實(shí)驗(yàn)二 RLC串聯(lián)諧振電路的研究

實(shí)驗(yàn)二RLC串聯(lián)諧振電路的研究在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)過(guò)簡(jiǎn)諧振動(dòng)和阻尼振動(dòng)。在扭擺實(shí)驗(yàn)中，在外加的按正弦變化的驅(qū)動(dòng)力作用下，不僅使振動(dòng)得以維持，而且驅(qū)動(dòng)力的頻率對(duì)振動(dòng)狀態(tài)有很大的影響。類似地，由電感、電容組成的電路通過(guò)交流電時(shí)，可以產(chǎn)生電振蕩。由于回路中總存在一定的電阻，因此這種振蕩會(huì)逐步衰減，形成阻尼振蕩?？扇藶榈亟o電路補(bǔ)充能量，使振蕩能持續(xù)進(jìn)行，形成諧振現(xiàn)象。諧振時(shí)，電路的阻抗、電壓與電流以及它們之間的相位差、電路與外界之間的能量交換等均處于某種特殊狀態(tài)，因而在實(shí)際中有著重要的應(yīng)用。[實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯了解RLC組合交流電路的阻抗對(duì)頻率的依賴關(guān)系；初步掌握串聯(lián)諧振的條件和諧振的特點(diǎn)；初步了解串聯(lián)諧振曲線的形狀與線路Q值的關(guān)系。[實(shí)驗(yàn)儀器]信號(hào)發(fā)生器，雙蹤示波器，萬(wàn)用電表，面包板，電阻，電感，電容，導(dǎo)線。[實(shí)驗(yàn)原理]RLC串聯(lián)電路如圖1所示。圖1RLC串聯(lián)電路所加交流電壓（有效值）的角頻率為。則電路的復(fù)阻抗為：（1）復(fù)阻抗的模:(2)復(fù)阻抗的幅角:(3)即該電路電流滯后于總電壓的位相差?；芈分械碾娏鱅（有效值）為：（4）上面三式中Z、、I均為頻率(或角頻率，)的函數(shù)，當(dāng)電路中其他元件參數(shù)取確定值的情況下，它們的特性完全取決于頻率。圖2（a）、（b）、（c）分別為RLC串聯(lián)電路的阻抗、相位差、電流隨頻率的變化曲線。其中，（b）圖曲線稱為相頻特性曲線；（c）圖曲線稱為幅頻特性曲線。圖2RLC串聯(lián)電路幅頻、相頻曲線由曲線圖可以看出，存在一個(gè)特殊的頻率，特點(diǎn)為：當(dāng)時(shí)，，電流相位超前于電壓，整個(gè)電路呈電容性；當(dāng)時(shí)，，電流相位滯后于電壓，整個(gè)電路呈電感性；當(dāng)時(shí)，即或（5）時(shí)，，表明電路中電流I和電壓同位相，整個(gè)電路呈現(xiàn)純電阻性，這就是串聯(lián)諧振現(xiàn)象。此時(shí)電路總阻抗的模為最小，，電流則達(dá)到極大值。易知，只要調(diào)節(jié)、、中的任意一個(gè)量，電路都能達(dá)到諧振。令或（6）稱為諧振電路的品質(zhì)因數(shù)。值越大，頻率選擇性越好。[實(shí)驗(yàn)內(nèi)容]1.按圖1連接電路，其中，，，輸入信號(hào)幅度為2V，測(cè)量諧振頻率，并在示波器上觀測(cè)和的相位差。2.測(cè)量曲線。在諧振頻率左右各選取7～10個(gè)測(cè)量頻率點(diǎn)，用萬(wàn)用電表測(cè)量電阻上的電壓，從而得到電路電流。附近的測(cè)量點(diǎn)可相對(duì)集中些，目的是能將曲線尖銳部分描繪得準(zhǔn)確些，得到滿意的諧振曲線。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)繪制RLC串聯(lián)電路的諧振曲線。3.測(cè)量回路的品質(zhì)因數(shù)。在諧振點(diǎn)上，用萬(wàn)用電表交流檔測(cè)量電源電壓，電感端電壓和電容端電壓，根據(jù)公式（6）求得該電路的值。4.將電阻值換至，重復(fù)上述步驟再測(cè)量一組。[數(shù)據(jù)與結(jié)果]通過(guò)示波器測(cè)定諧振時(shí)和的相位差，自行擬定表格記錄數(shù)據(jù)（可在形波比較法和李沙如圖形測(cè)量法中任選一種，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)）。自行擬定表格記錄不同點(diǎn)電路中的電流值，并繪制曲線。計(jì)算所測(cè)電路的品質(zhì)因數(shù)。[注意事項(xiàng)]1.用示波器觀測(cè)和的相位差時(shí)，與的公共端要接示波器的共地端，在觀測(cè)波形時(shí)可將一路反相；2.改變頻率時(shí)應(yīng)保持信號(hào)源電壓不變。[思考題]測(cè)量RLC串聯(lián)電路的頻率特性時(shí)，為什么要保持輸入信號(hào)的電壓大