串联谐振电路实验报告参考模板.docx
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串联谐振电路实验报告参考模板
串联谐振电路
学号:
1028401083姓名:
赵静怡
一、实验目的
1、加深对串联谐振电路条件及特性的理解
2、掌握谐振频率的测量方法
3、理解电路品质因数Q和通频带的物理意义及其测量方法
4、测量RLC串联谐振电路的频率特性曲线
5、深刻理解和掌握串联谐振的意义及作用
6、掌握电路板的焊接技术以及信号发生器、交流毫伏表等仪表的使用
7、掌握Multisim软件中的FunctionnGenerator、Voltmeter、BodePlotter等仪表的使用以ACAnalysis等SPICE仿真分析方法
8、用Origin绘图软件绘图
二、实验原理
RLC串联电路如图2.6.1所示,改变电路参数L、C或电源频率时,都可以是电路发生谐振。
2.6.1RLC谐振串联电路
1、谐振频率:
f0=
,谐振频率仅与元件L、C的数值有关,而与电阻R和激励电源的角频率w无关
2、电路的品质因素Q和通频带B
电路发生谐振是,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素Q,即
定义回路电流下降到峰值在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带,即
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,他们随频率变化的曲线称频率特性曲线,也称谐振曲线
4、实验仪器:
(1)计算机
(2)通路电路板一块
(3)低频信号发生器一台
(4)交流毫伏表一台
(5)双踪示波器一台
(6)万用表一只
(7)可变电阻
(8)电阻、电感、电容若干(电阻100Ω,电感10mH、4.7mH,电容100nF)
三、实验内容
1.Multisim仿真
(1)创建电路:
从元器件库中选择可变电阻、电容、电感创建如图2.6.2电路.
2.6.2Multisim串联谐振
(2)当电阻R=100,200,300欧时,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。
2.6.3不同Q值值电流的频率特性曲线
(蓝线为300Ω,绿线为200Ω,红线为100Ω)
将2.6.3放大后:
通过上图,我们可以看到,随着电阻R的减小,品质因素Q在增大,曲线尖峰值越险峻,其选择性就越好。
但是电路通过的信号频带越窄,即通频带宽越窄。
(3)利用谐振的特点设计选频网络,在串联谐振电路(R=100ΩL=4.7mHC=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,说明输入和输出信号的波形和频谱是如何变化的,为什么?
设置仿真电路图如上,输入信号的频谱由对节点1的傅里叶分析得到;输出信号的频谱由对节点3进行傅里叶分析得到。
输入信号:
输出信号:
由输入信号和输出信号的频谱可知,输出信号已经出现223.488%的失真,失真已经较大。
输入信号与输出信号波形图:
从波形图可以更直观的看出,输入的方波已经出现了很大的失真。
2.测量元件值(阻值、电感及电感的直流电阻),计算电路谐振频率和品质因数Q和-3dB带宽的理论值。
R阻值和L电感的直流阻值之和(Ω)
C电容(nF)
L电感(mH)
100
94
4.7
理论值计算:
电路谐振频率:
f0=
kHz
品质因素:
-3dB带宽:
kHz
3.在电路板上根据下图2.6.1焊接电路,信号电压有效值设置为1V。
设置有效值为1V:
将信号发生器与交流毫伏表对接,调节信号发生器AMPL键,注意观测交流毫伏表的电压值。
当信号发生器的峰峰值为1.4V时,交流毫伏表的有效值为1V(如下图)。
所以将交流毫伏表的峰峰值固定在1.4V。
4.用两种不同方法测量电路的f0值。
(1)维持信号源的输出幅度不变,令信号源的频率由小逐渐变大,测量R两端的电压UR,当UR的读书为最大为710mV时,读得的频率值即为电路的谐振频率f0=7.57kHz
(2)根据电路发生谐振时,输入信号和电阻电压相位一致的特性,将这两路信号分别接入示波器的两个通道,并把示波器设定在X-Y模式。
调节输入信号发生器的信号频率,可以在示波器上看到一个急剧变化的椭圆,当椭圆变成一条直线时,此时电路发生了谐振,输入信号的频率就是谐振频率
5.测试电路板上串联谐振电路的谐振曲线、谐振频率、-3dB带宽。
(随频率变化,测量电阻电压,按下表记录所测数据)
频率f(kHz)
5.40
6.10
6.70
7.20
7.58
8.00
8.50
9.10
9.80
10.80
电压UR(mV)
470
560
620
680
710
680
630
600
540
480.00
归一化电压(V)
0.662
0.789
0.873
0.958
1.000
0.958
0.887
0.845
0.761
0.68
(UR/URmax)
RLC电路响应的谐振曲线的测量
随着频率的变化,将电阻两端的电压比上电阻两端电压的最大值,得到的归一化电压。
归一化电压和频率为坐标的曲线,即为频率特性曲线。
从图中可以计算B=10.4337651-5.63205182=4.8017kHz。
通过上图计算,得到的数值与之前计算的理论值有41.82%的误差。
误差分析:
1、在测量电阻上电压时产生误差
2、由于滑动变阻器可调,所以在测量过程中,100Ω的电阻值可能会产生偏差
3、仪器中的系统误差
四、实验总结
本次试验,让我进一步了解了Multisim软件的使用,知道怎样用ACAnalysis和傅里叶分析进行谐振曲线和频谱的绘制。
同时,了解了谐振点的两种测量方法和串联谐振的作用。
在本次实验中,首次接触交流毫伏表,通过本次试验的测量,我初步掌握了交流毫伏表的使用方法。
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