调谐电路功效的研究.docx
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调谐电路功效的研究
专业：
____控制_______
姓名：
____曾坤_________
学号：
__3150104119____
日期：
____11.4_________
地点：
____东3-202______
实验报告
课程名称：
电路与模拟电子技术实验指导老师：
王旃成绩：
__________________
实验名称：
调谐电路功效的研究实验类型：
电路实验同组学生姓名：
__________
一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1、掌握谐振频率及品质因数的测量方法；
2、掌握频率特性曲线的测量与作图技巧；
3、了解谐振电路的选频特性、通频带及其应用；
4、研究电感线圈以及信号源的非理想状态对谐振特性测量的影响和修正方法。
二、实验内容和原理
由电阻器、电感器和电容器串联组成的一端口网络，其等效复阻抗为：
RLC串联电路发生谐振时，电路具有的特点：
1、电路的阻抗最小；
2、电路的电流达到最大值，该值的大小取决于一端口网络的等效阻值，与电感和电容的值无关，即
3、电压、电流同相位；
4、电感与电容上的电压有效值相等，相位相反，电抗压降等于零。
三、主要仪器设备
1、信号发生器
2、DG08模块
3、示波器
4、宽频带电压表
5、电阻箱
四、操作方法和实验步骤
由电阻器、电感器和电容器组成RLC串联电路，选择L=40mH，
C=0.1μF，R=100Ω，电路输入端接信号发生器，使其输出正弦信号。
计算品质因数（由于电感的制造工艺使得其偏差较大，因此f0
只能参考，若要精确计算f0，可能需要先测定电感的值）。
1、根据提供的设备，预先计算出谐振频率f0的值，确定信号源输出幅值和UR、UL、UC的极值范围。
2、以f0为中心向左右扩展，保持US幅值基本不变，依次改变f，测量UR、UL、UC、ULC，画出幅频特性曲线。
3、将R由100Ω改为1KΩ，重复测量UR、UL、UC、ULC，再次绘制幅频特性曲线。
4、画出上述两个Q值下的通用谐振曲线。
五、实验数据记录和处理。
由元件的标称值粗略计算谐振频率f0,由串联谐振公式得：
因此我们调节的频率范围应主要在2.5kHz左右。
在R=100Ω，U=3V的情况下，改变f在f0两边扩展，测量的数据如下（在实验室中测得）：
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
0.58
0.15
3.13
0.10
2.55
13.05
11.80
1.97
0.78
0.31
3.27
0.15
2.60
12.25
10.70
1.81
0.97
0.51
3.47
0.20
2.65
11.76
9.70
1.67
1.13
0.74
3.69
0.25
2.70
10.69
8.87
1.53
1.26
0.98
3.93
0.30
2.75
9.99
8.02
1.41
1.37
1.25
4.17
0.35
2.80
9.38
7.28
1.30
1.47
1.54
4.44
0.40
2.85
8.86
6.62
1.21
1.55
1.81
4.69
0.45
2.90
8.42
6.10
1.13
1.62
2.13
4.94
0.50
2.95
7.96
5.60
1.05
1.68
2.41
5.37
0.55
3.00
7.57
5.18
0.99
1.75
2.81
5.71
0.63
3.10
7.00
4.47
0.88
1.81
3.26
6.04
0.70
3.20
6.46
3.90
0.78
1.85
3.55
6.43
0.74
3.30
6.01
3.44
0.72
1.89
3.89
6.70
0.80
3.40
5.71
3.06
0.66
1.93
4.25
7.14
0.88
3.50
5.45
2.74
0.60
1.97
4.82
7.55
0.98
3.60
5.22
2.49
0.56
2.01
5.28
8.02
1.01
3.70
5.04
2.27
0.52
2.05
5.98
8.45
1.12
3.80
4.79
2.05
0.49
2.09
6.71
9.07
1.21
3.90
4.65
