實(shí)驗(yàn)4串聯(lián)諧振

1、電工學(xué)實(shí)驗(yàn)4-,串聯(lián)諧振 電路研究,串聯(lián)諧振電路研究,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、了解諧振現(xiàn)象，加深對(duì)諧振電路特性的認(rèn)識(shí)。 2、研究電路參數(shù)對(duì)串聯(lián)諧振電路特性的影響。 3、了解電路品質(zhì)因數(shù)Q值對(duì)通用諧振曲線的影響。 4、掌握測(cè)試通用諧振曲線的方法。 5、理解諧振電路的選頻特性及應(yīng)用。 6、學(xué)習(xí)正確使用低頻信號(hào)發(fā)生器和示波器等有關(guān)儀器。 二、實(shí)驗(yàn)原理： 1、由電感器和電容器組成串聯(lián)電路如圖71所示，其中r、L 分別為電感器電阻和電感。該網(wǎng)絡(luò)的等效復(fù)阻抗,串聯(lián)諧振電路研究,二、實(shí)驗(yàn)原理： Z=（R+r）+j（L- ）= 是電源頻率的函數(shù)。當(dāng)電路的總電壓與總電流同相位時(shí)， 電路的這種狀態(tài)稱為串聯(lián)諧振。 2、

2、產(chǎn)生串聯(lián)諧振的條件： L= 諧振角頻率： 0=,圖71 R、L、C串聯(lián)電路,串聯(lián)諧振電路研究,二、實(shí)驗(yàn)原理： 2、產(chǎn)生串聯(lián)諧振的條件： 可見(jiàn)諧振頻率決定于電路參數(shù)L及C，而與電阻R和激勵(lì)電源 的角頻率無(wú)關(guān)。隨著頻率的變化，電路的性質(zhì)： （1）當(dāng)。時(shí)，電路呈感性，阻抗角0； （3）當(dāng)=。時(shí)，即在諧振點(diǎn)時(shí)，電路呈純電阻性。 3、電路是否產(chǎn)生諧振決定電路的參數(shù)和電源的頻率。當(dāng)電源 的頻率一定時(shí)，改變電路的參數(shù)電感或電容的數(shù)值，就可 使電路產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。當(dāng)電路參數(shù)一定時(shí)，改變電源的頻 率，也可使電路產(chǎn)生諧振。本實(shí)驗(yàn)在保持電路參數(shù)不變的 情況下，通過(guò)改變電源的頻率，使電路達(dá)到諧振。,串聯(lián)諧振電路研究,二

3、、實(shí)驗(yàn)原理： 4、R、L、C串聯(lián)電路諧振時(shí)的特點(diǎn) （1）諧振時(shí)，由于回路總電抗X0=0L- =0，因此，回路 阻抗模為最小值，整個(gè)回路相當(dāng)于一個(gè)純電阻電路， 激勵(lì)電源的電壓與回路的響應(yīng)電流同相位。 （2）由于諧振時(shí)，電路的阻抗最小，當(dāng)端口激勵(lì)電壓u一定 時(shí)，電路的電流達(dá)到最大值，該值的大小僅與電阻的 阻值有關(guān)，與電感和電容的值無(wú)關(guān)。實(shí)驗(yàn)中，在調(diào)頻 或調(diào)節(jié)電容的同時(shí)，通過(guò)電流表監(jiān)測(cè)回路電流，電流 達(dá)到最大值時(shí)電路便工作在諧振狀態(tài)。,串聯(lián)諧振電路研究,二、實(shí)驗(yàn)原理： 4、R、L、C串聯(lián)電路諧振時(shí)的特點(diǎn) （3）品質(zhì)因數(shù)Q定義諧振時(shí)的感抗L或容抗1c為特 性阻抗，特性阻抗與電阻R的比值為品質(zhì)因數(shù)Q。

