实验六-谐振电路【PPT课件】PPT课件.ppt

实验六实验六 谐振电路【谐振电路【PPTPPT课件】课件】即即R=rL+R1R=rL+R1当调节电路参数当调节电路参数(L(L或或C)C)或改变电源或改变电源的频率的频率,使使 时时,电路处于串联谐振状态电路处于串联谐振状态,谐振频率为谐振频率为此时电路呈电阻性,电流 达到最大,且与输入电压同相。图 2.6.1RLC串联谐振电路显然,谐振角频率0(f0)仅与元件参数LC的大小有关,而与电阻R的大小无关。当0时,电路呈容性,阻抗角 0时,电路呈感性,0。只有当=0时,=0,电路呈电阻性,电路产生谐振。谐振时电感或电容两端电压与电源电压之比值用品质因数Q表示,Q值同时为谐振时感抗或容抗与回路电阻之比,即式中,称为谐振电路的特征阻抗,在串联谐振电路中 。RLC串联电路中,电流的大小与激励源角频率之间的关系,即电流的幅频特性的表达式为根据上式可以定性画出根据上式可以定性画出,I(),I()随随变化的曲线变化的曲线,如图如图6.26.2所所示示,称为谐振曲线。称为谐振曲线。令令 ,I ,I0 0是谐振时电路中电流的有效值是谐振时电路中电流的有效值,因此得因此得 当电路的L和C保持不变时,改变R的大小,可以得到不同的Q值时的电流谐振曲线(如图6.2所示),显然,Q值越大,曲线越尖锐。为了具体说明电路对频率的选择能力,规定 的频率范围为电路的通频带,时的频率分别称为上限频率f2及下限频率f1,则通频带或 在定性画出通用幅频特性曲线(见图6.3)后,可从曲线上找出对应I/I0为0.707的两点,从而计算Q值。显然,Q值越高,通频带越窄,曲线越尖锐。图6.3所示为不同Q值下的通用谐振曲线,由图可见,在谐振频率f0附近电流较大,离开f0则电流很快下降,所以电路对频率具有选择性。而且Q值越大,则谐振曲线越尖锐,选择性越好。图 6.2 RLC串联电路幅频特性 图 6.3 RLC串联电路的通用 幅频特性 2.RLC2.RLC并联谐振并联谐振RLRL串联电路串联电路(即实际的电感线圈即实际的电感线圈)和电容器并联的电路如图和电容器并联的电路如图6.46.4所示所示,电路的等效阻抗为电路的等效阻抗为当 ,即 时,电路呈电阻性,形成并联谐振状态。此时有效阻抗为 ,并联谐振频率为上式表明由于线圈中具有电阻rL,RL与C并联谐振频率要低于串联谐振频率,而且在电阻值 时,将不存在f0,电路不会发生谐振(即电压与电流不会同相)。并联谐振电路的品质因数就是电感线圈并联谐振电路的品质因数就是电感线圈(含电阻含电阻r rL L)的品质因的品质因数数,即即图 6.4 RL与C并联谐振实验电路图 6.5 RL与C并联谐振电路相量图在并联谐振时,电路的相量关系如图6.5所示。此时电路的总阻抗呈电阻性,但不是最大值。可以证明当电路总阻抗为最大值时的频率为显然稍大于显然稍大于f f0 0,此时电路呈电容性。此时电路呈电容性。通常电感线圈的电阻较小通常电感线圈的电阻较小,当电阻当电阻 时时,可以认为可以认为 ,即电阻对频率的影响可以忽略不计即电阻对频率的影响可以忽略不计,此时的谐振此时的谐振频率频率f f0 0与与f f相同相同,即即谐振电路的品质因数为 ,此时的Q值与串联谐振电路相同。谐振电路的等效阻抗为在电感线圈电阻对频率的影响可以忽略的条件下,RL与C并联谐振电路的幅频特性可用等效阻抗幅值随频率变化的关系曲线表示的关系曲线表示,称为称为RLRL与与C C并联谐振曲线并联谐振曲线,若曲线坐标以若曲线坐标以相对值相对值 及及/0 0表示表示,所作出的曲线为通用谐振曲线所作出的曲线为通用谐振曲线,则有则有所作出的谐振曲线如图6.6所示,由图可见,其形状与串联谐振曲线相同,其差别只是纵坐标不同,串联谐振时为电流比,并联谐振时为阻抗比,当=0时,阻抗达到最大值。