RLC串联谐振电路的教程.pptx

RLC串联谐振的研究串联谐振的研究 一、实验目的一、实验目的 1.加深理解加深理解RLC串联谐振电路的特性，了解和串联谐振电路的特性，了解和学习学习Q值的物理意义及测量方法。值的物理意义及测量方法。2.学习测定学习测定RLC串联谐振电路的频率特性曲线。串联谐振电路的频率特性曲线。二、实验原理二、实验原理 1 1、RLCRLC串联谐振电路串联谐振电路 由由电阻、电阻、电感和电容元件串联组成电感和电容元件串联组成的一端口网络如图的一端口网络如图1所示。该网络的所示。该网络的等效阻抗：等效阻抗：是电源频率的函数。是电源频率的函数。我们我们调节电源频率或电路参数，调节电源频率或电路参数，使使X XL L=X=XC C，电流和电压，电流和电压U Ui i同相位，电路的这种状态称为谐同相位，电路的这种状态称为谐振。振。因为是因为是RLCRLC串联电路发生的谐振，所以又称为串联串联电路发生的谐振，所以又称为串联谐振谐振.图图 1 谐振角频率为：谐振角频率为：谐振频率为：谐振频率为：由：由：显然，显然，谐振频率只与电路参数谐振频率只与电路参数L和和C有关，而与电阻有关，而与电阻R和电源的频率无关。要实现电路谐振，可通过分别调和电源的频率无关。要实现电路谐振，可通过分别调整电源频率整电源频率f、电感、电感L、电容、电容C来使电路发生谐振来使电路发生谐振.本实本实验是固定电感验是固定电感L和电容和电容C。改变电源频率。改变电源频率f，使电路发生，使电路发生谐振。谐振。2、RLC串联谐振时电路的主要特点串联谐振时电路的主要特点（1）阻抗最小阻抗最小 Z=R，电路呈现电阻性，电源电压与回，电路呈现电阻性，电源电压与回路电流的相位差为零。路电流的相位差为零。（2）当电源电压当电源电压Ui一定时，电流最大一定时，电流最大 ，I0为为串联谐振电流。串联谐振电流。（3）谐振时谐振时由于由于XL=XC，所以电路中，所以电路中UL=UC大小相等，大小相等，相位相反相位相反，相互抵消，电源电，相互抵消，电源电 压压 。（4）若）若XL=XC，则，则UL=UCUi。3 3、品质因数、品质因数Q Q 谐振时电感上的电压谐振时电感上的电压U UL L（或电容上的电压（或电容上的电压U UC C）与）与输入信号电源输入信号电源U US S之比为电路的品质因数之比为电路的品质因数Q Q 。当电路的电感当电路的电感L L和电容和电容C C保持不变时，保持不变时，Q值由电值由电路中的总电阻决定，电阻路中的总电阻决定，电阻R越小，品质因数越小，品质因数Q越大越大。4、幅频特性曲线、幅频特性曲线 在图在图1 1所示电路中，所示电路中，若电源电压有效值不变而频若电源电压有效值不变而频率率f f改变时改变时，电路中感抗、容抗随之变化，电路中的，电路中感抗、容抗随之变化，电路中的电流也随频率电流也随频率f f变化而变化。变化而变化。电流随频率变化的曲线电流随频率变化的曲线称为电流谐振曲线，亦称幅频特性称为电流谐振曲线，亦称幅频特性，如图，如图2 2所示。所示。图图 2图图 1 1 1、在实验台上自选电路、在实验台上自选电路R R、L L、C C参数，与信号源组成参数，与信号源组成RLCRLC串联电路串联电路(如图如图3 3所示所示)，调节信号发生器输出端电压为一定值，调节信号发生器输出端电压为一定值（正弦波，输出正弦波，输出2V2V用示波器测取均方根值用示波器测取均方根值,将示波器对应通道将示波器对应通道的耦合方式选为交流的耦合方式选为交流).(L=2.2mH,C=1uF).).(L=2.2mH,C=1uF).三、实验内容三、实验内容图图3 R、L、C串联谐振电路串联谐振电路 2 2、找找出出电电路路的的谐谐振振频频率率，其其方方法法是是，令令信信号号源源的的频频率率由由小小逐逐渐渐变变大大（注注意意要要维维持持信信号号源源的的输输出出幅幅度度2V2V不不变变），当当U UR R的的读读数数为为最最大大时时，读读得得示示波波器器上上的的频频率率值值即即为为电电路路的的谐谐振频率，并测量振频率，并测量U UC C与与U UL L之值，记录在表之值，记录在表1 1中。中。3 3、在在谐谐振振点点两两侧侧，按按频频率率递递增增或或递递减减500HZ500HZ或或1KHZ1KHZ，依依次次各各取取8 8个个测测量量点点（注注意意要要维维持持信信号号源源的的输输出出幅幅度度2V2V不不变变），逐点测出，逐点测出U UR R的值，记入表的值，记入表2 2。表表1 RLC串联电路谐振点状态测试记录串联电路谐振点状态测试记录 R（）测测 量量 数数 据据计计 算算 值值f0（KHZ）UR（V）UL（V）UC（V）I=UR/R（mA）Q=UC/U100R R（）测测 量量 数数 据据计计 算算 值值f f（KHKHZ Z）U UR R（V V）I=UI=UR R/R/R（mAmA）100100 f f。表表2 RLC串联电路幅频特性曲线测试记录串联电路幅频特性曲线测试记录四、注意事项四、注意事项 1.信号发生器的输出不能短路，其接地端与信号发生器的输出不能短路，其接地端与示波器的接地端要相连（称共地示波器的接地端要相连（称共地)。2.测试频率点的选择应在靠近谐振频率附测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点，在改变频率测试前，应调整信近多取几点，在改变频率测试前，应调整信号输出幅度（用示波器监视输出幅度），号输出幅度（用示波器监视输出幅度），应应维持维持2V不变。不变。五、实验报告要求五、实验报告要求 1、根据实验数据，绘制、根据实验数据，绘制R为一定值为一定值（100）时）时I与频率与频率f之间的频率特性曲线之间的频率特性曲线。2、通过实验总结、通过实验总结RLC串联谐振电路的主要串联谐振电路的主要特点。特点。下次实验内容下次实验内容 互感电路互感电路