RLC電路的阻抗特性和諧振電路

1、 RLC電路的阻抗特性和諧振電路電路的阻抗特性和諧振電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?鞏固理解鞏固理解R、L、C串聯(lián)電路的阻抗特性以及電路發(fā)生諧振的串聯(lián)電路的阻抗特性以及電路發(fā)生諧振的條件和特點(diǎn)。條件和特點(diǎn)。 掌握電路品質(zhì)因數(shù)掌握電路品質(zhì)因數(shù)Q Q的物理意義，學(xué)習(xí)品質(zhì)因數(shù)的測(cè)定方法的物理意義，學(xué)習(xí)品質(zhì)因數(shù)的測(cè)定方法 學(xué)習(xí)用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試學(xué)習(xí)用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試R、L、C串聯(lián)電路的頻率特性。串聯(lián)電路的頻率特性。二、實(shí)驗(yàn)儀器與器件二、實(shí)驗(yàn)儀器與器件 1 1函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（功率輸出）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（功率輸出） 1 1臺(tái)臺(tái) 2 2交流毫伏表交流毫伏表 1 1臺(tái)臺(tái) 3. 3. 示波器示波器 1 1臺(tái)臺(tái) 4 4電阻電

2、阻 1 1只只( (建議：建議：100100 /2W)/2W) 5 5電感線圈電感線圈 1 1只只( (建議：建議：0.33mH)0.33mH) 6 6電容器電容器 1 1只只( (建議：建議：1 1 F)F)1.1.7 7導(dǎo)線導(dǎo)線 若干若干三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理在圖在圖1 1所示的所示的R、L、C串聯(lián)電路中串聯(lián)電路中fLLXL2容抗容抗 fC/C/XC 211 阻抗阻抗 Z)XX(RZCLj阻抗模阻抗模 22）（CLXXRZ阻抗角阻抗角 RXXarctanCL 電流相量電流相量 ZUZUZUI0感抗感抗 如果如果U、R、L、C的大小保持不變，改變電流頻率的大小保持不變，改變電流頻率f，則，

3、則XL、XC、|Z|、I等都將隨著等都將隨著f的變化而變化，它們隨頻率變化的的變化而變化，它們隨頻率變化的曲線為頻率特性。阻抗和電流隨頻率變化的曲線如圖曲線為頻率特性。阻抗和電流隨頻率變化的曲線如圖2 2所示。所示。 隨著頻率的變化，當(dāng)隨著頻率的變化，當(dāng)XLXC時(shí)，電路呈現(xiàn)感性；當(dāng)時(shí)，電路呈現(xiàn)感性；當(dāng)XLXC時(shí)，電路呈現(xiàn)容性；而當(dāng)時(shí)，電路呈現(xiàn)容性；而當(dāng)XL=XC時(shí)，電路呈現(xiàn)阻性，此時(shí)電路時(shí)，電路呈現(xiàn)阻性，此時(shí)電路出現(xiàn)串聯(lián)諧振。諧振頻率為：出現(xiàn)串聯(lián)諧振。諧振頻率為：LC10 電路串聯(lián)諧振時(shí)，具有以下特點(diǎn)：電路串聯(lián)諧振時(shí)，具有以下特點(diǎn)：RCLUUUU ，（）電感上的電壓與電容上的電壓數(shù)值相等，而相

4、位相差（）電感上的電壓與電容上的電壓數(shù)值相等，而相位相差180，電源電壓全部加在電阻上。即，電源電壓全部加在電阻上。即（）電路中電源電壓與電流同相，阻抗模最小，（）電路中電源電壓與電流同相，阻抗模最小，|Z| = R，而，而電流最大，電流最大，I0 = U/R 。工程上把諧振時(shí)電感電壓工程上把諧振時(shí)電感電壓UL或電容電壓或電容電壓UC與電源電壓與電源電壓U之比稱之比稱為該電路的品質(zhì)因數(shù)，簡(jiǎn)稱為該電路的品質(zhì)因數(shù)，簡(jiǎn)稱Q值。即值。即RRLUUUUQ00CL1 R值越小，值越小，Q值越大，值越大，I0也越大，電流特性曲線越尖銳。也越大，電流特性曲線越尖銳。 Q小小Q大大|Z|I0| Z |00f0f

5、0ffI圖圖2 2 阻抗和電流的頻率特性曲線阻抗和電流的頻率特性曲線XCXLR-uRuL-uC+-信號(hào)信號(hào)發(fā)生器發(fā)生器R+-iu圖圖1 1 R，L，C串聯(lián)電路串聯(lián)電路C+四、預(yù)習(xí)要求四、預(yù)習(xí)要求復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)R、L、C串聯(lián)電路的有關(guān)知識(shí)。串聯(lián)電路的有關(guān)知識(shí)。根據(jù)電路的元件參數(shù)值，估算電路的諧振頻率。根據(jù)電路的元件參數(shù)值，估算電路的諧振頻率。思考如何判斷電路是否發(fā)生諧振以及怎樣測(cè)量諧振點(diǎn)。思考如何判斷電路是否發(fā)生諧振以及怎樣測(cè)量諧振點(diǎn)。思考如何改變電路的參數(shù)以提高電路的品質(zhì)因數(shù)。思考如何改變電路的參數(shù)以提高電路的品質(zhì)因數(shù)。電路發(fā)生諧振時(shí)，為什么信號(hào)源的電壓不能太大？電路發(fā)生諧振時(shí)，為什么信號(hào)源的電壓不

