串聯(lián)諧振曲線

-.z.串聯(lián)諧振曲線實驗目的加深對串聯(lián)諧振電路條件及特性的理解。掌握諧振頻率的測量方法。理解電路品質(zhì)因數(shù)Q和通頻帶的物理意義及其測定方法。測定RLC串聯(lián)諧振電路的頻率特性曲線。深刻理解和掌握串聯(lián)諧振的意義及作用。掌握電路板的焊接技術(shù)以及信號發(fā)生器、交流毫伏表等儀表的使用。掌握Multisim軟件中的FuctionGenerator、Voltmeter、BodePlotter等儀表的使用以及ACAnalysis等SPICE仿真分析方法。用Origin繪圖軟件繪圖。實驗原理RLC串聯(lián)電路如下圖，改變電路參數(shù)L、C或電源頻率時，都可能使電路發(fā)生諧振。RLC諧振串聯(lián)電路該電路的阻抗是電源角頻率w的函數(shù)Z=R+j(wL-1/wc)當wL-1/wC=0時，電路中的電流與鼓勵電壓同相，電路處于諧振狀態(tài)。電路處于諧振狀態(tài)的特性：回路阻抗Zo=R,|Zo|為最小值，整個回路相當與一個純電阻電路。回路電路Io的數(shù)值最大，Io=Us/R電阻的電壓數(shù)值最大，UR=Us電感上的電壓Ul為電容上電壓Uc數(shù)值相等，相位相差180°，UL=Uc=QUs電路的品質(zhì)因數(shù)Q和通頻帶B電路發(fā)生諧振時，電感上的電壓〔或電容上的電壓〕與鼓勵電壓之比稱為電路的品質(zhì)因數(shù)Q；定義回路電流下降到峰值的0.707時所對應的頻率為截止頻率，介于兩截止頻率之間的頻率范圍為通頻帶。Q=fo/Q諧振曲線電路中電壓與電流隨頻率變化的特性稱為頻率特性，它們隨頻率變化的曲線稱為頻率特性曲線。Q值越大，曲線尖峰值越峻端，其選擇性就越好，但電路的通過的信號頻帶越窄，即通頻帶越窄。實驗內(nèi)容Mutisim仿真創(chuàng)立電路：從元器件庫中選擇可變電阻、電容、電感創(chuàng)立下列圖電路。分別用Multisim軟件〔AC仿真、波特表、交流電壓表均可〕測量串聯(lián)諧振電路的諧振曲線、諧振頻率、-3dB帶寬；〔諧振頻率7.586kHz，-3dB帶寬為13.988-3.853=10.135kHz〕當電阻R=100歐、200歐、300歐時，用Multisim軟件仿真串聯(lián)諧振電路的諧振曲線，觀測R對Q的影響；(注：紅色為100歐藍色為200歐綠色為300歐)〔Q隨R的增大而減小〕利用諧振的特點設計選頻網(wǎng)絡，在串聯(lián)諧振電路〔R=100歐、L=4.7mH、C=100nF〕上輸入頻率為3.5kHz、占空比為30%、脈沖幅度為5V的方波電壓信號，用示波器測輸入輸出波形，用Multisim軟件測試諧振電路輸入信號和輸出信號〔電阻上電壓〕的頻譜，繪圖并觀察頻譜的變化，說明頻譜如何變化？為什么？輸入輸出波形如下：輸入信號頻譜：輸出信號頻譜：同一坐標系中輸入輸出信號頻譜：由圖像知串聯(lián)諧振電路具有選頻特性測量元件值，計算電路諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)Q的理論值。〔RL=27.5歐、R=100歐、L=4.7mH、C=88.6nF、諧振頻率為f=7.799KHzQ=1.806〕在電路板上根據(jù)圖焊接電路，信號電壓的有效值設置為1V。用兩種不同方法測量電路的fo值。〔用交流毫伏表測量所得fo=7.5kHz用示波器測量所得fo=7.28kHz〕測試電路板〔交流電壓表〕上串聯(lián)諧振電路的諧振曲線、諧振頻率、-3dB帶寬。隨頻率變化，測量電阻電壓及歸一化電壓〔UR/URma*〕，記錄7、所測數(shù)據(jù)用交流毫伏表測量諧振頻率所得數(shù)據(jù)如下：頻率〔kHz〕0.51.02.03.04.05.06.07.07.17.27.28電壓UR(mV)2260130220321438562660664670672歸一化電壓0.0320.0880.1910.3240.4730.6450.8280.9720.9780.9870.990頻率〔kHz〕7.47.57.67.88.09.010.011.012.013.014.0電壓UR(mV)675679676672663603524460400358320歸一化電壓0.9941．0000.9960.9900.9760.8880.7720.6770.5890.5270.471RLC電路響應的諧振曲線的測量用示波器測量諧振頻率時圖像如下：誤差分析：實際測量時電源存在內(nèi)阻，影響諧振頻率；用交流毫伏表測諧振頻率時，電阻兩端電壓變化不明顯，對諧振頻率的真實性產(chǎn)生影響；此外讀數(shù)時產(chǎn)生的偏差，與電路自身〔導線，連接等〕存在的內(nèi)阻也會對諧振頻率產(chǎn)生影響。結(jié)果分析：通過實驗數(shù)據(jù)和圖像可以知道串聯(lián)諧振電路具有選頻的作用，在實際應用中能夠濾除不需要雜波，選出需要頻率波。實驗總結(jié)通過此次實驗，使我對以下幾個方面有了深刻的理解：1、對諧振的產(chǎn)生條件及串聯(lián)諧振電路的選頻特性有了深入了解，在實際應用中串聯(lián)諧振電路能夠濾除不需要雜波，選出需要頻率波。2、學會了兩種測量諧振頻率的方法，用交流毫伏表測量和用示波器測量，同時學會了交流毫伏表的使用方法。3、明白了Q和通頻帶的物理意義，學會了測量