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1、LC 串并联谐振回路特性实验串并联谐振回路特性实验-(转自高频电子线路实验指导书转自高频电子线路实验指导书) 2009-01-09 19:34:22| 分类： 电子电路 | 标签： |字号大中小 订阅 LCLC 串并联谐振回路特性实验串并联谐振回路特性实验一、实验目的一、实验目的1 1、掌握、掌握 LCLC 振荡回路的谐振原理。振荡回路的谐振原理。2 2、掌握、掌握 LCLC 串并联谐振回路的谐振特性。串并联谐振回路的谐振特性。3 3、掌握、掌握 LCLC 串并联谐振回路的选频特性。串并联谐振回路的选频特性。二、实验内容二、实验内容测量测量 LCLC 串并联谐振回路的电压增益和通频带，判断选择
2、性优劣。串并联谐振回路的电压增益和通频带，判断选择性优劣。三、实验仪器三、实验仪器1 1、扫频仪、扫频仪 一台一台2 2、20MHz20MHz 模拟示波器模拟示波器 一台一台3 3、数字万用表、数字万用表 一块一块4 4、调试工具、调试工具 一套一套四、实验原理四、实验原理（一）基本原理（一）基本原理在高频电子线路中，用选频网络选出我们所需的频率和滤除不需要的在高频电子线路中，用选频网络选出我们所需的频率和滤除不需要的频率成分。通频率成分。通常，在高频电子线路中应用的选频网络分为两类。第一类是由电感和常，在高频电子线路中应用的选频网络分为两类。第一类是由电感和电容元件组成的振电容元件组成的振荡
3、回路（也称谐振回路），它又可以分为单振荡回路以及耦合振荡回荡回路（也称谐振回路），它又可以分为单振荡回路以及耦合振荡回路；第二类是各种路；第二类是各种滤波器，如滤波器，如 LCLC 滤波器，石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面滤波器滤波器，石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面滤波器等。本实验主要等。本实验主要介绍第一类振荡回路。介绍第一类振荡回路。1 1、 串联谐振回路串联谐振回路信号源与电容和电感串联，就构成串联振荡回路。电感的感抗值（信号源与电容和电感串联，就构成串联振荡回路。电感的感抗值（ wLwL ）随信号频）随信号频率的升高而增大，电容的容抗值（率的升高而增大，电容的容抗值（wCwC1
4、1）则随信号频率的升高而减小。与感抗或容抗的）则随信号频率的升高而减小。与感抗或容抗的变化规律不同，串联振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最小值，变化规律不同，串联振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最小值，而偏离特定频率时而偏离特定频率时的阻抗将迅速增大，单振荡回路的这种特性为谐振特性，这特定的频的阻抗将迅速增大，单振荡回路的这种特性为谐振特性，这特定的频率称为谐振频率。率称为谐振频率。图图 2-12-1 所示为电感所示为电感 L L、电容、电容 C C 和外加电压和外加电压 VsVs 组成的串联谐振回路。组成的串联谐振回路。图中图中 R R 通常是通常是电感线圈损耗的等效电阻，电容损耗很小，
5、一般可以忽略。电感线圈损耗的等效电阻，电容损耗很小，一般可以忽略。图图 2-12-1 串联振荡回路串联振荡回路保持电路参数保持电路参数 R R、L L、C C 值不变，改变外加电压值不变，改变外加电压 VsVs 的频率，或保持的频率，或保持 VsVs 的频率不变，的频率不变，而改变而改变 L L 或或 C C 的数值，都能使电路发生谐振（回路中的电流的幅度达的数值，都能使电路发生谐振（回路中的电流的幅度达到最大值）。到最大值）。在某一特定角频率在某一特定角频率 w0w0 时，若回路电抗满足如下条件：时，若回路电抗满足如下条件：（2-12-1）则电流则电流为最大值，回路发生谐振。上式称为串联谐振
