串联谐振研究：实验五

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：图1RLC电路图图1RLC电路图图2串联谐振曲线图图2串联谐振曲线图三、实验设备函数信号发生器。六、预习思考题根据实验线路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率。本实验在谐振时，对应的UL与UC是否相等？

一、实验目的

（1）学习用实验方法绘制R、L、C串联电路的幅频特性曲线。

（2）加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数Q的物理意义及其测定方法。

二、原理说明

（1）在图1RLC串联电路中，当正弦交流信号源的频率f改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随f而变。取电阻R上的电压UO作为响应，当输入电压Ui的幅值维持不变时，在不同频率的信号激励下，测出UO之值，然后以f为横坐标，以UO/Ui为纵坐标（因Ui不变，故也可直接以UO为纵坐标），绘出光滑的曲线，此即为幅频特性曲线，亦称谐振曲线，如图2所示。

图1　RLC电路图

图2　串联谐振曲线图

三、实验设备

（1）函数信号发生器。

（2）交流毫伏表（0～600V）。

（3）谐振实验电路板R=510Ω，C=0.01μF，L=30mH。

四、实验内容

（1）按图3组成测量电路。先选用C1、R1。用交流毫伏表测电压，用示波器监视信号源输出。令信号源输出电压Ui=3V，保持不变。

三、实验设备

（1）函数信号发生器。

（2）交流毫伏表（0～600V）。

（3）谐振实验电路板R=510Ω，C=0.01μF，L=30mH。

四、实验内容

（1）按图3组成测量电路。先选用C1、R1。用交流毫伏表测电压，用示波器监视信号源输出。令信号源输出电压Ui=3V，保持不变。

图3　测量电路图

（2）找出电路的谐振频率f0，其方法是，将毫伏表接在R （200Ω）两端，令信号源的频率由小逐渐变大（注意要维持信号源的输出幅度不变），当UO的读数为最大时，读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率f0，并测量UC与UL之值（注意及时更换毫伏表的量限）。

表2

图3　测量电路图

表2

（3）在谐振点两侧，按频率递增或递减500Hz或1kHz，依次各取8个测量点，逐点测出UO、UL、UC之值，记录在表1中。

表1

（3）在谐振点两侧，按频率递增或递减500Hz或1kHz，依次各取8个测量点，逐点测出UO、UL、UC之值，记录在表1中。

表1

（4）选C1=0.01μF，R2=1kΩ，重复步骤（2）、（3）的测量过程，将结果记录在表2中。

五、实验注意事项

（1）测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点。在变换频率测试前，应调整信号输出幅度（用示波器监视输出幅度），使其维持在3VPP。

（2）测量UC和UL数值前，应将毫伏表的量限改大，而且在测量UL与UC时毫伏表的 “+”端接C与L的公共点，其接地端分别触及L和C的近地端N2和N1。

（3）实验中，信号源的外壳应与毫伏表的外壳绝缘（不共地）。如能用浮地式交流毫伏表测量，则效果更佳。

六、预习思考题

（1）根据实验线路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率。

（2）改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中R的数值是否影响谐振频率值？

（3）如何判别电路是否发生谐振？测试谐振点的方案有哪些？

（4）电路发生串联谐振时，为什么输入电压不能太大，如果信号源给出3V的电压，电路谐振时，用交流毫伏表测UL和UC，应该选择用多大的量限？

（5）要提高RLC串联电路的品质因数，电路参数应如何改变？

（6）本实验在谐振时，对应的UL与UC是否相等？如有差异，原因何在？

七、实验报告

（1）根据测量数据，绘出不同Q值时三条幅频特性曲线，即