1.89
0.46
2.12
7.31
9.49
1.34
4.00
4.52
1.75
0.43
2.16
8.24
10.29
1.43
4.10
4.41
1.63
0.41
2.20
9.30
11.00
1.63
4.40
4.06
1.31
0.36
2.26
11.03
12.24
1.88
4.80
3.80
1.02
0.31
2.31
12.46
13.03
2.08
5.20
3.63
0.83
0.27
2.36
13.56
13.40
2.21
5.70
3.40
0.64
0.23
2.41
14.17
14.08
2.26
6.00
3.32
0.57
0.21
2.46
14.14
13.67
2.21
6.50
3.23
0.47
0.18
2.50
13.76
12.80
2.12
7.00
3.17
0.40
0.16
在R=1kΩ的情况下，测量了数据如下：
（由于在实验室中时间不足，故其是在仿真软件上完成，其中U=8.88V）
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
0.65
0.58
8.71
3.56
2.6
5.8
5.43
8.88
0.75
0.77
8.65
4.07
2.65
5.91
5.32
8.87
0.9
1.09
8.54
4.83
2.7
6.01
5.21
8.86
1.1
1.6
8.34
5.77
2.8
6.21
5
8.82
1.3
2.16
8.09
6.61
2.9
6.4
4.79
8.76
1.45
2.61
7.86
7.16
3
6.57
4.59
8.69
1.6
3.07
7.6
7.64
3.1
6.74
4.4
8.6
1.85
3.83
7.1
8.26
3.3
7.03
4.03
8.4
2
4.27
6.78
8.52
3.6
7.39
3.54
8.05
2.1
4.56
6.55
8.66
4
7.75
3
7.53
2.2
4.83
6.32
8.76
4.3
7.95
2.66
7.17
2.3
5.09
6.1
8.82
4.7
8.15
2.29
6.67
2.35
5.22
5.99
8.85
5.2
8.32
1.93
6.12
2.4
5.34
5.88
8.87
5.8
8.44
1.61
5.54
2.45
5.46
5.76
8.88
6.5
8.52
1.34
4.98
2.5
5.58
5.65
8.88
7.5
8.56
1.07
4.36
2.55
5.69
5.54
8.89
六、实验结果与分析
当R=100Ω时，绘制幅频特性曲线如右图：
我们可以看出UR、UL和UC基本上都谐振频率（约为2.41kHZ）附近达到峰值，在峰值处R两端电压为2.26V，低于3V，可能是因为电感本身存在电阻，40mH电感用万用表实测电阻约20Ω，由此计算R分压应接近2.5V，另外可能存在一些线路上的压降，所以测得结果非常符合实际。
另外可计算得RLC谐振电路的品质因数Q=6.32，故L和C两端的电压值应该接近2.26×6.32=14.28V，实测UL0=14.14V,UC0=13.67V，都比较符合预期结果。
且由图中看出电感电压在f0左侧变化快，右侧变化慢；电容电压在f0左侧变化快，右侧变化慢，也非常符合元件特性。
用每一个UR同时除以2.26V，得出的数据然后画出Q=6.32时的通用谐振曲线如下：
可见当品质因数为6.32时，曲线在谐振频率处达到峰值，即放大倍数最大，且在谐振频率附近位置，曲线较为尖锐，通频带宽较窄。
当串联电阻R=1kΩ时，绘制幅频特性曲线如下：
易有其谐振频率约为2.55kHZ左右。
可以看出其相较于2.41kHZ更接近于f0可猜测可能是由于实验室元器件为非理想所造成的。
可计算出此时的Q值为0.632，下面是Q为0.632时的通用谐振曲线：
再将两者绘至一起，有：
很显然相比Q=6.32时的通用谐振曲线，Q=0.632时曲线并没有非常尖锐，通频带较宽。
七、讨论、心得
通过本次实验，我了解了RLC串联电路谐振频率的测定方法，双踪示波器的使用更加熟练了。
其次在一开始做100Ω的实验时，由于自己过分关注数据在小范围内的变化，导致自己浪费了大量的时间在这上面，以至于后面做1000Ω都没有时间在实验室内完成，无奈之下测了尽可能多的100Ω数据以便数据分析和图表绘制。
