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电工学实验4--- 串联谐振 电路研究 串联谐振电路研究 一、实验目的： 1、了解谐振现象，加深对谐振电路特性的认识。 2、研究电路参数对串联谐振电路特性的影响。 3、了解电路品质因数Q值对通用谐振曲线的影响。 4、掌握测试通用谐振曲线的方法。 5、理解谐振电路的选频特性及应用。 6、学习正确使用低频信号发生器和示波器等有关仪器。 二、实验原理： 1、由电感器和电容器组成串联电路如图7—1所示，其中r、L 分别为电感器电阻和电感。该网络的等效复阻抗 串联谐振电路研究 二、实验原理： Z=（R+r）+j（ωL- ）= 是电源频率的函数。当电路的总电压与总电流同相位时， 电路的这种状态称为串联谐振。 2、产生串联谐振的条件： ωL= 谐振角频率： ω0= 串联谐振电路研究 二、实验原理： 2、产生串联谐振的条件： 可见谐振频率决定于电路参数L及C，而与电阻R和激励电源 的角频率ω无关。随着频率的变化，电路的性质： （1）当ωω。时，电路呈容性，阻抗角＜0； （2）当ωω。时，电路呈感性，阻抗角＞0； （3）当ω=ω。时，即在谐振点时，电路呈纯电阻性。 3、电路是否产生谐振决定电路的参数和电源的频率。当电源 的频率一定时，改变电路的参数电感或电容的数值，就可 使电路产生谐振现象。当电路参数一定时，改变电源的频 率，也可使电路产生谐振。本实验在保持电路参数不变的 情况下，通过改变电源的频率，使电路达到谐振。 串联谐振电路研究 二、实验原理： 4、R、L、C串联电路谐振时的特点 （1）谐振时，由于回路总电抗X0=ω0L- =0，因此，回路 阻抗模为最小值，整个回路相当于一个纯电阻电路， 激励电源的电压与回路的响应电流同相位。 （2）由于谐振时，电路的阻抗最小，当端口激励电压u一定 时，电路的电流达到最大值，该值的大小仅与电阻的 阻值有关，与电感和电容的值无关。实验中，在调频 或调节电容的同时，通过电流表监测回路电流，电流 达到最大值时电路便工作在谐振状态。 串联谐振电路研究 二、实验原理： 4、R、L、C串联电路谐振时的特点 （3）品质因数Q—定义谐振时的感抗ωL或容抗1／ωc为特 性阻抗ρ，特性阻抗ρ与电阻R的比值为品质因数Q。 或是定义谐振时电感上的电压(或电容上的电压)与激 励电压之比称为品质因数Q。即： Q= = = = = 在L和C为定值的条件下，Q值仅仅决定于回路电阻R的 大小。 串联谐振电路研究 二、实验原理： （4）电路谐振时由于感抗与容抗相等，所以电感上的电压与 电容上的电压大小相等，而且数值都是电源电压的Q 倍，相位相反，相位差180°。电抗的电压为零，电阻 的电压等于总电压UR=Us。若电路的品质因数Q1，则电 感及电容上的电压将远远大于总电压，因此串联谐振也 称为电压谐振。 电感及电容上的电压远远大于电源电压，串联谐振电路的这 一特点，在电子技术通讯电路中得到了广泛的应用，来获得 较高的信号电压。而在电力系统中应避免由此而引起的过电 压现象。 串联谐振电路研究 二、实验原理： 5、串联谐振电路的频率特性 在RLC串联谐振电路中，当外加正弦交流电压的频率可变 时，电路中的感抗、容抗和电抗都随着外加电源频率的改 变而变化，因而电路中的电流也随着频率而变化。这些物 理量随频率而变的特性绘成曲线，就是它们的频率特性曲 线。 回路的响应电流与激励电源的角频率的关系称为电流的幅 频特性，表明其关系的图形为串联谐振曲线，表达式为： 串联谐振电路研究 二、实验原理： 5、串联谐振电路的频率特性