实验八RLC串联电路的谐振实验Word格式.docx

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1

2fC2nfL:

=arctg

即电源电压u与电路中电流i同相，由于是在串联电路中出现的谐振故称为串联谐振。

谐振频率用f0表示为

谐振时的角频率用0表示为

谐振时的周期用To表示为

串联电路的谐振角频率30频率f0，周期To，完全是由电路本身的有关参数来决定的,

它们是电路本身的固有性质，而且每一个RL、C串联电路，只有一个对应的谐振频f0

周期To。

因而，对R、L、C串联电路来说只有将外施电压的频率与电路的谐振频率相等时候，电路才会发生谐振。

在实际应用中，往往采用两种方法使电路发生谐振。

一种是当外施电压频率f固定时，改变电路电感L或电容C参数的方法，使电路满足谐振条件。

另一种是当电路电感L或电容C参数固定时，可用改变外施电压频率f的方法，使电路在其谐振频率下达到谐振。

总之，在R、L、C串联电路中，f、L、C三个量，无论改变哪一个量都可以达到谐振条件，使电路发生谐振。

2、RLC串联电压谐振特征

串联谐振具有以下主要特征:

（1）电路的阻抗

Z一Jr2XLXcR

电路对电源呈现电阻性，其值很小。

电源供给电路的能量全被电阻所消耗，电源与电

路之间不发生能量互换。

能量互换只能发生在电感线圈L与电容器C之间。

（2）电路的电流

当电源电压U不变的情况下，见图7-2所示。

电路的电流将在谐振时达到最大值。

电流的大小决定于电阻的大小，电阻R越小，电流就越大，当电阻R趋近于零时，则电流趋

向无穷大。

当电阻R越大时则电流就越小。

线关系

（3）电路的电压

用不容忽视；

因为

Xl=XcR时，U和UC将远远咼于电源电压多少倍。

这是我们研究和十分注意的关键冋题。

（4）电路的品质因数

电路中的UC或UL与电压U之比值称为电路的品质因数，用Q表示，即

Uc

=吐

TT

Q=

可见品质因数Q也是由电路的参数决定的。

当L和C值不变，只改变R值。

R值越小,

Q值越大则谐振曲线越尖锐，R值越大则Q值越小谐振曲线越平坦。

见图8-4所示。

三、实验内容及步骤

如左图所示，本次实验选用交流电压源（Sources元器

件库中的ACvoltagesource）,所有的测量仪器也需换成交流测量模式。

基于RL、C串联电路谐振的性质，可在

实验电路中直接串联1个电流表，在RL、C元器件上各并联1个电压表，合理改变电源

的频率，可以找到这样一个频率值，可使得电流表的读数最大，R

图8-5R、L、C串联谐振电路示意图上电压表的读数与电源电压值相等，L、C上电压表读数相等，即:

1。

=U/R

（）

则这个频率值即是该电路的谐振频率。

实验步骤如下:

（1）打开EWB软件，选中主菜单Circuit/SchematicOptions/Grid选项中的Showgrid，

使得绘图区域中出现均匀的网格线，并将绘图尺寸调节到最佳。

⑵在Sources元器件库中调出1个Ground（接地点）和1个ACvoltagesource（交流电

压源）器件，从Basic元器件库中调出1个Resistor（电阻）、1个Inductor（电感）

和1个Capacitor（电容）器件，最后从Indicators元器件库中调出1个Ammete（（电

流表）、3个Voltmeter（电压表）器件，按下图8-6所示排列好。

（3）将各元器件的标号、参数值亦改变成与下图8-6所示一致。

图8-6R、L、C串联谐振实验电路图

（4）将所有的元器件通过连线连接起来。

注意：

电压源、电流表、电压表的正负极性。

（5）检查电路有无错误。

（6）对该绘图文件进行保存，注意文件的扩展名（.ewb）要保留。

（7）按下EWB界面右上方按纽“1”对该保存过的绘图文件进行仿真。

（8）

8-1的相应表格

按下EWB界面右上方按纽“0”停止仿真，读取各电压表、电流表的读数，看是否符合

）式中的三个公式。

若符合，将此时电源的频率、各测量读数填入表

中；

若不符合，调整电源频率值，重复步骤（7）、（8），直至测量读数符合（）式为止，

此时的电源频率值即谐振频率。

（9）在（8）中找到的谐振频率上下各选择两个频率值，测量这四种情况下个电压表和电流

表的读数并记录到表8-1中。

频率

测量内容

谐振频率f0及谐振频率f0上下频率

"

f0"

频率f（KHZ）

电阻电压UR（V）

电感电压U（V

电容电压UC（V

电流1（mA）

（10）改变电阻的阻值由原来的620Q为Q,重复步骤（3）――（9），记录数据到表8-2。

（11）实验完成后，将保存好的绘图文件另存到教师指定的位置，并结合实验数据完成实

验报告的撰写。

表8-2

电阻取Q时串联谐振测量表

f0L

电感电压U（V）

电容电压UC（V）

四、注意事项

1、

每个EW电路中均必须接有接地点，且与电路可靠连接（即接地点与电路的连接处有黑

色的结点出现）。

2、

双击交流电压源（ACvoltagesource），得到ACvoltagesourceProperties元器件

属性对话框，在Value/Voltage中设定电源的电压值（本实验为3V），在Value/Frequency

中设定电源频率（本实验即通过调节此频率得到电压表、电流表的读数符合谐振性质而

找到谐振频率的），Value/Phase中设定电源的相位为ODeg即可。

3、

改变电阻的阻值时，需要在Resistor（电阻）器件的元器件属性（ResistorProperties）

对话框中选择Value/Resistanee（R）选项，在其后的框中填写阻值，前一框为数值框,

后一框为数量级框，填写时注意两个框的不同。

4、

测量电流时应该把电流表串联在电路中进行测量，EWB^电流表粗线接线端为电流流入

方向，另一个接线端为电流流出方向，使用时应特别注意电流表的极性，即电流流入、

流出方向。

测电路的负极相连，另一个接线端则与欲测电路的正极相连，使用时应特别注意电压表

的极性。

测器件或电路平行的状态再连线。

流表）器件的元器件属性（VoltmeterProperties、AmmeterProperties）对话框中选

择Value/mode/AC选项，另在Label/Label对话框中可为电压表、电流表命名。

实际值，请停止仿真后仔细检查电路是否连线正确、接地点连接是否有误等情况，排除

误点后再进行仿真，直到仿真正确、测量得到理想的读数。

Options/Grid选项中的Showgrid，设置好后将看到绘图区中的网格线已消去，此时即

可读数了。

10、交流电压表、电流表上显示的读数为数值，并非向量，直接记录数据即可。

11、文件保存时扩展名为“.ewb”。

关闭文件或EW软件后想再次打开保存后的文件时，必

须打开EW软件后通过主菜单File/open选项或者工具栏中的“打开”快捷键来实现。

五、实验拓展

本次实验主要做的是测量R、L、C串联电路的谐振频率及性质的实验，有兴趣的同

学可以设计一个测量R、L、C并联谐振频率的实验电路，研究一下并联谐振的性质。

六、预习要求1、复习R、L、C串联谐振理论。

2、熟悉实验目的、明确实验内容及步骤。

七、思考题

电路达到谐振状态时，所测数据是否附合U.=U及U=Uc的关系若不附合U.=U

及UL=Uc的关系试分析原因

谐振时UC及UL是否一定比U大什么情况比U大什么情况比U小

八、实验报告

根据实验内容所测得的数据用座标纸在同一座标上绘出两组RL、C串联谐振I—f曲

线，如图8-7所示。

5、回答思考题。

图8-7R、L、C串联谐振I-f曲线图