调谐电路功效的研究.doc

专业：____控制_______
姓名：____曾坤_________
学号：__3150104119____
日期：____11.4_________
地点：____东3-202______
实验报告

课程名称： 电路与模拟电子技术实验 指导老师： 王旃 成绩：__________________
实验名称： 调谐电路功效的研究 实验类型： 电路实验 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、实验目的和要求
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想状态对谐振特性测量 的影响和修正方法。

二、实验内容和原理
由电阻器、电感器和电容器串联组成的一端口网络，其等效复阻抗为：

RLC串联电路发生谐振时，电路具有的特点：
1、电路的阻抗最小；
2、电路的电流达到最大值，该值的大小取决于一端口网络的等效阻值，与电感和电容的值无关，即

3、电压、电流同相位；
4、电感与电容上的电压有效值相等，相位相反，电抗压降等于零。

三、主要仪器设备
1、信号发生器
2、DG08模块
3、示波器
4、宽频带电压表
5、电阻箱

四、操作方法和实验步骤
由电阻器、电感器和电容器组成RLC串联电路，选择L=40mH，
C=0.1mF，R=100W，电路输入端接信号发生器，使其输出正弦信号。
计算品质因数（由于电感的制造工艺使得其偏差较大，因此f0
只能参考，若要精确计算f0，可能需要先测定电感的值）。
1、根据提供的设备，预先计算出谐振频率f0 的值，确定信号源输出幅值和UR、UL、UC 的极值范围。
2、以f0为中心向左右扩展，保持US幅值基本不变，依次改变f， 测量UR、UL、UC 、ULC ，画出幅频特性曲线。
3、将R由100 W改为1K W ，重复测量UR、UL、UC 、ULC ，再次绘制幅频特性曲线。
4、画出上述两个Q值下的通用谐振曲线。

五、实验数据记录和处理装 订 线
。
由元件的标称值粗略计算谐振频率f0,由串联谐振公式得：

因此我们调节的频率范围应主要在2.5kHz左右。
在R=100W，U=3V的情况下，改变f在f0两边扩展，测量的数据如下（在实验室中测得）：
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
0.58
0.15
3.13
0.10
2.55
13.05
11.80
1.97
0.78
0.31
3.27
0.15
2.60
12.25
10.70
1.81
0.97
0.51
3.47
0.20
2.65
11.76
9.70
1.67
1.13
0.74
3.69
0.25
2.70
10.69
8.87
1.53
1.26
0.98
3.93
0.30
2.75
9.99
8.02
1.41
1.37
1.25
4.17
0.35
2.80
9.38
7.28
1.30
1.47
1.54
4.44
0.40
2.85
8.86
6.62
1.21
1.55
1.81
4.69
0.45
2.90
8.42
6.10
1.13
1.62
2.13
4.94
0.50
2.95
7.96
5.60
1.05
1.68
2.41
5.37
0.55
3.00
7.57
5.18
0.99
1.75
2.81
5.71
0.63
3.10
7.00
4.47
0.88
1.81
3.26
6.04
0.70
3.20
6.46
3.90
0.78
1.85
3.55
6.43
0.74
3.30
6.01
3.44
0.72
1.89
3.89
6.70
0.80
3.40
5.71
3.06
0.66
1.93
4.25
7.14
0.88
3.50
5.45
2.74
0.60
1.97
4.82
7.55
0.98
3.60
5.22
2.49
0.56
2.01
5.28
8.02
1.01
3.70
5.04
2.27
0.52
2.05
5.98
8.45
1.12
3.80
4.79
2.05
0.49
2.09
6.71
9.07
1.21
3.90
4.65
1.89
0.46
2.12
7.31
9.49
1.34
4.00
4.52
1.75
0.43
2.16
8.24
10.29
1.43
4.10
4.41
1.63
0.41
2.20
9.30
11.00
1.63
4.40
4.06
1.31
0.36
2.26
11.03
12.24
1.88
4.80
3.80
1.02
0.31
2.31
12.46
13.03
2.08
5.20
3.63
0.83
0.27
2.36
13.56
13.40
2.21
5.70
3.40
0.64
0.23
2.41
14.17
14.08
2.26
6.00
3.32
0.57
0.21
2.46
14.14
13.67
2.21
6.50
3.23
0.47
0.18
2.50
13.76
12.80
2.12
7.00
3.17
0.40
0.16