4、或是定義諧振時(shí)電感上的電壓(或電容上的電壓)與激 勵(lì)電壓之比稱為品質(zhì)因數(shù)Q。即： Q= = = = = 在L和C為定值的條件下，Q值僅僅決定于回路電阻R的 大小。,串聯(lián)諧振電路研究,二、實(shí)驗(yàn)原理： （4）電路諧振時(shí)由于感抗與容抗相等，所以電感上的電壓與 電容上的電壓大小相等，而且數(shù)值都是電源電壓的Q 倍，相位相反，相位差180。電抗的電壓為零，電阻 的電壓等于總電壓UR=Us。若電路的品質(zhì)因數(shù)Q1，則電 感及電容上的電壓將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于總電壓，因此串聯(lián)諧振也 稱為電壓諧振。 電感及電容上的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電源電壓，串聯(lián)諧振電路的這 一特點(diǎn)，在電子技術(shù)通訊電路中得到了廣泛的應(yīng)用，來(lái)獲得 較高的信號(hào)電壓。而

5、在電力系統(tǒng)中應(yīng)避免由此而引起的過(guò)電 壓現(xiàn)象。,串聯(lián)諧振電路研究,二、實(shí)驗(yàn)原理： 5、串聯(lián)諧振電路的頻率特性 在RLC串聯(lián)諧振電路中，當(dāng)外加正弦交流電壓的頻率可變 時(shí)，電路中的感抗、容抗和電抗都隨著外加電源頻率的改 變而變化，因而電路中的電流也隨著頻率而變化。這些物 理量隨頻率而變的特性繪成曲線，就是它們的頻率特性曲 線。 回路的響應(yīng)電流與激勵(lì)電源的角頻率的關(guān)系稱為電流的幅 頻特性，表明其關(guān)系的圖形為串聯(lián)諧振曲線，表達(dá)式為：,串聯(lián)諧振電路研究,二、實(shí)驗(yàn)原理： 5、串聯(lián)諧振電路的頻率特性 I= = 為了研究電路參數(shù)對(duì)諧振特性的影響，通常研究電流比 I/I。與角頻率比0之間的函數(shù)關(guān)系，即所謂通用幅

6、頻特性。對(duì)上式兩邊同時(shí)除以I。作歸一化處理，就可得到 通用幅頻特性 =,串聯(lián)諧振電路研究,二、實(shí)驗(yàn)原理： 5、串聯(lián)諧振電路的頻率特性 與此對(duì)應(yīng)的曲線稱為通用諧振曲線。通用諧振曲線的形狀 只與Q值有關(guān)。Q值相同的任何R、L、C串聯(lián)諧振電路只有一 條曲線與之對(duì)應(yīng)。這正是稱之為通用諧振曲線的原因。圖 72繪出了對(duì)應(yīng)不同Q值下的通用諧振曲線。 當(dāng)電路的L和C保持不變時(shí)，改變R的大小，可以得出不同Q 值時(shí)通用諧振曲線，顯然，Q值越高，曲線越尖銳，即電路 的選擇性越高，表明電路具有選頻特性，由此也可以看出Q 值的重要性。,串聯(lián)諧振電路研究,二、實(shí)驗(yàn)原理： 5、串聯(lián)諧振電路的頻率特性,圖72 通用串聯(lián)諧振曲

7、線,串聯(lián)諧振電路研究,二、實(shí)驗(yàn)原理： 6、通頻帶f 或B 為了衡量諧振電路對(duì)不同頻率的選擇能力，定義通用諧振 曲線中幅值下降至峰值的0707倍時(shí)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率f1和 f2之差為通頻帶f 或B，即： f =B=f2f1= 上式說(shuō)明，通帶寬與品質(zhì)因數(shù)成反比，電路的品質(zhì)因數(shù)Q值 越大，諧振曲線越尖銳，通頻帶越窄，電路的選擇性越 好。這就是Q值的物理意義。 在恒壓源供電時(shí)，電路的品質(zhì)因數(shù)、選擇性與通頻帶只決 定于電路本身的參數(shù)，而與信號(hào)源無(wú)關(guān)。,串聯(lián)諧振電路研究,三、實(shí)驗(yàn)儀器： 1、低頻信號(hào)發(fā)生器 2、雙蹤示波器 3、毫伏表 4、電路實(shí)驗(yàn)箱 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 1、按圖72連線，電路參數(shù)為：R=10 C=

