实验2RLC串联电路的频率特性.doc

实验2 RLC串联电路的频率特性1. 实验目的（1） 测量RLC串联电路电流响应的幅频特性。（2） 研究串联谐振现象及特点（3） 研究元件参数对电路频率特性的影响。（4） 熟悉测量仪器、仪表的使用方法。2. 实验仪器和设备（1） 函数信号发生器（型号：AFG310）。（2） 数字存储示波器（型号：DS1062CA）。（3） 双路智能数字交流毫伏表（型号：YB2173F）。（4） 数字万用表（型号：FLUKE 17B）。（5） 九孔实验板，电容、电阻、电感线圈、实验导线等元件。3. 预习内容（见预习报告）4. 实验内容实验2-1RLC串联电路的幅频特性测量及相频特性测量（1）按上图接线。电路参数：R=10，C=1F，使用实验室提供的电感，电感的直流电阻约为30。信号源、毫伏表和示波器接线的外皮线（黑色）为地，芯线（红色）为信号线。示波器两个通道接线中的一个“地”接共地点，另一个悬空即可。实验内容如下：1） 测量谐振曲线I（f）先测量并记录谐振状态下的电压UL、UC、UC-L和UR；然后再调整信号源频率（使函数信号源输出正弦波，并随时调节其输出电压，用毫伏表监测，保持信号源输出给电路的电压为2V不变），使其频率在f0左右一个范围变化。测量各频率点相应的电压UR。（1） 使正弦信号源的频率等于核算值f0，电压U=2V左右。（2） 图2.2中，示波器Y1通道显示总电压u的波形，Y2通道显示uR的波形。在核算值f0的基础上微调信号源频率，使Y1、Y2两波形同相，此时电路处于谐振状态。或应用李萨如图形法来判断谐振是否发生。谐振时信号源的频率即是谐振频率f0。记录相应的UL、UC、UC-L和UR。（3） 改变信号源频率（注意保持电源电源U=2V不变），测量UR。2） RLC串联电路相频特性的定性观察用示波器定性观察（f）的波形，记录结果。RL/30C/F1R/10L/mH96f0/Hz501.8f/Hz63.27U/V2f/HzUR/mVI/mAui296.7558.705.870346.7584.608.460396.75129.0012.900416.75161.0016.100436.75210.0021.000446.75244.0024.400456.75288.0028.800466.75346.0034.600476.75421.0042.100481.75464.0046.400486.75505.0050.500491.75542.0054.200496.75569.0056.900511.75543.0054.300516.75509.0050.900521.75472.0047.200526.75435.0043.500536.75370.0037.000546.75317.0031.700556.75276.0027.600566.75244.0024.400586.75197.0019.700606.75165.0016.500656.75118.0011.800706.7595.009.500UC/V17.8UL/V17.7UC-L/V1.46UR/V0.575实验2-2RLC串联电路的幅频特性测量及相频特性的观察（2）更换外接电阻，使R=30，其他参数如实验2-1。重复实验2-1的实验过程。RL/30C/F1R/30L/mH96f0/Hz502.8f/Hz95.29U/V2f/HzUR/mVI/mAui297.75173.005.770347.75248.008.270397.75381.0012.700417.75467.0015.570437.75587.0019.570447.75663.0022.100457.75752.0025.070467.75854.0028.470477.75970.0032.330482.751020.0034.000487.751060.0035.330492.751090.0036.330497.751110.0037.000512.751090.0036.330517.751060.0035.330522.751020.0034.000527.75980.0032.670537.75876.0029.200547.75790.0026.330557.75715.0023.830567.75650.0021.670587.75545.0018.170607.75468.0015.600657.75344.0011.470707.75274.009.130UC/V11.3UL/V11.3UC-L/V0.905UR/V1.12实验2-3RLC串联电路的幅频特性测量（2）更换电容C=0.5F，其他参数如实验2-1。重新测量谐振频率f0以及谐振状态下的UL、UC和UR（保持U=2V不变）。RL/30C/F0.5R/10L/mH96f0/Hz663.1f/Hz31.76U/V2UC/V21.1UL/V20.8UC-L/V1.5UR/V0.5215. 总结要求（1） 在同一坐标上面画出实验2-1和实验2-2的I（f）曲线，比较两者之间的异同点。答：两者的变化趋势相似，都是先增大后减小，且比较对称，不过两者峰值大小不同，峰值点的横坐标有细微差别。（2） 已知实验中使用的1F电容的精确值为C=1.0481F，根据测量结果计算实验中所使用的电感值。答：根据公式,由实验1的数据可得L=95.998mH,由实验2的数据可得L=95.617mH（3） 总结RLC串联电路发生谐振时所具有的特点，并结合本实验结果说明UC-L为什么不等于0。根据实验结果估算电感谐振时的电阻，研究电感谐振时的电阻为什么不等于直流电阻。答：UC-L不等于0是因为电感线圈存在电阻。实验1中电感谐振时的电阻为307.8，实验2中电感谐振时的电阻为302.7，实验3中电感谐振时的电阻为399.2。不等于直流电阻的原因是当交流电通过电感线圈时，电感线圈将产生感抗，感抗和阻抗（直流电阻）共同组成了电感线圈的总电阻，故线圈的电阻不等于直流电阻。（4） 以实验为依据，从谐振频率f0、品质因数Q、通频带宽度f等方面说明元件参数对电路频率特性的影响。答：A. 根据实验1与实验3，其他元件相同的情况下，电容越小，谐振频率越大。B. 根据实验1与实验2，其他元件相同的情况下，电阻越大，品质因数越小。C. 根据实验1与实验3，其他元件相同的情况下，电容越小，品质因数越大。D. 根据实验1与实验2，其他元件相同的情况下，电阻越大，通频带宽度越大。E. 根据实验1与实验3，其他元件相同的情况下，电容越小，通频带宽度越小。