RLC串聯(lián)電路地諧振特性研究 實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料

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1、word 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)題目:RLC串聯(lián)電路諧振特性的研究 班級： 某某：學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 一．目的 1．研究LRC串聯(lián)電路的幅頻特性; 2．通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識LRC串聯(lián)電路的諧振特性. 二．儀器與用具 DH4503RLC電路實(shí)驗(yàn)儀電阻箱 數(shù)字儲存示波器 導(dǎo)線 R C US L 三．實(shí)驗(yàn)原理 LRCUS的電壓為U,角頻率為ω,各元件的阻抗分別為 如此串聯(lián)電路的總阻抗為 串聯(lián)電路的電流為 式

2、中電流有效值為 電流與電壓間的位相差為 它是頻率的函數(shù),隨頻率的變化關(guān)系如圖3.12-2所示. w 0 j w0 (b) 電路中各元件電壓有效值分別為 (3.12-5)和(3.12-6),(3.12-7) 式可知,UR,UL和UC隨頻率變化關(guān)系如圖3.12-3所示. w wc w0 wL 0 U VC VL w w0 U 0 Um (a) (3.12-5),(3.12-6)和(3.12-7)式反映

3、元件R、L和C的幅頻特性,當(dāng) 時(shí),j=0,即電流與電壓同位相,這種情況稱為串聯(lián)諧振,此時(shí)的角頻率稱為諧振角頻率,并以w0表示,如此有 從圖3.12-2和圖3.12-3可見,當(dāng)發(fā)生諧振時(shí),UR和I有極大值,而UL和UC的極大值都不出現(xiàn)在諧振點(diǎn),它們極大值ULM和UCM對應(yīng)的角頻率分別為 式中Q,可得相應(yīng)的極大值分別為 電流隨頻率變化的曲線即電流頻率響應(yīng)曲線〔如圖3.12-5所示〕也稱諧振曲線.為了分析電路的頻率特性.將(3.12-3)式作如下變換

4、 從而得到 0 w I Q1 Q2 Q5 Q5 Q2 〈 Q1 〈 w0 〔b〕 w w1 w0 w2 0 I (a) I0 帶寬 此式明確,電流比I/I0由頻率比w/w0與品質(zhì)因數(shù)Qw/w0,I/I0=1,而在失諧時(shí)w/w0≠1, I/I0<1.由圖3.12-5(b)可見,在L、C一定的情況下,R越小,串聯(lián)電路的Q值越大,諧振曲線就越鋒利.Q值較高時(shí),w稍偏離w0.電抗就有很大增加,阻抗也隨之很快增加,因而使電流從諧振時(shí)的最大值急劇地下降,所以Q值越高,曲線越鋒利,稱電路的選擇性越好. 為了

5、定量地衡量電路的選擇性,通常取曲線上兩半功率點(diǎn)(即在處)間的頻率寬度為“通頻帶寬度〞,簡稱帶寬如圖3.12-5所示,用來明確電路的頻率選擇性的優(yōu)劣. 由(3.12-17)式可知,當(dāng)時(shí),,假如令 解(3.12-18)和(3.12-19)式,得 所以帶寬為 可見,Q值越大,帶寬Dw越小,諧振曲線越鋒利,電路的頻率選擇性就好. 四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1．計(jì)算電路參數(shù) (1)根據(jù)自己選定的電感L值,用(3.12-9)式計(jì)算諧振頻率f0=2kHz時(shí),RLC串聯(lián)電路的電容C的值,然后根據(jù)(3.12-12)式計(jì)算品質(zhì)因數(shù)Q=2和Q=5時(shí)電阻R的值.

6、 R C US L 示波器 K 2．實(shí)驗(yàn)步驟 〔1〕按照實(shí)驗(yàn)電路如圖3.12-6連接電路,為電感線圈的直流電阻,C為電容箱,R為電阻箱,US為音頻信號發(fā)生器. (2)Q=5,調(diào)節(jié)好相應(yīng)的R，將數(shù)字儲存示波器接在電阻R兩端，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的頻率，由低逐漸變高〔注意要維持信號發(fā)生器的輸出幅度不變〕，讀出示波器電壓值，并記錄。 〔3〕把示波器接在電感兩端重復(fù)步驟〔2〕，讀出UL的值。 〔4〕把示波器接在電容兩端重復(fù)步驟〔2〕讀出UC的值，將數(shù)據(jù)記入表中 〔5〕使得Q=2，重復(fù)步驟(2)(3)(4) (6)同一坐標(biāo)紙上畫出Q=5時(shí)3條諧振曲線—f 和—f.—f圖并分析

7、 〔7〕一坐標(biāo)紙上分別畫出在Q=5，Q=2的I—f圖比擬并分析〔I由得出〕 五．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析 電壓單位：V 電流單位:A 表1 Q=5 f(kHz) VR(V) I(mA) f(kHz) VR(V) I(mA)

8、 Q=2 f(kHz) VR(V) 0,921 I(mA) f(kHz) ? VR(V) I(mA) 由以上數(shù)據(jù)可作 圖1 圖2 圖3 由圖1,2,3,有以下

9、結(jié)論 1. 和.與f均呈類似拋物線變化，但是其最大電壓出對應(yīng)的f不同，對于—f圖，只有對應(yīng)的最大電壓處f= f0 2．諧振時(shí)j=0,電流與電源電壓同位相,此時(shí)電路阻抗 其中LC串聯(lián)局部相當(dāng)于短路.故諧振時(shí)電路呈電阻性,阻抗最小.因此,電源電壓一定時(shí),諧振電流最大 3．諧振時(shí)電感上電壓〔感抗電壓〕與電容上的電壓〔容抗電壓〕,大小相等,方向相反(如圖3.12-4所示),二者互相抵消,這時(shí)電源上的全部電壓都降落在電阻上,即 而感抗電壓與容抗電壓均為電源電壓的Q倍,即 均略小于ULM和UCM. 圖4 圖5 4．由圖4,5，可以看出：Q值越大,諧振曲線越鋒利,電路的頻率選擇性就好. 六．注意的問題 1．由于信號發(fā)生器的輸出電壓隨頻率而變化，所以在測量時(shí)每改變一次頻率，均要調(diào)節(jié)輸出電壓,本實(shí)驗(yàn)要求在整個(gè)測量過程中輸出電壓保持1.0伏. 2．測量時(shí),在諧振點(diǎn)附近頻率要密一些,以保證曲線的光滑. 七 .誤差分析 1.雖然已經(jīng)盡量防止，測量時(shí)不可能達(dá)到輸出電壓一直保持不變，從而造成誤差 2．示波器讀數(shù)不穩(wěn)定，造成誤差 8 / 8