然后由于后者必须在仿真软件上完成，从而让我认识到自己在对仿真软件的操作上的不熟（以前其实不是很重视对这个软件操作的掌握）。
以后一定多在这上模拟来增加自己的熟练度。
其次，在仿真软件完成1000Ω的模拟之后，又尝试了一下100Ω的仿真，然而仿真结果与在实验室中测得的结果相差甚远，通过询问老师，才知道
（1）Vp为Vpp的1/2，
（2）Multisim中函数发生器如果接的是“+-”两极，则其输出的电压是设定的两倍（这样才有了信号源输出电压为8.88V的原因），而接“+”和中线后输出的电压则为设定电压。
同时在1000Ω模拟中，我同时使用了三个示波器分别测量三个元器件的电压，当时还心存疑惑这样用是不是正确的。
后来知道在仿真中这样做是正确的，因为Multisim中的示波器实际上相当于一个能看波形的交流电压表，没有共地限制。
而实际中的示波器则在使用双通道后有共地限制，故在实际中就算有足够数量的示波器也不能像这样使用。
本实验也让我加深了对模电课中相关概念的理解！
附Multisim仿真连线图
（自主研究）：
定量或定性研究实际电感器的非理想性对谐振频率、选频能力的影响
实际电感器有一定内阻，故可以看做一个电阻R与一个理想电感器串联组成，且测得实验室中电感内阻约为20Ω。
因此我们以在multisim中可以在原基础上在电感一端串联一个20Ω的电阻来进行实验以对比。
接线图如下图所示：
测得数据如下表：
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
0.7
0.67
8.65
3.81
2.65
5.79
5.21
8.68
0.9
1.09
8.49
4.79
2.7
5.88
5.11
8.67
1.1
1.59
8.27
5.72
2.8
6.08
4.89
8.63
1.4
2.43
7.84
6.9
3
6.41
4.51
8.5
1.65
3.18
7.39
7.64
3.3
6.83
3.98
8.24
1.9
3.92
6.87
8.2
3.7
7.26
3.35
7.81
2.1
4.49
6.44
8.49
4.2
7.63
2.75
7.23
2.3
5
5.98
8.64
5
8.05
2.04
6.37
2.4
5.24
5.76
8.68
6
8.33
1.46
5.52
2.45
5.36
5.65
8.7
7.5
8.53
0.97
4.51
2.5
5.47
5.54
8.7
做出图像如下所示：
谐振频率约为2.45kHZ左右
通用谐振曲线如下：
将其与上绘制一起有：
我们可以看出，在外电阻较大的情况下，存在内阻对电感的影响不算很大，如该实验中，在外电阻1000Ω（相较于20Ω大得多），其谐振频率与理想电感只差了0.1kHZ左右，而选频能力则几乎不变！
同时由于在实验室内的电感即为非理想状态，故我们再模拟一次理想状态下的100Ω的实验，测得数据如下：
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
频率/kHz
UL/V
UC/V
UR/V
1.5
1.2
3.4
0.32
2.6
13.31
12.62
2.06
1.65
1.64
3.88
0.4
2.7
11.57
10.21
1.66
1.8
3.57
4.3
0.51
2.8
9.98
7.41
1.32
2
4.81
5.7
0.71
3
6.81
4.93
0.92
2.2
6.2
8.11
1.13
3.2
5.58
3.41
0.69
2.3
8.48
10.15
1.47
3.5
4.59
2.31
0.51
2.4
11.63
12.64
1.91
3.9
3.79
1.59
0.38
2.45
12.97
13.67
2.1
4.5
3.22
1.06
0.3
2.5
13.12
14.09
2.21
5
2.87
0.75
0.24
2.55
13.98
13.51
2.19
6
2.73
0.48
0.18
将其得出的通用谐振曲线与以前测得的绘至一起，如下：
可以看出，如同1000Ω所做的比较一样，谐振频率变化了0.1KHZ左右，通频带也只有略微变化，故我们可以得出结论：
在一定范围内，电感内阻对谐振频率、选频能力没有太大的影响！
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