RLC串聯(lián)諧振電路實驗方法

       RLC串聯(lián)諧振電路在電氣工程實驗中是一個比較困難的實驗。諧振是通過使用固定的RLC值調(diào)整電源頻率來實現(xiàn)的。

實驗?zāi)康?/span>

       1、熟悉串聯(lián)諧振電路的結(jié)構(gòu)與特點，掌握確定諧振點的的實驗方法。

       2、掌握電路品質(zhì)因數(shù)（電路Q值）的物理意義及其測定方法。

       3、理解電源頻率變化對電路響應(yīng)的影響。學(xué)習(xí)用實驗的方法測試幅頻特性曲線。

實驗任務(wù)

（一）基本實驗

       設(shè)計一個諧振頻率大約9kHz、品質(zhì)因數(shù)Q分別約為9和2的RLC串聯(lián)諧振電路(其中L為30mH)。要求：

       1、根據(jù)實驗?zāi)康囊笏愠鲭娐返膮?shù)、畫出電路圖。

       2、完成Q1約為9、Q2約為2的電路的電流諧振曲線I=f(f)的測試，分別記錄諧振點兩邊各四至五個關(guān)鍵點(包括諧振頻率f0、下限頻率f1、上限頻率f2的測試)，計算通頻帶寬度BW。畫出諧振曲線。用實驗數(shù)據(jù)說明諧振時電容兩端電壓UC與電源電壓US之間的關(guān)系，根據(jù)諧振曲線說明品質(zhì)因數(shù)Q的物理意義以及對曲線的影響。

（二）擴展實驗

       根據(jù)上述任務(wù)，利用諧振時電路中電流i與電源電壓uS同相的特點，用示波器測試的方法，找出諧振點，畫出輸入電壓uS與輸出響應(yīng)uR的波形，測量諧振時電路的相關(guān)參數(shù)，并判斷此時電路的性質(zhì)（阻性、感性、容性）

實驗設(shè)備

       1、信號發(fā)生器 一臺

       2、RLC串聯(lián)諧振電路板 一套

       3、交流毫伏表 一臺

       4、示波器 一只

       5、細導(dǎo)線 若干

實驗原理

       1、RLC串聯(lián)電路。在上圖所示的電路中，當(dāng)正弦交流信號源uS的頻率 f改變時，電路中的感抗、容抗隨之而變，電路中的電流也隨f而變。對于RLC串聯(lián)諧振電路，電路的復(fù)阻抗Z=R+j[ωL-1/(ωC)] 。

       2、串聯(lián)諧振。諧振現(xiàn)象是正弦穩(wěn)態(tài)電路的一種特定的工作狀態(tài)。當(dāng)電抗X=ωL-1/(ωC)=0，電路中電流i與電源電壓uS同相時，發(fā)生串聯(lián)諧振，這時的頻率為串聯(lián)諧振頻率f0，其大小為1/（2π√LC）。串聯(lián)諧振時有以下特點：

       (1) 電抗X=0，電路中電流i與電源電壓uS同相。

       (2) 阻抗模達到小，即Z=R，電路中電流有效值I達到大為I0 。

       (3) 電容電壓與電感電壓的模值相等。電容與電感既不從電源吸收有功功率，也不吸收無功功率，而是在它們內(nèi)部進行能量交換，此時US=UR。

       (4) 諧振時電容或電感上的電壓與電源電壓之比為品質(zhì)因數(shù)[Q=UC/US= UL/US=1/(ω0RC) ]。電阻R與品質(zhì)因數(shù)Q成反比，電阻R大小影響Q。

       3、頻率特性。頻率特性就是幅頻特性和相頻特性統(tǒng)稱。取電阻R上的電壓uR作為響應(yīng)，當(dāng)輸入電壓uS的幅值維持不變時，

       (1) 幅頻特性：輸出電壓有效值UR與輸入電壓有效值US的比值（UR/US）是角函數(shù)或頻率的函數(shù)。

       (2) 相頻特性：輸出電壓uR與輸入電壓uS之間的相位差是角函數(shù)或頻率的函數(shù)。

       (3) 諧振曲線：串聯(lián)諧振電路中電流的諧振曲線就是電路中電流I=UR/R隨頻率變動的曲線。（以UR/US為縱坐標(biāo)，因US不變，相當(dāng)于以UR為縱坐標(biāo)，故也可以直接以UR/R為縱坐標(biāo)，畫出電流的諧振曲線如圖4-8-2所示）。

       (4) 上、下限頻率：當(dāng)UR/US=0.707，即UR=0.707US，輸出電壓UR與輸入電壓有效值US的比值下降到大值的0.707倍時，所對應(yīng)的兩個頻率分別為下限頻率f1和上限頻率f2，上、下限頻率之差定義為通頻帶BW=f2-f1。通頻帶的寬窄與電阻有關(guān)。

       工程上常用通頻帶BW來比較和評價電路的選擇性。通頻帶BW與品質(zhì)因數(shù)Q值成反比，Q值越大，BW越窄，諧振曲線越尖銳，電路選擇性越好。

       在電力工程中，一般應(yīng)避免發(fā)生諧振，如由于過電壓，可能擊穿電容器和電感線圈的絕緣。在電信工程中則相反，常利用串聯(lián)諧振來獲得較高的信號，如收音機收聽某個電臺。

       4、實驗室測量諧振點的方法。實驗室中容易實現(xiàn)的諧振方法是通過保持交流電源電壓值不變，只改變它的頻率，用高頻電壓表監(jiān)測串聯(lián)電路中電阻兩端的電壓達到大值(即電路中電流達到大值)的方法來確定諧振點，此時的頻率即為串聯(lián)諧振頻率f0。

       5、電路品質(zhì)因數(shù)Q值的兩種測量方法：

       方法一：根據(jù)諧振時公式Q=UC/US=UL/US測定；

       方法二：通過測量諧振曲線的通頻帶寬度BW=f2-f1，再根據(jù)Q=f0/( f2- f1)求出Q值。