电路基础实验五课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,实验五 谐振电路,5.1 实验目的,观察串联电路谐振现象，加深对其谐振条件和特点的理解。,2.测定串联谐振电路的频率特性曲线、通频带及Q值。,3.观察并联电路谐振现象，加深对其谐振条件和特点的理解。,5.2 实验原理,1.RLC串联谐振,图5.1所示RLC串联电路的阻抗为 ，电路,电,流为 ,式中电,阻,R应包含电感线圈的内阻,r,L。,实验五 谐振电路5.1 实验目的观察串联电路谐振现象，加深,1,即,R=r,L,+R,1,当调节电路参数(L或C)或改变电源的频率,使,时，电路处于串联谐振状态，谐振频率为,即R=rL+R1 当调节电路参数(L或C,2,此时电路呈电阻性，电流 达到最大，且与输入电压同相。,图 2.5.1 RLC串联谐振电路,显然，谐振角频率,0,(f,0,)仅与元件参数LC的大小有关，而与电阻R的大小无关。当0。只有当,=,0,时，=0,，电路呈电阻性，电路产生谐振。,此时电路呈电阻性，电流 达到最大，且与输入电压同,3,谐振时电感或电容两端电压与电源电压之比值用品质因,数,Q,表示，,Q,值同时为谐振时感抗或容抗与回路电阻之比,即：,式中，称为谐振电路的特征阻抗，在串联谐振电路中,。,RLC串联电路中，电流的大小与激励源角频率之间的,关系，即电流的幅频特性的表达式为,谐振时电感或电容两端电压与电源电压之比值用品质因式中，,4,根据上式可以定性画出，I()随变化的曲线，如图5.2所,示，称为谐振曲线。,令 ,I,0,是谐振时电路中电流的有效值，因此得,当电路的,L,和,C,保持不变时，改变,R,的大小，可以得到不同的,Q,值时的电流谐振曲线(如图5.2所示)，显然，,Q,值越大,曲,线越尖锐。,为了具体说明电路对频率的选择能力，规定 的频率范围为,电,路的通频带,时的频率分别称为上限频率f,2,及下限频率f,1,，则通频带,根据上式可以定性画出，I()随变化的曲线，如图5.2所,5,或,在定性画出通用幅频特性曲线(见图5.3)后，可从曲线上找出对应I/I,0,为0.707的两点，从而计算Q值。显然，Q值越高，通频带越窄，曲线越尖锐。,图5.3所示为不同Q值下的通用谐振曲线，由图可见，在谐振频率f,0,附近电流较大，离开f,0,则电流很快下降，所以电路对频率具有选择性。而且Q值越大，则谐振曲线越尖锐，选择性越好,。,或 在定性画出通用幅频特性曲线(见图5.3),6,图 5.2 RLC串联电路幅频特性,图 5.3 RLC串联电路的通用 幅频特性,2.RLC并联谐振,RL串联电路(即实际的电感线圈)和电容器并联的电路如图5.4所示，电路的等效阻抗为,图 5.2 RLC串联电路幅频特性 图 5.3 RLC串,7,当 ，即 时，电路呈电阻性,，形成,并联谐振状态,。此时有效阻抗为 ，并联谐振频率为,上式表明,由于线圈中具有电阻r,L,，RL与C并联谐振频率要低于串联谐振频率，,而且在电阻值 时，将不存在,f,0,，电路不会发生谐振(即电压与电流不会同相)。,并联谐振电路的品质因数就是电感线圈(含电阻r,L,)的品质因,数，即,当 ，即,8,图 5.4 RL与C并联谐振实验电路,图 5.5 RL与C并联谐振电路相量图,在并联谐振时，电路的相量关系如图5.5所示。,此时电路,的,总阻抗呈电阻性，但不是最大值,。可以证明当电路总阻,抗,为最大值时的频率为,显然稍大于,f,0,，此时电路呈电容性。,图 5.4 RL与C并联谐振实验电路图 5.5 RL与C,9,通常电感线圈的电阻较小，,当电阻 时，可以认为,，即电阻对频率的影响可以忽略不计，此时的谐振,频率,f,0,与,f,相同,，即,谐振电路的品质因数为,此时的,Q,值与串联谐振,电路相同。谐振电路的等效阻抗为,在电感线圈电阻对频率的影响可以忽略的条件下，RL与C并联谐振电路的幅频特性可用等效阻抗幅值随频率变化,通常电感线圈的电阻较小，当电阻 时,10,的关系曲线表示，称为R,L,与C并联谐振曲线，若曲线坐标以,相对值 及/,0,表示，所作出的曲线为通用谐振曲线，,则有,所作出的谐振曲线如图5.6所示，由图可见，其形状与串联谐振曲线相同，其差别只是纵坐标不同，串联谐振时为电流,比,，并联谐振时为阻抗比，,当=,0,时，阻抗达到最大值。同样，谐振回路Q值越大，则谐振曲线越尖锐，即 对频率的选择性越好。,当激励源为电流源时，谐振电路的端电压对,频,率具有选择性，这一特性在电子技术中得到广泛应用。,的关系曲线表示，称为RL与C并联谐振曲线，若曲线坐标以所作出,11,RL与C并联谐振的实验电路如图5.4所示，图中电感线圈内阻r,L,极小，可以忽略。为了测定谐振电路的等效阻抗，电路中串入了取样电阻R,0,，由于R,0,f,0,及,f,f,0,时，电路中电流、电压的相位关系如何?Q值不同的电路，其相频特性有何不同?在实验中用示波器观察时，能否看出其不同点呢?,3.图5.4所示电路中，在考虑r,L,的情况下，改变,f,使电路产生谐振，试问谐振时，电路中的电流是否为最小值?为什么?若忽略r,L,，结论又怎样?,4.图5.4所示电路中，若u,s,、L、r,L,、C参数不变，R1改变时，对并联电路的Q有何影响?,3、提高部份据测得数据，并增加测试点，作出RLC串、并联电路,15,5.5 报告要求,1.根据所测实验数据，在同一坐标上绘出不同Q值时串 联谐振电路的通用幅频特性曲线即 关系曲线，也就是U,0,与f关系曲线。,2.根据所测实验数据，在坐标上绘出并联谐振电路的通,用幅频特性曲线即 关系曲线，也就是U,0,与f关系,曲线。,3.根据记录数据及曲线，确定在串联谐振电路和并联谐,振电路中不同R值时的谐振频率,f,0,，品质因数Q及通频带,BW，与理论计算值进行比较分析，从而说明电路参数对,谐振特性的影响。,5.5 报告要求 1.根据所测实验数据，在同一坐标上绘出不,16,