串联谐振电路59862.docVIP

串联谐振电路 学号： 姓名： 成绩： 实验目的 加深对串联谐振电路条件及特性的理解。 掌握谐振频率的测量方法。 理解电路品质因数Q和通频带的物理意义及测量方法。 测定RLC串联谐振电路的频率特性曲线。 深刻理解和掌握串联谐振的意义及作用。 掌握电路板的焊接技术以及信号发生器、交流毫伏表等仪器的使用。 掌握Multisim软件中的Function Generator、Voltmeter、Bode Plotter等仪表的使用，以AC Analysis等SPICE仿真分析方法。 用Origin绘图软件绘图。 实验原理 RLC串联电路如图7.1所示，改变电路参数L、C或电源频率时，都可能使电路发生谐振。 该电路的阻抗是电源角频率的函数 （7-1） 当时，电路中的电流与激励电压同相，电路处于谐振状态。 谐振角频率，谐振频率。 谐振频率仅与元件的数值有关，而与电阻和激励电源的角频率无关， 当时，电路呈容性，阻抗角＜0；当时，电路呈感性，阻抗角＞0。 1.电路处于谐振状态时的特性： 回路阻抗，为最小值，整个回路相当于一个纯电阻电路。 回路电路I0的数值最大， 电阻的电压UR的数值最大, 电感上的电压UL与电容上的电压UC数值相等，相位相差。 2.电路的品质因数Q和通频带B 电路发生谐振时，电感上的电压(或电容上的电压)与激励电压之比称为电路的品质因数Q，即 （7-2） 定义回路电流下降到峰值的0.707时所对应的频率为截止频率，介于两截止频率间的频率范围为通频带。 （7-3） 3.谐振曲线 电路中电压与电流随频率变化的特性称频率特性，它们随频率变化的曲线称频率特性曲线，也称谐振曲线。 在固定的条件下： 改变电源角频率，可得到图7.2响应电压随电源角频率变化的谐振曲线，回路电流与电阻电压成正比。从图中可以看到，UR的最大值在谐振角频率ω0处，此时UC=UL=QU。UC的最大值在ωω0处， UL的最大值在ωω0处。 图7.3则表示经过归一化处理后不同值时的电流频率特性曲线。从图中可以看：值愈大，曲线尖峰值愈峻端，其选择性就愈好，但电路的通过的信号频带越窄，即通频带越窄。 实验内容 Multisim仿真 创建电路：从元器件库中选择可变电阻、电容、电感创建如图电路。 当电阻R= 100、200、300时，用Multisim软件仿真串联谐振电路的谐振曲线，在同一张图中画出谐振曲线，说明R对Q值、带宽的影响。 从图中可以直观的看出，随着R值的减小，B值逐渐减小，由 ，Q值逐渐增大，即说明R值越小，选择性越好，通频带越窄。而且，谐振频率与电阻阻值没有关系。 利用谐振的特点设计选频网络，在串联谐振电路（R=100Ω L=4.7mH C=100nF）上输入频率为3.5kHz、占空比为30%、脉冲幅度为5V的方波电压信号，用Multisim软件测试谐振电路输入信号和输出信号（电阻上电压）的频谱、测试输入信号和输出信号波形。 输入频谱 输出频谱 从傅里叶频谱中，可以看出在谐振频率附近处，输出电压最大，体现了谐振电路的选频特性。 时域输入输出波形 根据串联谐振电路的选频特性，谐振频率附近的正弦信号才可以通过，于是这部分正弦信号叠加产生了图示波形。 测量元件值并计算理论值。 RL=38Ω R1=100Ω L=4.7mH C=112nF 则 R=128Ω =43585.5 rad/s =7.67 kHz =1.48 =5.17 kHz 在电路板上焊接如图所示电路，信号电压有效值设置为1V。 用两种不同方法测量电路的f0值。 方法一 维持信号源的输出幅值不变，令信号源的频率有小逐渐变大，当UR读数最大时的频率。测得 。 方法二 将输入输出信号接入示波器，并设定在X-Y模式。当椭圆变成一条直线时，电路发生谐振。测得。 分析：方法一测得的fo=8.80kHz，方法二测得的fo=7.45kHz，理论值是fo=7.67kHz，三者的值存在着误差。误差的原因：（1）可能由于仪器本身的误差；（2）测量过程中数据记录的误差；（3）电容电感本身有阻值，这些阻值带来的误差；（4）由于信号发生器上的频率不稳定，导致读数的误差等原因。 电路响应的谐振曲线的测量 频率 电压 电压 电压 0.5 65 18 2300 1 134 51 2390 2 280 176 2630 4 629 738 3420 7 1129 3830 4400 7.5 1148 4300 4340 7.67 1