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1、电工电子技术实验(实验4)上海理工大学电工电子实验中心上海理工大学电工电子实验中心实验四实验四 RLC RLC串联谐振电路串联谐振电路一一 实验目的实验目的RLCRLC串联电路的特点，观察谐振现象，验证谐振条件，加深对谐串联电路的特点，观察谐振现象，验证谐振条件，加深对谐振电路的理解。振电路的理解。I, UI, UC C ，U UL L与频率的关系曲线。与频率的关系曲线。3.3.加深理解串联谐振电路的频率特性和品质因数的物理意义。加深理解串联谐振电路的频率特性和品质因数的物理意义。4.4.进一步掌握交流电压表和交流电流表的使用方法。进一步掌握交流电压表和交流电流表的使用方法。二二 预习要求预习
2、要求RLCRLC串联电路的理论知识。串联电路的理论知识。2.2.掌握串联谐振电路的特点。掌握串联谐振电路的特点。3.3.实验前根据给定参数，从理论上计算出谐振频率实验前根据给定参数，从理论上计算出谐振频率f f0 0，以便比较。以便比较。三三 实验原理实验原理1. 1. RLCRLC串联电路串联电路 在图在图1 1所示的所示的R R、L L、C C串联电路中，当串联电路中，当正弦交流信号源的频率正弦交流信号源的频率f f改变而幅值维持不改变而幅值维持不变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随路中的电流也随f f而变：而变： 当当L=1/CL=1/C
3、时，电路产生时，电路产生谐振谐振，谐振频率谐振频率: : 当输入电压幅值维持不变时，在不同信当输入电压幅值维持不变时，在不同信号频率的激励下，可以绘制出以号频率的激励下，可以绘制出以f f为横坐标，为横坐标，以电流以电流I I为纵坐标的曲线，即电流为纵坐标的曲线，即电流谐振曲线谐振曲线，如图如图2 2所示。所示。 Q Q值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好。值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好。 RLC RLC串联谐振电路品质因数串联谐振电路品质因数Q Q的定义为：的定义为：(1)(1)阻抗阻抗Z Z0 0=R+r=R+r为最小，且是纯电阻性的；为最小，且是纯电阻性的；
4、(2)(2)感抗与容抗相等，即感抗与容抗相等，即X XL L=X=XC C；(3)(3)谐振电流谐振电流I I与输入电压与输入电压UiUi同相位，数值上最大；同相位，数值上最大；(4)(4)当当X XL L=X=XC CR R时，时，U UL0L0=U=UC0C0= =Q QUiUi，当当Q Q值很大时，值很大时，U UL L=U=UC CUiUi，称之为称之为过过电压电压现象。现象。四四 实验任务实验任务 RLCRLC串联电路，要求电阻为串联电路，要求电阻为100100欧姆，电容为欧姆，电容为1 1微法，电感为微法，电感为100100豪亨。豪亨。函数信号源输出正弦电压，幅值固定，改变其频率函
5、数信号源输出正弦电压，幅值固定，改变其频率( (注意保持输出电注意保持输出电压不变压不变) ) ，可观测到电流由小变大，后来又由大变小的情况，电流最，可观测到电流由小变大，后来又由大变小的情况，电流最大时的频率就是谐振频率，选择大时的频率就是谐振频率，选择8 89 9个不同的个不同的f f值值( (在在f f0 0处附近多测几处附近多测几点点) )，用交流表测出对应各频率下的，用交流表测出对应各频率下的I I、U UR R 、U UC C 、U UL L值，填入表值，填入表1 1中，中，作谐振曲线，并计算作谐振曲线，并计算Q Q值。值。v 实验中注意点实验中注意点6V(1)(1)交流电路实验电
6、源操作规范。交流电路实验电源操作规范。(2)(2)函数电源和电路元件函数电源和电路元件的取用。的取用。(3)(3)数据采集方法：数据采集方法：(4)(4)由于信号源内阻的影响，在调节由于信号源内阻的影响，在调节输出频率时，会使电路外阻抗发生改输出频率时，会使电路外阻抗发生改变，从而引起信号源输出电压电流发变，从而引起信号源输出电压电流发生变化，所以每次调频后，应重新调生变化，所以每次调频后，应重新调节输出幅度，使实验电路的输入电压节输出幅度，使实验电路的输入电压保持不变。保持不变。 将将函数电源电压调节到函数电源电压调节到6V6V；将将函数电源函数电源的频率调节到理论的谐振的频率调节到理论的谐