8、0.3f L=3.3mH,串聯(lián)諧振電路研究,四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：,圖72 R、L、C串聯(lián)諧振電路,串聯(lián)諧振電路研究,四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 2、調(diào)節(jié)低頻信號(hào)發(fā)生器輸出為正弦波，輸出電壓Us=1V，在測(cè) 試過(guò)程中應(yīng)維持低頻信號(hào)發(fā)生器輸出的電壓有效值Us=1 V 不變，所以每次調(diào)節(jié)頻率后均需對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)。 3、調(diào)節(jié)低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率，通過(guò)雙蹤示波器監(jiān)視電路， 觀察電路的諧振現(xiàn)象，尋找諧振點(diǎn)，確定電路的諧振頻率 f0。用示波器定性觀察在調(diào)頻過(guò)程中，端口電壓波形與端 口電流波形的相位關(guān)系，以此來(lái)判斷電路是否發(fā)生諧振，當(dāng) 兩個(gè)波形的相位差為零時(shí)，電路諧振。記錄諧振時(shí)的頻率， 用毫伏表測(cè)量電感、電容和電阻兩端的

9、電壓，并判斷此時(shí)電 路的性質(zhì)。記入表71中。,串聯(lián)諧振電路研究,四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 4、保持低頻信號(hào)發(fā)生器輸出的電壓有效值Us=1 V不變，調(diào)節(jié) 低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率，記錄使UR=0.707UR0時(shí)所對(duì)應(yīng)的兩 個(gè)頻率f1和f2，用毫伏表測(cè)量在頻率f1和f2下電感、電容 和電阻兩端的電壓，并判斷此時(shí)電路的性質(zhì)，計(jì)算通頻 帶。記入表71中。 5、保持低頻信號(hào)發(fā)生器輸出的電壓有效值Us=1 V不變，調(diào)節(jié) 低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率，在諧振點(diǎn)兩側(cè)，按頻率遞增或遞 減，依次各取若干個(gè)測(cè)量點(diǎn)，逐點(diǎn)測(cè)出電感、電容和電阻 兩端的電壓，并判斷此時(shí)電路的性質(zhì)，記入表71中。,串聯(lián)諧振電路研究,四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 注意：為了取點(diǎn)

10、合理，測(cè)量點(diǎn)在諧振頻率f0附近頻域 內(nèi)，測(cè)量點(diǎn)的頻率間隔取小些為好，而在離諧振頻率f0較 遠(yuǎn)處，測(cè)量點(diǎn)的頻率間隔取大些為好。 6、通過(guò)測(cè)量結(jié)果，作出R=10時(shí)該電路的通用串聯(lián)諧振曲 線。 7、將電阻改為50，重復(fù)以上15步驟。將測(cè)量結(jié)果記入表 72中。 8、通過(guò)測(cè)量結(jié)果，作出R=50時(shí)該電路的通用串聯(lián)諧振曲 線。,串聯(lián)諧振電路研究,五、注意事項(xiàng)： 1、每次改變信號(hào)電源的頻率后，注意調(diào)節(jié)輸出電壓(有效 值)，使其保持為定值。 2、實(shí)驗(yàn)前應(yīng)根據(jù)所選元件數(shù)值，從理論上計(jì)算出諧振頻率 f0，以便與測(cè)量值加以比較。 3、在測(cè)量UL和UC時(shí)，注意信號(hào)電源和測(cè)量?jī)x器(毫伏表或示波 器等)公共地線的接法。 4、測(cè)試頻率點(diǎn)的選擇應(yīng)在靠近諧振頻率附近多取幾點(diǎn)。,串聯(lián)諧振電路研究,六、數(shù)據(jù)表格：,I=,表71 R=10時(shí)串聯(lián)諧振實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),串聯(lián)諧振電路研究,六、數(shù)據(jù)表格：,I=,表72 R=50時(shí)串聯(lián)諧振實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),串聯(lián)諧振電路研究,七、思考題： 1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路給出的元件參數(shù)值，估算電路的諧振頻率。 2、改變電路的哪些參數(shù)可使電路發(fā)生諧振，電路中R的數(shù)值是 否影響諧振頻率值? 3、如何判斷電