6、回路为最大值，回路发生谐振。上式称为串联谐振回路的谐振条件。的谐振条件。回路发生串联谐振的角频率回路发生串联谐振的角频率 w0w0 和频率和频率 f0f0 分别为：分别为：（2-22-2）将式（将式（2-22-2）代入式（）代入式（2-12-1）得）得（2-32-3）我们把谐振时的回路感抗值（或容抗值）与回路电阻我们把谐振时的回路感抗值（或容抗值）与回路电阻 R R 的比值称为回的比值称为回路的品质因数，路的品质因数，以以 Q Q 表示，简称表示，简称 Q Q 值，则得值，则得（2-42-4）若考虑信号源内阻若考虑信号源内阻 RsRs 和负载和负载 RLRL 后，串联回路的电路如图后，串联回路
7、的电路如图 2-22-2 所示。所示。由于由于 RsRs 和和 RLRL的接入使回路的接入使回路 Q Q 值下降，串联回路谐振时的等效品质因数值下降，串联回路谐振时的等效品质因数 QLQL 为为图图 2-32-3 为串联振荡回路的谐振曲线，由图可见，回路的为串联振荡回路的谐振曲线，由图可见，回路的 Q Q 值越高，谐值越高，谐振曲线越尖锐，振曲线越尖锐，对外加电压的选频作用愈显著，回路的选择性就愈好。因此，对外加电压的选频作用愈显著，回路的选择性就愈好。因此，Q Q 值的值的大小可说明回路选大小可说明回路选择性的好坏。择性的好坏。当回路的外加信号电压的幅值保持不变，频率改变为当回路的外加信号电
8、压的幅值保持不变，频率改变为 w w = = w1w1 或或 2 2 w w = = w w 时，此时回时，此时回路电流等于谐振值的路电流等于谐振值的倍，如图倍，如图 2-42-4 所示。所示。 w2w2 ? ? w w 1 1 称为回路的称为回路的通频带，其绝对值为通频带，其绝对值为（2-52-5）式中式中 w1w1 和和 w w 2 2 为通频带的边界角频率。在通频带的边界角频率为通频带的边界角频率。在通频带的边界角频率 w1w1 和和 w w 2 2 上，上，。这时，回路所损耗的功率为谐振时的一半，所以这两个。这时，回路所损耗的功率为谐振时的一半，所以这两个特定的边界频率又特定的边界频率
9、又称为半功率点。称为半功率点。2 2、并联谐振回路、并联谐振回路串联谐振回路适用于信号源内阻等于零或很小的情况（恨压源），如串联谐振回路适用于信号源内阻等于零或很小的情况（恨压源），如果信号源内阻果信号源内阻很大，采用串联谐振回路将严重降低回路的品质因数，使串联谐振回很大，采用串联谐振回路将严重降低回路的品质因数，使串联谐振回路的选择性显著变路的选择性显著变坏（通频带过宽）。在这种情况下，宜采用并联谐振回路。坏（通频带过宽）。在这种情况下，宜采用并联谐振回路。并联谐振回路是指电感线圈并联谐振回路是指电感线圈 L L、电容器、电容器 C C 与外加信号源相互并联的振与外加信号源相互并联的振荡电路
10、，如图荡电路，如图2-52-5 所示。由于电容器的损耗很小，可以认为损耗电阻集中在电感之所示。由于电容器的损耗很小，可以认为损耗电阻集中在电感之路中。路中。图图 2-52-5 并联振荡回路并联振荡回路并联振荡回路两端间的阻抗为：并联振荡回路两端间的阻抗为：（2-62-6）在实际应用中通常满足在实际应用中通常满足 wlwl RR 的条件，因此的条件，因此（2-72-7）并联谐振回路的导纳并联谐振回路的导纳 Y=1/ZY=1/Z，由式（，由式（2-72-7）得）得（2-82-8）式中，式中，G=CR/LG=CR/L 为电导，为电导，B=B=（wC-1/wLwC-1/wL）为电纳。）为电纳。因此，并
