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、實驗目的一、實驗目的 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。條件和特點。 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，學習品質(zhì)因數(shù)的測定方法的物理意義，學習品質(zhì)因數(shù)的測定方法 學習用實驗方法測試學習用實驗方法測試R、L、C串聯(lián)電路的頻率特性。串聯(lián)電路的頻率特性。二、實驗儀器與器件二、實驗儀器與器件 1 1函數(shù)信號發(fā)生器（功率輸出）函數(shù)信號發(fā)生器（功率輸出） 1 1臺臺 2 2交流毫伏表交流毫伏表 1 1臺臺 3. 3. 示波器示波器 1 1臺臺 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導線導線 若干若干三、實驗原理三、實驗原理在圖在圖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，當隨著頻率的變化，當XLXC時，電路呈現(xiàn)感性；當時，電路呈現(xiàn)感性；當XLXC時，電路呈現(xiàn)容性；而當時，電路呈現(xiàn)容性；而當XL=XC時，電路呈現(xiàn)阻性，此時電路時，電路呈現(xiàn)阻性，此時電路出現(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，具有以下特點：電路串聯(lián)諧振時，具有以下特點：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 。工程上把諧振時電感電壓工程上把諧振時電感電壓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)，簡稱為該電路的品質(zhì)因數(shù)，簡稱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+-信號信號發(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、預習要求四、預習要求復習復習R、L、C串聯(lián)電路的有關知識。串聯(lián)電路的有關知識。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)生諧振以及怎樣測量諧振點。思考如何判斷電路是否發(fā)生諧振以及怎樣測量諧振點。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，為什么信號源的電壓不能太大？電路發(fā)生諧振時，為什么信號源的電壓不

6、能太大？五、實驗內(nèi)容五、實驗內(nèi)容1測量測量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，接通信號發(fā)生器電源。調(diào)節(jié)信號源，使接好線路，接通信號發(fā)生器電源。調(diào)節(jié)信號源，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，用交流毫伏的正弦信號，用交流毫伏表測電壓大小。表測電壓大小。（2）保持交流信號源的幅值不變，改變其頻率（）保持交流信號源的幅值不變，改變其頻率（1 KHz 20 KHz），分別測量），分別測量R、L、C上的電壓、電流數(shù)值，并根據(jù)所測結(jié)上的電壓、電流數(shù)值，并根據(jù)所測結(jié)果計算在不同頻率下的電阻、感抗、容抗的數(shù)值，記錄于表果計算在

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測量測量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)改變信號發(fā)生器輸出電壓的頻率，當）連續(xù)改變信號發(fā)生器輸出電壓的頻率，當I最大時，信號源最大時，信號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。（參考預習報告中計算的諧振頻。（參考預習報告中計算的諧振頻率選擇測試點，）率選擇測試點，）（2）確定諧振頻率）確定諧振頻率f0后，使

8、頻率相對后，使頻率相對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，用毫伏表分別測得對應的的頻率點，用毫伏表分別測得對應的UR、UL、UC，并計算，并計算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繪更準確，中。為使電流頻率特性曲線中間突出部分的測繪更準確，可在可在f0附近多取幾個點。附近多取幾個點。（3）用示波器觀察在不同頻率下輸入電壓與電流的相位關系。）用示波器觀察在不同頻率下輸入電壓與電流的相位關系。（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，重復實驗步驟（改變電阻值，重復實驗步驟（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)記錄與計算數(shù)據(jù)記錄與計算U = 2V， R = ， L = H， C = F， f0 = Hz， Q = ， I0 = Af （Hz）UR（V）UL（V）UC（V）計算計算I（A）U = 2V， R = ， L = H， C = F， f0 = Hz， Q = ， I0 = Af （Hz）UR（V）UL（V）UC（V）計算計算I（A）表表2 數(shù)據(jù)記錄與計算數(shù)據(jù)記錄與計算六、注意事項六、注意事項1、改變信號源的頻率時，一定要保持信號幅度不變。、改變信號源的頻率時，一定要保持信號幅度不變。2、觀看波形時，示波器與信號源一定要共地！、觀看波形時，示波器與信號源一定要共地！七、實驗報告七、實驗報告.根據(jù)測量數(shù)據(jù)，繪制出根據(jù)測量數(shù)據(jù)，繪制出R,L,C元件的阻抗頻率特性曲