在R=1kW的情况下，测量了数据如下：（由于在实验室中时间不足，故其是在仿真软件上完成，其中U=8.88V）
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
0.65
0.58
8.71
3.56
2.6
5.8
5.43
8.88
0.75
0.77
8.65
4.07
2.65
5.91
5.32
8.87
0.9
1.09
8.54
4.83
2.7
6.01
5.21
8.86
1.1
1.6
8.34
5.77
2.8
6.21
5
8.82
1.3
2.16
8.09
6.61
2.9
6.4
4.79
8.76
1.45
2.61
7.86
7.16
3
6.57
4.59
8.69
1.6
3.07
7.6
7.64
3.1
6.74
4.4
8.6
1.85
3.83
7.1
8.26
3.3
7.03
4.03
8.4
2
4.27
6.78
8.52
3.6
7.39
3.54
8.05
2.1
4.56
6.55
8.66
4
7.75
3
7.53
2.2
4.83
6.32
8.76
4.3
7.95
2.66
7.17
2.3
5.09
6.1
8.82
4.7
8.15
2.29
6.67
2.35
5.22
5.99
8.85
5.2
8.32
1.93
6.12
2.4
5.34
5.88
8.87
5.8
8.44
1.61
5.54
2.45
5.46
5.76
8.88
6.5
8.52
1.34
4.98
2.5
5.58
5.65
8.88
7.5
8.56
1.07
4.36
2.55
5.69
5.54
8.89

六、实验结果与分析
当R=100W时，绘制幅频特性曲线如右图：
我们可以看出UR 、UL 和UC 基本上都谐振频率（约为2.41kHZ）附近达到峰值，在峰值处R两端电压为2.26V，低于3V，可能是因为电感本身存在电阻，40mH电感用万用表实测电阻约20W，由此计算R分压应接近2.5V，另外可能存在一些线路上的压降，所以测得结果非常符合实际。另外可计算得RLC谐振电路的品质因数Q=6.32，故L和C两端的电压值应该接近2.26×6.32=14.28V，实测UL0=14.14V, UC0=13.67V，都比较符合预期结果。且由图中看出电感电压在f0左侧变化快，右侧变化慢；电容电压在f0左侧变化快，右侧变化慢，也非常符合元件特性。
用每一个UR 同时除以2.26V，得出的数据然后画出Q=6.32时的通用谐振曲线如下：

可见当品质因数为6.32时，曲线在谐振频率处达到峰值，即放大倍数最大，且在谐振频率附近位置，曲线较为尖锐，通频带宽较窄。

当串联电阻R=1kW时，绘制幅频特性曲线如下：

易有其谐振频率约为2.55kHZ左右。可以看出其相较于2.41kHZ更接近于f0可猜测可能是由于实验室元器件为非理想所造成的。
可计算出此时的Q值为0.632，下面是Q为0.632时的通用谐振曲线：