6、能太大？五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1測(cè)量測(cè)量R、L、C串聯(lián)電路的阻抗特性。串聯(lián)電路的阻抗特性。（1）按圖）按圖1接好線路，接通信號(hào)發(fā)生器電源。調(diào)節(jié)信號(hào)源，使接好線路，接通信號(hào)發(fā)生器電源。調(diào)節(jié)信號(hào)源，使輸出電壓為有效值為輸出電壓為有效值為2V，頻率為，頻率為1KHZ的正弦信號(hào)，用交流毫伏的正弦信號(hào)，用交流毫伏表測(cè)電壓大小。表測(cè)電壓大小。（2）保持交流信號(hào)源的幅值不變，改變其頻率（）保持交流信號(hào)源的幅值不變，改變其頻率（1 KHz 20 KHz），分別測(cè)量），分別測(cè)量R、L、C上的電壓、電流數(shù)值，并根據(jù)所測(cè)結(jié)上的電壓、電流數(shù)值，并根據(jù)所測(cè)結(jié)果計(jì)算在不同頻率下的電阻、感抗、容抗的數(shù)值，記錄于表果計(jì)算在

7、不同頻率下的電阻、感抗、容抗的數(shù)值，記錄于表1中中表表1 R、L、C串聯(lián)電路的阻抗特性串聯(lián)電路的阻抗特性 頻率頻率f/kHz1251020RUR/VIR/mAR=UR/IRLUL/VIL/mAXL=UL/ILCUC/VIC/mAXC=UC/IC2測(cè)量測(cè)量R、L、C串聯(lián)電路的諧振特性串聯(lián)電路的諧振特性（1）連續(xù)改變信號(hào)發(fā)生器輸出電壓的頻率，當(dāng)）連續(xù)改變信號(hào)發(fā)生器輸出電壓的頻率，當(dāng)I最大時(shí)，信號(hào)源最大時(shí)，信號(hào)源輸出電壓的頻率即為諧振頻率輸出電壓的頻率即為諧振頻率f0。（參考預(yù)習(xí)報(bào)告中計(jì)算的諧振頻。（參考預(yù)習(xí)報(bào)告中計(jì)算的諧振頻率選擇測(cè)試點(diǎn)，）率選擇測(cè)試點(diǎn)，）（2）確定諧振頻率）確定諧振頻率f0后，使

8、頻率相對(duì)后，使頻率相對(duì)f0分別增大和減小，取不同分別增大和減小，取不同的頻率點(diǎn)，用毫伏表分別測(cè)得對(duì)應(yīng)的的頻率點(diǎn)，用毫伏表分別測(cè)得對(duì)應(yīng)的UR、UL、UC，并計(jì)算，并計(jì)算Q值，值，填入表填入表2中。為使電流頻率特性曲線中間突出部分的測(cè)繪更準(zhǔn)確，中。為使電流頻率特性曲線中間突出部分的測(cè)繪更準(zhǔn)確，可在可在f0附近多取幾個(gè)點(diǎn)。附近多取幾個(gè)點(diǎn)。（3）用示波器觀察在不同頻率下輸入電壓與電流的相位關(guān)系。）用示波器觀察在不同頻率下輸入電壓與電流的相位關(guān)系。（電阻上的電壓波形即為電流波形）。（電阻上的電壓波形即為電流波形）。3改變電阻值，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟（改變電阻值，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟（1）和（）和（2），觀察品質(zhì)因數(shù)的）

9、，觀察品質(zhì)因數(shù)的變化。數(shù)據(jù)填入表變化。數(shù)據(jù)填入表3。表表3 數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算U = 2V， R = ， L = H， C = F， f0 = Hz， Q = ， I0 = Af （Hz）UR（V）UL（V）UC（V）計(jì)算計(jì)算I（A）U = 2V， R = ， L = H， C = F， f0 = Hz， Q = ， I0 = Af （Hz）UR（V）UL（V）UC（V）計(jì)算計(jì)算I（A）表表2 數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算六、注意事項(xiàng)六、注意事項(xiàng)1、改變信號(hào)源的頻率時(shí)，一定要保持信號(hào)幅度不變。、改變信號(hào)源的頻率時(shí)，一定要保持信號(hào)幅度不變。2、觀看波形時(shí)，示波器與信號(hào)源一定要共地！、觀看波形時(shí)，示波器與信號(hào)源一定要共地！七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告.根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，繪制出根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，繪制出R,L,C元件的阻抗頻率特性曲