标（因Ui不变，故也可直接以UO为纵坐标），绘出光滑的曲线，此曲线即为幅频特性曲线，亦称谐振曲线，如图7-2所示。2.在处，即幅频特性曲线尖峰所在的频率点称为谐振频率。在电路发生谐振时，XL＝Xc，电路呈纯阻性，电路阻抗的模最小。当输入电压Ui为定值时，电路中的电流达到最大值，且与输入电压ui同相位。从理论上讲，此时Ui＝UR＝UO，UL＝Uc＝QUi，式中的Q称为电路的品质因数。3.电路品质因数Q值的两种测量方法一种测量方法是根据公式测定，UC与UL分别为谐振时电容器C和电感线圈L上的电压；另一种测量方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度△f＝f2－f1，再根据，求出Q值。式中f0为谐振频率，f2和f1是失谐时，亦即输出电压的幅度下降到最大值的1/2(＝0.707)倍时的上、下频率点。Q值越大，谐振曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好。在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。实验思路：1、按图7-3组成监测和测量电路，选用合适的C和R值。用交流电压表测量各元件上的电压值，用示波器监测信号源输出电压大小，令信号源输出电压Ui=4VP-P保持不变。2.找出电路发生谐振时的频率f0。其方法是，将电压表接在R两端，调节信号源的频率由小逐渐变大（注意要维持信号源的输出幅度不变），当Uo的读数为最大时，读得的频率计上的频率值即为电路的谐振频率f0，并测量此时的UC与UL之值（注意及时更换电压表的量程）。3.在谐振频率f0点两侧，按频率每次递增或递减500Hz或1KHz，依次各取8个测量点，逐点测出UO，UL，UC之值，记入下列数据表格中。f(KHz)34004400540064006900740079008400890094009900104001090011400124001340014400Uo(V)0.0810.1140.1680.2570.3760.4310.5960.8200.9980.8980.6690.5210.4190.3520.2650.2170.183UL(V)0.2630.4970.8821.5842.1593.0384.4696.5858.3717.7076.1765.0664.2933.7983.1262.7562.510Uc(V)1.8202.0122.4163.0813.6554.4475.6887.4198.4766.9215.0073.7162.8912.3921.6181.2090.944Ui=4VP-P,C=0.01μF,R=200Ω,fo=8900,f2-f1=9770-8180=1590,Q=5.601.将电阻R改为1KΩ，重复步骤2，3的测量过程，并做好相应的记录。f(KHz)34004400540064006900740079008400890094009900104001090011400124001340014000Uo(V)0.3810.5430.7280.9671.0791.2021.2931.3651.3801.3591.3201.2581.1751.1010.9650.8490.761UL(V)0.2480.4510.7561.1711.4201.6841.9462.1662.1322.4552.4792.4522.4372.4012.2812.1902.092Uc(V)1.7241.8622.0632.2812.3912.4702.4762.4412.3512.1901.9931.8131.6051.4521.1670.9440.775Ui=4VP-P,C=0.01μF,R=1KΩ,fo=8900,f2-f1=13000-6440=6560,Q=1.3575.将电容C改为0.1μF，重复2～4。F(KHz)5001000150020002500300035004000450050005500Uo(V)0.0960.2080.3610.6161.0411.2690.9660.7000.5440.4480.381UL(V)0.0460.2040.5351.2002.4993.6933.2182.6892.3452.1501.994Uc(V)1.5651.7141.9832.5213.3933.4502.2601.4400.9920.7350.567Ui=4VP-P,C=0.1μF,R=200Ω,fo=3000,f2-f1=3610-2580=1030,Q=2.91F(KHz)5001000150020002500300035004000450050005500Uo(V)0.4570.8581.1771.3771.4661.4761.4671.3861.3461.2361.168UL(V)0.0440.1640.3340.5090.6710.2680.2481.0331.1201.1381.150Uc(V)1.4791.3851.2541.1030.9510.7900.6720.5540.4700.3960.339Ui=4VP-P,C=0.1μF,R=1KΩ,fo=3000,f2-f1=6670-1270=5400,Q=0.556二、实验结果与分析实验现象、数据及结果实验结果（如下表）：当C=0.01uF时：。当C=0.1uF时：2.实验结论：(1)当电阻的电压达到最大值时或电路中的电流达到最大值时发生谐振，所以可以测电阻电压或电流达到最大值时电源的输出频率即为谐振频率。(2)改变L、C可使电路发生谐振，电路中R的数值不影响谐振频率值。发生谐振时电感和点容得的电压时电源输入电压的Q倍，如果输入电压过大，那么电感或者电容将会很容易烧坏。4、实验总结预习思考题：1.根据实验线路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率。答：当C=0.01uF时估算谐振频率为9200KHz,当C=0.1uF时估算谐振频率为2900KHz.2.改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中R的数值是否影响谐振频率值？答：改变L、C可使电路发生谐振，电路中R的数值不影响谐振频率值。3.如何判别电路是否发生谐振?测试谐振点的方案有哪些？答：当电阻的电压达到最大值时或电路中的电流达到最大值时发生谐振，所以可以测电阻电压或电流达到最大值时电源的输出频率即为谐振频率。4.电路发生串联谐振时，为什么输入电压不能太大，如果信号源给出3V的电压，电路谐振时，用交流电压表测UL和UC，应该选择用多大的量限？答：因为发生谐振时电感和点容得的电压时电源输入电压的Q倍，如果输入电压过大，那么电感或者电容将会烧坏。应选择10v的量限。5.要提高R、L、C串联电路的品质因数，电路参数应如何改变？答：减小R或增大L或者减小C。6.本实验在谐振时，对应的UL与UC是否相等？如有差异，原因何在？答：大小相等方向相反，因为谐振时电阻大小相等且相差180度。⑴本次实验成败之处及其原因分析：本次试验成功的关键在于知道如何正确的使用示波器，以及清楚地了解实验原理，正确连接电路图等。⑵本实验的关键环节及改进措施：错误!未找到引用源。做好本实验需要把握的关键环节：关键之处在于：在调节电源的输出频率时应时刻观察示波器变化，及时调整幅度，使其保持在4VP-P，然后读取数据。其次是实验前了解实验原理，实验时正确接好电路的操作，等表稳定后读数。错误!未找到引用源。若重做本实验，为实现预期效果，仪器操作和实验步骤应如何改善：若重做实验，我会等电压表完全稳定后再读数，这样读得的结果会更加的精确。⑶对实验的自我评价：本次实验自我感觉比较好，实验前已清楚的了解实验原理和步骤以及明白如何使用示波器，实验的数据测得比较精确，最重要的是从本次实验中学习到了更多的知识，同时对书本上的知识进行了巩固。通过此次实验，不仅考察了我们对受控源性能的测试与分析，也考察了我们的动手能力、团队合作能力、观察能力、分析能力、数据采集和处理能力。指导老师评语及得分：成绩：指导教师签名：批阅日期：