再将两者绘至一起，有：

很显然相比Q=6.32时的通用谐振曲线，Q=0.632时曲线并没有非常尖锐，通频带较宽。

七、讨论、心得
通过本次实验，我了解了RLC串联电路谐振频率的测定方法，双踪示波器的使用更加熟练了。其次在一开始做100Ω的实验时，由于自己过分关注数据在小范围内的变化，导致自己浪费了大量的时间在这上面，以至于后面做1000Ω都没有时间在实验室内完成，无奈之下测了尽可能多的100Ω数据以便数据分析和图表绘制。然后由于后者必须在仿真软件上完成，从而让我认识到自己在对仿真软件的操作上的不熟（以前其实不是很重视对这个软件操作的掌握）。以后一定多在这上模拟来增加自己的熟练度。
其次，在仿真软件完成1000Ω的模拟之后，又尝试了一下100Ω的仿真，然而仿真结果与在实验室中测得的结果相差甚远，通过询问老师，才知道（1）Vp为Vpp的1/2，（2）Multisim中函数发生器如果接的是“+-”两极，则其输出的电压是设定的两倍（这样才有了信号源输出电压为8.88V的原因），而接“+”和中线后输出的电压则为设定电压。同时在1000Ω模拟中，我同时使用了三个示波器分别测量三个元器件的电压，当时还心存疑惑这样用是不是正确的。后来知道在仿真中这样做是正确的，因为Multisim中的示波器实际上相当于一个能看波形的交流电压表，没有共地限制。而实际中的示波器则在使用双通道后有共地限制，故在实际中就算有足够数量的示波器也不能像这样使用。
本实验也让我加深了对模电课中相关概念的理解！

附Multisim仿真连线图

（自主研究）：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

实际电感器有一定内阻，故可以看做一个电阻R与一个理想电感器串联组成，且测得实验室中电感内阻约为20Ω。因此我们以在multisim中可以在原基础上在电感一端串联一个20Ω的电阻来进行实验以对比。接线图如下图所示：
测得数据如下表：
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
0.7
0.67
8.65
3.81
2.65
5.79
5.21
8.68
0.9
1.09
8.49
4.79
2.7
5.88
5.11
8.67
1.1
1.59
8.27
5.72
2.8
6.08
4.89
8.63
1.4
2.43
7.84
6.9
3
6.41
4.51
8.5
1.65
3.18
7.39
7.64
3.3
6.83
3.98
8.24
1.9
3.92
6.87
8.2
3.7
7.26
3.35
7.81
2.1
4.49
6.44
8.49
4.2
7.63
2.75
7.23
2.3
5
5.98
8.64
5
8.05
2.04
6.37
2.4
5.24
5.76
8.68
6
8.33
1.46
5.52
2.45
5.36
5.65
8.7
7.5
8.53
0.97
4.51
2.5
5.47
5.54
8.7

做出图像如下所示：
谐振频率约为2.45kHZ左右
通用谐振曲线如下：

将其与上绘制一起有：
我们可以看出，在外电阻较大的情况下，存在内阻对电感的影响不算很大，如该实验中，在外电阻1000Ω（相较于20Ω大得多），其谐振频率与理想电感只差了0.1kHZ左右，而选频能力则几乎不变！
同时由于在实验室内的电感即为非理想状态，故我们再模拟一次理想状态下的100Ω的实验，测得数据如下：
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
1.5
1.2
3.4
0.32
2.6
13.31
12.62
2.06
1.65
1.64
3.88
0.4
2.7
11.57
10.21
1.66
1.8
3.57
4.3
0.51
2.8
9.98
7.41
1.32
2
4.81
5.7
0.71
3
6.81
4.93
0.92
2.2
6.2
8.11
1.13
3.2
5.58
3.41
0.69
2.3
8.48
10.15
1.47
3.5
4.59
2.31
0.51
2.4
11.63
12.64
1.91
3.9
3.79
1.59
0.38
2.45
12.97
13.67
2.1
4.5
3.22
1.06
0.3
2.5
13.12
14.09
2.21
5
2.87
0.75
0.24
2.55
13.98
13.51
2.19
6
2.73
0.48
0.18

将其得出的通用谐振曲线与以前测得的绘至一起，如下：
可以看出，如同1000Ω所做的比较一样，谐振频率变化了0.1KHZ左右，通频带也只有略微变化，故我们可以得出结论：在一定范围内，电感内阻对谐振频率、选频能力没有太大的影响！

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