同样,谐振回路Q值越大,则谐振曲线越尖锐,即 对频率的选择性越好。当激励源为电流源时,谐振电路的端电压对频率具有选择性,这一特性在电子技术中得到广泛应用。RL与C并联谐振的实验电路如图6.4所示,图中电感线圈内阻rL极小,可以忽略。为了测定谐振电路的等效阻抗,电路中串入了取样电阻R0,由于R0Z0。所以信号源电压US可以看作是谐振电路的端电压,并有 。6.3 实验内容1.串联谐振电路的测量(1)谐振曲线的测定实验电路如图6.1所示。R=200、C=200PF,L=0.5mH。信号发生器输出正弦信号加在电路的输入端信号发生器输出正弦信号加在电路的输入端,保持信号保持信号的输出电压的输出电压U US S=1V=1V不变不变,改变信号频率改变信号频率f f,用毫伏表测量用毫伏表测量R R上的电压上的电压U UR R,使毫伏表指示达最大值时对应的使毫伏表指示达最大值时对应的f f 即为即为f fo o,在谐振频率在谐振频率f f0 0两侧改变信号频率两侧改变信号频率,约取约取1010个测试点个测试点,将将测试数据填入表测试数据填入表6.16.1中。中。F(kHz)F(kHz)f f0 0u uR R为了取点合理,可先将频率由低到高初测一次,注意找出谐振频率f0,画出初测曲线草图。然后,根据曲线形状选取测试频率点,进行正式测量。表 6.1(2)测定谐振频率f0、品质因素Q及通频带BW=f2f1。电路同上,保持正弦信号电压Us不变,改变频率在电路达 到谐振时到谐振时,测量电容电压测量电容电压UcUc以及信号源电压以及信号源电压Us,Us,计算电路的计算电路的QQ值。并测出值。并测出U UR R=0.707U=0.707UR0R0时的频率时的频率f f1 1和和f f2 2(注意保持注意保持UsUs为定为定值值),),计算通频带计算通频带BWBW及及QQ值。值。(3)保持Us和L、C值不变。改变电阻值,取R=51(即改变电路的Q值),重复上述测试。2.2.测定测定R R、L L、C C并联电路的谐振曲线并联电路的谐振曲线(1)(1)实验电路同图实验电路同图6.4,6.4,取值同任务取值同任务1,1,给定正弦信号给定正弦信号Us=1Us=1V,RV,R0 0=R=R1 1=10K,=10K,测量不同频率测量不同频率(400(400600kHz)600kHz)时的时的U U0 0,同时用示波器观察同时用示波器观察UsUs与与U U0 0的相位关系。首先调节信号频率的相位关系。首先调节信号频率,使电路达到谐振状态使电路达到谐振状态,此时取样电阻此时取样电阻R R0 0两端电压为最大。然两端电压为最大。然后维持信号源电压为后维持信号源电压为1V,1V,调节信号频率调节信号频率f f值值,读取读取U U0 0,记人自记人自拟数据表格拟数据表格,即可作通用谐振曲线即可作通用谐振曲线.(2).(2)保持保持UsUs和和L L、C C值不变。改变电阻值值不变。改变电阻值,取取R R0 0=100K(=100K(即改变即改变电路的电路的QQ值值),),重复上述测试。重复上述测试。6.4 报告要求 1.根据所测实验数据,在同一坐标上绘出不同Q值时串 联谐振电路的通用幅频特性曲线即 关系曲线,也就是U0与f关系曲线。2.2.根据所测实验数据根据所测实验数据,在坐标上绘出并联谐振电路的通在坐标上绘出并联谐振电路的通用幅频特性曲线用幅频特性曲线 即即 关系曲线关系曲线,也就是也就是U U0 0与与f f关系关系曲线。曲线。3.根据记录数据及曲线,确定在串联谐振电路和并联谐振电路中不同R值时的谐振频率f0,品质因数Q及通频带BW,与理论计算值进行比较分析,从而说明电路参数对谐振特性的影响。