1028401141陈浩实验二.docx

1028401141陈浩实验二.docx

《1028401141陈浩实验二.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1028401141陈浩实验二.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

1028401141陈浩实验二

串联谐振电路

学号：

1028401141姓名：

陈浩

一、实验目的

1.加深对串联谐振电路条件及特性的理解。

2.掌握谐振频率的测试方法。

3.理解电路品质因数Q和通频带的物理意义及其测定方法。

4.测定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应用。

6.掌握电路板的焊接技术以及信号发生器、交流毫伏表等仪器的使用。

7.掌握MULTISM软件中的FUNCTIONGENERATOR、VOLTMETER、BODEPLOTTER等仪器的使用以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，改变电路参数L、C或电源频率时，都可能是电路发生谐振。

阻抗Z=R+j（wL-1/wC）

当wL-1/wC=0时，电路谐振：

谐振角频率w0=1/√LC,谐振频率f0=1/2π√LC.

电路的品质因数Q和通频带B

.

1．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ω<ω0处，UL的最大值在ω>ω0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。

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、电感创建如图电路.

（2）当电阻R=100、200、300Ω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。

当R=100Ω时，fo=7.436kHz,fo1=5.482kHz,fo2=10.085kHz.

当R=200Ω时，fo=7.436kHz,fo1=4.362kHz,fo2=11.745kHz.

当R=300Ω时，fo=7.436kHz,fo1=3.746kHz,fo2=14.761kHz

总结：

由图像与计算可得：

随着R的增大，品质因数Q值越来越小，但带宽B越来越大，但是谐振频率fo不变。

（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？

输入信号：

方波

输出信号（电阻上的电压）：

输入信号频谱图：

输出信号频谱图：

由于谐振特点，从傅里叶分析频谱图中可以知道在谐振频率那个值幅度明显很大，而在其他频率情况下，幅度明显衰减，达到了选频的效果。

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=98Ω，L=4.7mH，RL=27.5Ω,C=100nF.

=7.345kHz

=2.212

=3.32kHz

3.在电路板上根据图2.6.1焊接电路，信号电压有效值设置为1V。

4.用两种不同方法测量电路的f0值。

方法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U的读数为最大时，读的的频率即为电路的谐振频率fo。

方法2：

根据电路放生谐振是，输入信号和电阻电压相位一致的特性，将这两种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。

调节输入信发生器的信号频率，可以在示波器上看到一个极距变化的椭圆，当椭圆变成一条直线的时候，此时的电路发生了谐振，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。

（交流电压表测电阻R的电压）

（随频率变化，测量电阻电压，按表2-6-1记录所测数据）

表2-6-1RLC电路响应的谐振曲线的测量

频率f（kHz）

4.181

5.30

6.57

6.98

7.66

8.46

8.97

11.37

14.43

电压UR（mV）

200

280

380

400

420

400

380

280

200

归一化电压

（UR/URmax）

0.47619

0.66667

0.904762

0.952381

1

0.952381

0.857143

0.66667

0.47619

画出归一化谐振曲线。

fo=7.66kHz,fo1=5.537kHz,fo2=10.7413kHz

B=fo2-fo1=5.2043kHz.

由实验得出：

由仿真得出：

合在一起的图像如下：

四、实验总结

1.电路发生谐振时，回路电流Io达到最大值，UR=Us；电感电压UL与电容电压Uc数值相等，UL=Uc=QUs；

2.电感电压UL与电容电压Uc上最大值相等。

3.由于仿真，方法一和方法2得出的谐振频率明显存在着一定的误差

误差分析：

（1）交流毫伏表指针式，读数难免存在偏差，且在谐振频率附近指针变动不是很明显，使误差大；

（2）信号发生器输出的信号不稳定，会有所跳动，而且信号发生器上的电压显示值也不是很准确，长时间测量后信号电压也会有所改变；

（3）由于示波器，信号发生器的误差，用方法2测量出来的谐振频率也当然与仿真值存在一定的偏差。

（4）当随着频率稍大时，电感有明显的阻值，电容上的阻值不明显，电阻的阻值小，电感的阻值不可忽略，且明显有分压，而在仿真中我们考虑了RL的存在，但是方法1中我们忽略了RL的存在。