R、L、C串聯(lián)諧振電路的研究

Ｒ、Ｌ、Ｃ串聯(lián)諧振電路的研究

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．加深理解電路發(fā)生諧振的條件、特點(diǎn)，掌握電路品質(zhì)因數(shù)（電路Ｑ值）、通頻帶的物理意義及其測(cè)定方法；2．學(xué)習(xí)用實(shí)驗(yàn)方法繪制Ｒ、Ｌ、Ｃ串聯(lián)電路不同Q值下的幅頻特性曲線(xiàn)；3．熟練使用信號(hào)源、頻率計(jì)和交流毫伏表。

二．原理說(shuō)明在圖23—１所示的Ｒ、Ｌ、Ｃ串聯(lián)電路中，電路復(fù)阻抗，當(dāng)時(shí)，Z＝R，與同相，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，諧振角頻率，諧振頻率。 在圖23－1電路中，若為激勵(lì)信號(hào)，為響應(yīng)信號(hào)，其幅頻特性曲線(xiàn)如圖23－2所示，在ｆ＝ｆ０時(shí)，A＝1，UR＝U，ｆ≠ｆ０時(shí)，UR＜U，呈帶通特性。A＝0．707，即UR＝0．707U所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率ｆL和ｆｈ為下限頻率和上限頻率，ｆｈ－ｆL為通頻帶。通頻帶的寬窄與電阻R有關(guān)，不同電阻值的幅頻特性曲線(xiàn)如圖23－3所示。電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，UR＝U，UL＝UC＝QU，Q稱(chēng)為品質(zhì)因數(shù)，與電路的參數(shù)R、L、C有關(guān)。Ｑ值越大，幅頻特性曲線(xiàn)越尖銳，通頻帶越窄，電路的選擇性越好，在恒壓源供電時(shí)，電路的品質(zhì)因數(shù)、選擇性與通頻帶只決定于電路本身的參數(shù)，而與信號(hào)源無(wú)關(guān)。在本實(shí)驗(yàn)中，用交流毫伏表測(cè)量不同頻率下的電壓U、UR、UL、UC，繪制Ｒ、Ｌ、Ｃ串聯(lián)電路的幅頻特性曲線(xiàn)，并根據(jù)計(jì)算出通頻帶，根據(jù)或計(jì)算出品質(zhì)因數(shù).三．實(shí)驗(yàn)設(shè)備

１．信號(hào)源（含頻率計(jì)）２．交流毫伏表３．EEL—33組件（含實(shí)驗(yàn)電路）或EEL－52組件

四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

A．適合EEL—Ⅱ?qū)嶒?yàn)電路如圖23－4所示（在ＥＥＬ—33組件上），圖中：L＝16.5ｍH，R、C可選不同數(shù)值，信號(hào)源輸出正弦波電壓作為輸入電壓ｕ，調(diào)節(jié)信號(hào)源正弦波輸出電壓，并用交流毫伏表測(cè)量，使輸入電壓ｕ的有效值Ｕ＝1Ｖ，并保持不變，信號(hào)源正弦波輸出電壓的頻率用頻率計(jì)測(cè)量。

１．測(cè)量Ｒ、Ｌ、Ｃ串聯(lián)電路諧振頻率選取R＝50Ω，C＝9000PF，調(diào)節(jié)信號(hào)源正弦波輸出電壓頻率，由小逐漸變大（注意要維持信號(hào)源的輸出電壓不變，用交流毫伏表不斷監(jiān)視），并用交流毫伏表測(cè)量電阻R兩端電壓UR，當(dāng)UR的讀數(shù)為最大時(shí)，讀得頻率計(jì)上的頻率值即為電路的諧振頻率ｆ0，并測(cè)量此時(shí)的UC與UL值（注意及時(shí)更換毫伏表的量限），將測(cè)量數(shù)據(jù)記入自擬的數(shù)據(jù)表格中。

2．測(cè)量Ｒ、Ｌ、Ｃ串聯(lián)電路的幅頻特性在上述實(shí)驗(yàn)電路的諧振點(diǎn)兩側(cè)，調(diào)節(jié)信號(hào)源正弦波輸出頻率，按頻率遞增或遞減５００Ｈz或１KHz,依次各取7個(gè)測(cè)量點(diǎn)，逐點(diǎn)測(cè)出UR、UL和UC值，記入表23－1中。表23－1幅頻特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一f(ｋHz)

UR(V)

UL(V)

UC(V)

3、在上述實(shí)驗(yàn)電路中，改變電阻值，使R=100W,重復(fù)步驟1、２的測(cè)量過(guò)程，將幅頻特性數(shù)據(jù)記入表23－2中。表23－2幅頻特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)二f(ｋHz)

UR(V)

UL(V)

UC(V)

B．適合EEL—Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ1．按圖23—5組成監(jiān)視、測(cè)量電路，用交流毫伏表測(cè)電壓，用示波器監(jiān)視信號(hào)源輸出，令其輸出幅值等于1V，并保持不變。2．找出電路的諧振頻率f０，其方法是，將毫伏表接在R（51Ω）兩端，令信號(hào)源的頻率由小逐漸變大（注意要維持信號(hào)源的輸出幅度不變），當(dāng)UR的讀數(shù)為最大時(shí)，讀得頻率計(jì)上的頻率值即為電路的諧振頻率fo，并測(cè)量UＣ與UＬ之值（注意及時(shí)更換毫伏表的量限）。3．在諧振點(diǎn)兩側(cè)，按頻率遞增或遞減500Hz或1kHz，依次各取8個(gè)測(cè)量點(diǎn)，逐點(diǎn)測(cè)出UR，UＬ，UＣ之值，記入數(shù)據(jù)表格。f(kHz)

UR(V)

UL(V)

UC(V)

4．改變電阻值（R為100Ω），重復(fù)步驟2，3的測(cè)量過(guò)程f(kHz)

UR(V)

UL(V)

UC(V)

五．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1．測(cè)試頻率點(diǎn)的選擇應(yīng)在靠近諧振頻率附近多取幾點(diǎn)，在改變頻率時(shí)，應(yīng)調(diào)整信號(hào)輸出電壓，使其維持在１Ｖ不變；2．在測(cè)量UL和UC數(shù)值前，應(yīng)將毫伏表的量限改大約十倍，而且在測(cè)量UL與UC時(shí)毫伏表的“＋”端接電感與電容的公共點(diǎn)4。

六．預(yù)習(xí)與思考題1．根據(jù)實(shí)驗(yàn)1、3的元件參數(shù)值，估算電路的諧振頻率，自擬測(cè)量諧振頻率的數(shù)據(jù)表格；2．改變電路的哪些參數(shù)可以使電路發(fā)生諧振，電路中Ｒ的數(shù)值是否影響諧振頻率？3．如何判別電路是否發(fā)生諧振？測(cè)試諧振點(diǎn)的方案有哪些？4．電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，為什么輸入電壓ｕ不能太大，如果信號(hào)源給出１Ｖ的電壓，電路諧振時(shí)，用交流毫伏表測(cè)ＵＬ和ＵＣ，應(yīng)該選擇用多大的量限？為什么？5．要提高Ｒ、Ｌ、Ｃ串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)，電路參數(shù)應(yīng)如何改變？

七．實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1．電路諧振時(shí)，比較輸出電壓UR與輸入電壓U是否相等？ＵＬ和ＵＣ是否相等？試分析原因。2．根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，繪出不同Ｑ值的三條幅頻特性曲線(xiàn)：ＵR