11、联振荡回路电压的幅值为因此，并联振荡回路电压的幅值为（2-92-9）由式由式 2-92-9 可见，当回路导纳可见，当回路导纳 B=0B=0 时时 ，回路电压，回路电压 V0V0 与与电流电流 IsIs 同相。我同相。我们把并联振荡回路的这种状态叫做并联回路对外加信号源频率发生并们把并联振荡回路的这种状态叫做并联回路对外加信号源频率发生并联谐振。联谐振。由并联振荡回路导纳由并联振荡回路导纳 的并联谐振条件，可以导出的并联谐振条件，可以导出并联回路角并联回路角频率频率 p p w w 和谐振频率和谐振频率 p p f f 分别为：分别为：（2-102-10）同样的同样的 若考虑信号源内阻若考虑信号
12、源内阻 RsRs 和负载和负载 RLRL 后回路后回路 Q Q 值下降。值下降。和串联回路一样，和串联回路一样，QpQp 愈高，谐振曲线愈尖锐，回路的选择性愈好，但愈高，谐振曲线愈尖锐，回路的选择性愈好，但通频带愈窄。通频带愈窄。高频电子线路实验指导书高频电子线路实验指导书五、实验步骤五、实验步骤参考实验箱附带的接收模块上印刷的原理图参考实验箱附带的接收模块上印刷的原理图 G2G2。1 1、在主箱上正确插好接收模块，按照电路原理图、在主箱上正确插好接收模块，按照电路原理图 G2G2，正确连接电路电，正确连接电路电源线，源线，12V12V孔接孔接+12V+12V，5V5V 孔接孔接5V5V，GN
13、DGND 接接 GNDGND（从电源部分（从电源部分+12V+12V 和和5V5V 插插孔用连接线接入），孔用连接线接入），接上电源通电，并拨动开关接上电源通电，并拨动开关 K1K1 ( (若正确连接了若正确连接了, ,扩展板上的电源指示灯扩展板上的电源指示灯将会亮将会亮) )。2 2、将跳线、将跳线 JA1JA1 连接好，连接好，JABJAB 断开，组成断开，组成 LCLC 串联回路，输入频率为串联回路，输入频率为10.7MHz10.7MHz 的高频的高频信号（参考高频信号源的使用），观察电路起振情况，记录输入、输信号（参考高频信号源的使用），观察电路起振情况，记录输入、输出电压值。出电压值
14、。3 3、电压增益、电压增益 AV0AV0可以由示波器直接测量。方法如下：可以由示波器直接测量。方法如下：用示波器测输入信号的峰峰值，记为用示波器测输入信号的峰峰值，记为 UiUi。测输出信号的峰峰值记为。测输出信号的峰峰值记为UoUo。则小信号。则小信号放大的电压放大倍数为放大的电压放大倍数为 Uo/UiUo/Ui。同学们也可以换用扫频仪测试同学们也可以换用扫频仪测试 AV0AV0 。4 4、测量通频带、测量通频带 BWBW用逐点法测量用逐点法测量 BWBW。先调谐。先调谐 LCLC 谐振回路使其谐振谐振回路使其谐振 o o f f =10.7MHz=10.7MHz，记下，记下此时的电压放大
15、此时的电压放大倍数倍数 vovo A A ，然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压，然后改变高频信号发生器的频率（保持其输出电压 uSuS 不不变），并测出对应的变），并测出对应的电压放大倍数电压放大倍数 vovo A A ，多测几点。，多测几点。用扫频仪测量用扫频仪测量 BWBW。同学们自行测试，并比较结果。同学们自行测试，并比较结果。5 5、放大器的选择性、放大器的选择性放大器选择性的优劣可用放大器谐振曲线的矩形系数放大器选择性的优劣可用放大器谐振曲线的矩形系数 Kr0.1Kr0.1 表示，用表示，用（4 4）中同样的）中同样的方法测出方法测出 B0.1B0.1 即可得：即可得：6 6、将跳线、将跳线 JA1JA1 连接好，连接好，JABJAB 断开，组成断开，组成 LCLC 并联回路，做上面同样的并联回路，做上面同样的步骤。步骤。六、实验报告六、实验报告1 1、整理好实验数据，并以表格形式记录。、整理好实验数据，并以表格形式记录。2 2、在坐标纸上绘出、在坐标纸上绘出 LCLC 串并联回路不同串并联回路不同 Q Q 值的谐振曲线。值的谐振曲线。3 3、在坐标纸上绘出、在坐标纸上绘出 LCLC 串并联回路的通频带，指出截止频率串并联回路的通频带，指出截止频率