7、振频率频率(f(f0 0=503H=503HZ Z) )； 调节函数电源调节函数电源的频率旋钮，通过电流的频率旋钮，通过电流表观察电路中的电流，表观察电路中的电流，在在理论的谐振频理论的谐振频率附近找到电路中电流的峰值，该电流率附近找到电路中电流的峰值，该电流的峰值所对应的频率值即为的峰值所对应的频率值即为实际的谐振实际的谐振频率频率。以以实际的谐振频率为中心，向频率递实际的谐振频率为中心，向频率递增和递减两个方向，间距为增和递减两个方向，间距为50H50HZ Z左右，左右，采集四组数据。采集四组数据。串联谐振电路器件2.2.将将100100欧姆电阻改变为欧姆电阻改变为400400欧姆，保持欧
8、姆，保持U U不变，重复上述步骤，不变，重复上述步骤，测量数据填入表测量数据填入表2 2 。3.3.保持保持400400欧姆电阻不变，改变电容，取欧姆电阻不变，改变电容，取C=2C=2微法微法，重复上述步骤重复上述步骤( (注意注意f f0 0已有变化已有变化) )，测量数据填入表，测量数据填入表3 3 。v 实验中注意点实验中注意点(1)(1)数据采集方法：数据采集方法： 将将函数电源电压调节到函数电源电压调节到6V6V； 将将函数电源函数电源的频率调节到理论的谐振的频率调节到理论的谐振频率频率(f(f0 0=356H=356HZ Z) )； 调节函数电源调节函数电源的频率旋钮，通过电流表的
9、频率旋钮，通过电流表观察电路中的电流，观察电路中的电流，在在理论的谐振频率附近理论的谐振频率附近找到电路中电流的峰值找到电路中电流的峰值。 在在电流的峰值所对应的频率附近，电流的峰值所对应的频率附近，调节调节函数电源函数电源的频率旋钮，的频率旋钮，通过电压表测量电阻通过电压表测量电阻上的电压，电压值最接近函数电源的输出电上的电压，电压值最接近函数电源的输出电压值时的频率即为实际的谐振频率。压值时的频率即为实际的谐振频率。 以以实际的谐振频率为中心，向频率递增实际的谐振频率为中心，向频率递增和递减两个方向，间距为和递减两个方向，间距为50H50HZ Z左右，采集四左右，采集四组数据。组数据。6V
10、五五 实验总结实验总结 1. 1. 实验数据分析：实验数据分析： 根据串联电容电路所给的参数，计算谐振时根据串联电容电路所给的参数，计算谐振时f f0 0、ZZ0 0、I I0 0值与测得对应值进行比较，并简单分析误差原因。值与测得对应值进行比较，并简单分析误差原因。2.2.根据实验所测得数据分析串联谐振特点，并绘制曲线。根据实验所测得数据分析串联谐振特点，并绘制曲线。 RLCRLC串联电路中，谐振时串联电路中，谐振时U UC C 与与U UL L是否相等，为什么？是否相等，为什么？ U UR R 与与U U 是否是否相同，为什么？相同，为什么？f f低于时低于时f f0 0和高于和高于f f
11、0 0时，时，RLCRLC串联电路是电容性还是电感性。串联电路是电容性还是电感性。5.5.分析电路发生谐振时能量的消耗与互换情况。分析电路发生谐振时能量的消耗与互换情况。六六 注意事项注意事项1.1.严格遵守电工实验安全操作条例。严格遵守电工实验安全操作条例。2.2.实验前、后应注意交流电源回零问题实验前、后应注意交流电源回零问题。3.3.做完实验后做完实验后, ,应先将电容开关断开。应先将电容开关断开。4.4.实实验验时时，电电流流表表应应串串联联，电电压压表表应应并并联联，电电路路发发生生谐谐振振时时，电电容容和和电电感感上上可可能能出出现现过过电电压压、应应注注意意合合理理选选择择量量程程，切切勿勿使使电表超量程。电表超量程。5.5.由由于于信信号号源源内内阻阻的的影影响响，在在调调节节输输出出频频率率时时，会会使使电电路路外外阻阻抗抗发发生生改改变变，从从而而引引起起信信号号源源输输出出电电压压电电流流发发生生变变化化，所所以以每每次次调调频频后后，应应重重新新调调节节输输出出幅幅度度，使使实实验验电电路路的的输输入入电电压压保保持持不变。不变。
