交流电路的频率特性.doc

实验 1.4 R、L、C电路的频率特性实验 1.4.1 硬件实验1实验目的（1） 熟悉信号发生器、示波器、交流毫伏表的使用。（2） 研究 RLC 串联电路的谐振现象、特点及元件参数对电路频率特性的影响。（3） 了解 RC 串并联电路的选频特性。2实验预习要求（1） 阅读附录，了解功率函数发生器、双通道交流毫伏表和双踪示波器的使用方法。（2） 能否用普通万用表测量本实验中各交流电压？为什么？（3） 掌握 R、L、C 串联电路的频率特性。在图 1.4.1 中，若功率函数发生器输出电压 U =2V，R =51、C = 33nF、L = 9mH、线圈电阻 rL = 0.7（由于各实验板上电感线圈的电感、线圈电阻各不相等，这里取近似值），试计算电路的性能指标：谐振频率f0 =_9.235k_Hz品质因数（需考虑 rL）Q =_10.1_谐振时电感和电容电压UL0=UC0=_16.6_V通频带fBW =_0.92k_Hz3实验和设备序号名 称型 号数量1电路原理实验箱EEL-DL21 台2功率函数发生器DF 16311 台3双通道交流毫伏表NY 45201 台4双踪示波器V-2121 台4实验内容及要求（1）R、L、C 串联电路频率特性的测量按图 1.4.1 接线，R = 51、C = 33nF。由函数发生器的“功率输出端”提供频率和幅度可调的正弦电压。示波器通道 CH1 显示信号源电压 u 的波形，通道 CH2 显示电阻电压 uR 的波形（此处电流 i 与电阻电压 uR 同相位）。把电路调到谐振状态，测量谐振频率 fo测量谐振频率 fo 可以采用调节信号源频率，使电压 u 和 uR 同相的方法。本实验用李沙育图形法（实验原理见本实验后附录）。调节信号源频率等于本实验“预习要求（3）”中的估算值 f0，信号源输出电压 U=2V，用示波器观察 u 和 uR 波形的相位关系，微调信号源频率，使 u 和 uR 同相。将示波器“扫描频率开关”（TIME/DIV）旋钮选择“X-Y”工作方式，CH1 成为 X 轴通道。谐振时示波器显示波形为一斜直线，此时信号源频率即为电路实际的谐振频率 f0，电阻上电压 UR = UR0 为最大。注意：a) 示波器 CH1、CH2 的“VOLTS/DIV”旋钮应选取相同档位 (可置于 1V)。b) 由于除电感线圈有电阻外电容器也有功率损耗，所以谐振时电阻电压 UR0 的实际测量值小于理论计算值。L（rL）功率输出函数发生器示波器CH2CH1黑红CRi图1.4.1RLC串联电路+u-+uR-测量 RLC 串联电路的电流谐振曲线根据表 1.4.1 给出的频率值，调节函数发生器的输出频率，用交流毫伏表测量每一频率上 UR 的数值，填入表 1.4.1 中。在谐振状态下，加测 UL0、UC0，并记入表 1.4.1 中。注：表 1.4.1 中 f2 和 f1 分别是通频带 fBW 的上、下限频率，应在测出 f0 及相应 UR0 后，经计算获得 Uf1、Uf2 ( = 0.707UR0 )，再由 Uf1、Uf2 的值测出 f1 和 f2。表 1.4.1b) 测量电感和电容上的电压时，应根据估算值，选择交流毫伏表的合适量程。调节电源频率，观察电源电压 u 和电流 i 的相位关系此时示波器 TIME / DIV 旋钮应恢复为 X-T 方式。定性画出 u、uR（电流 i 与电阻电压 uR 同相位）波形的相位关系，记录于表 1.4.2 中。表 1.4.2频率 ff f0电压 u、uR 的波形相位差u,i正（感性电路）0（阻性电路）负（容性电路）取 R=100，电路其它参数不变，重复上述实验步骤，将测量值记入表 1.4.3 中。表 1.4.3取 C=10nF，R=51，电源电压保持 2V 不变，测量谐振时的 f0、UR0、UL0、UC0，将测量值记入表 1.4.4 中。表 1.4.45. 总结要求（1） 将表 1.4.1 和表 1.4.3 测量数据的两条 I ( f )曲线，用坐标纸画在同一坐标中。并说明 Q 值对谐振曲线的影响（计算 Q 值时应考虑线圈电阻 rL）。（2） 整理实验数据填入表 1.4.6 中，与理论值作比较。（3） 根据 f0、Q、fBW 和谐振时 UL0、UC0 等实验数据，说明元件参数对电路频率特性的影响。（4） 根据实验结果说明 RC 串并联选频电路的作用。（1） 实际测量过程中计算得Q51=9.145,Q100=5.73,即R=51时谐振电流更大，这说明一个电路的品质因数越大，谐振效果就越好，谐振电流也越大。（品质因数本身是用来描述电能在电容电感之间转换程度的无量纲物理量，品质因数大说明电路无功功率与有功功率比值更大，谐振效果更好。）（2） 表1.4.6如下（3） 因为谐振时的频率由电路的电阻电感和电容决定，所以增大电阻和电感，减小电容都会使谐振频率升高，另一方面，谐振频率又是通频带宽和品质因数的乘积，即fbw和品质因数Q是反比的关系，这一点也可以从谐振的I（f）曲线看出，因为品质因数提高后，I（f）曲线会更加集中在谐振f0处，且在f0处I值会变得很大，则在0.707I时对应的频率变化量就会变小，即fbw变小。3