大学物理实验交流谐振电路讲义Word文档下载推荐.docx

1、 （2） 电流与信号源电压之间的位相差 （3）在以上三个式子中，信号源角频率，容抗，感抗。i 0，表示电流位相落后于信号源电压位相；i0，则表示电流位相超前。各参数随变化的趋势如图2所示。图2 RLC串联谐振电路中Z，I，i随的变化曲线很小时，电路总阻抗Z, i/2，电流的位相超前于信号源电压位相，整个电路呈容性。很大时，电路总阻抗Z, i- /2 ，电流位相滞后于信号源电压位相，整个电路呈感性。当容抗等于感抗时，容抗感抗互相抵消，电路总阻抗Z=R,为最小值，而此时回路电流则成为最大值Imax= Vi/R ，位相差i =0，整个电路呈阻性，这个现象即为谐振现象。发生谐振时的频率f0称为谐振频率

2、，此时的角频率0即为谐振角频率，它们之间的关系为：, （4）谐振时，通常用品质因数Q来反映谐振电路的固有性质 （5） （6）在交流电一个周期T内，电阻元件损耗能量, 其中是电流有效值。谐振电路中电感电容储存能量为其中,则,所以谐振时, 结论：（1） Q值越大，谐振电路储能的效率越高,储存相同能量需要付出的能量耗散越少。Q的这个意义适用于一切谐振系统（机械的，电磁的，光学的等等）。微波谐振腔和光学谐振腔中的值都指这个意义。激光中有所谓的“调Q”技术，正是在这中意义下使用“Q值”概念的。（2） 在谐振时，VR=Vi，所以电感上和电容上的电压达到信号源电压的Q倍，故串联谐振电路又称为电压谐振电路。串

3、连谐振电路的这个特点为我们提供了测量电抗元件Q值的的方法，最常见的一种测Q值的仪器是Q表。当一个谐振电路Q值为100时，若电路两端加6v的电压，谐振时电容或电感上的电压将达到600v。在实验中不注意到这一点，就会很危险。（3） Q值决定了谐振曲线的尖锐程度，或称之为谐振电路的通频带宽度。见图2，当电流I从最大值下降到时，在谐振曲线上对应有两个频率1和2,=2-1，即为通频带宽度。显然，越小，曲线的峰就越尖锐，电路的选频性能就越好。可以证明 （7）（4） 在RLC电路的暂态过程实验中我们得到，当电阻R较小时电路处于阻尼振荡状态，振幅按照（=2L/R）的规律衰减的。振幅衰减的时间常数代表振幅衰减到

4、初始值1/e需要的时间。这个值可用Q来表示。由公式（5）可得：, 其中T 是振荡周期,上式表明Q值越大，振幅衰减的越慢。可用上述原理粗略的测量Q值。用示波器把RLC电路的阻尼振荡曲线显示在荧光屏上，Q值的大小即可从各次振荡幅值之比看出。四、 实验内容本实验要用到电阻箱、电容器、电感、低频信号发生器以及双踪示波器。用示波器观测RLC电路在谐振时的一些特性。在任一时刻，电阻上的电压VR都与回路电流成正比，且两者位相相同，所以可以通过观测VR来了解回路电流i的变化情况。1） 按照图4所示连接线路，将低频信号发生器的输出信号作为RLC串联电路的输入交流信号源，注意保持信号源电压Vi的峰值不变（例如Vi

5、=4 V）。将Vi和VR接入双踪示波器的两个Y轴输入端。注意，为了保持观测信号的稳定，两个信号应接在同一公共地端（D点），电路各元件的参考值如下：R=10,L=20 mH,C=0.5F。图4 RLC串联谐振电路的实验装置2） 测量I-f曲线，计算Q值在示波器上先观测Vi、VR二波形。改变Vi的频率f，先定性观察VR的变化，再定量测量VR随f的变化，并测出谐振频率f0 。将电容和电感上的电压信号分别接到示波器的Y1，Y2输入端，测量谐振时VC及VL的数值。注意，为了较准确地测出谐振频率f0及谐振曲线，应根据VR的变化规律选取测量点，在f0附近应多选几个点测得密些，而在远离f0 处则可测得稀些。对

6、测得的实验数据，作如下分析处理：（1） 作谐振曲线I-f，由曲线测出通频带宽度f。（2） 由公式（4）计算出f0的理论值，并与测得的f0进行比较，求出相对误差。（3） 用，三种公式计算Q值，并进行比较。（注意RL为电感的固有电阻值）。五、 实验仪器1.电阻箱 （电阻箱的实物照片） （实验中的电阻箱）实验中通过鼠标左右键点击完成电阻调节，共有六个档位：分别为x0.1, x1, x10, x100, x1000, x10000（） 2.电感箱（电感箱的实物照片） （实验中的电感箱）实验中通过鼠标左右键点击完成电感的调节，共有三个档位，分别为：x0.1, x0.01, x0.001（H）3.电容箱（

7、电容箱的实物照片） （实验中的电容箱）实验中通过鼠标左右键点击完成电容的调节，共有四个档位，分别为：x0.1, x0.01, x0.001, x0.0001（F） 4.示波器（示波器的实物照片） （实验中的示波器）功能及其使用方法：实验中示波器调节界面功能及其用法介绍：1主机电源（9）电源开关（POWER）将电源开关按键弹出即为“关”位置，将电源接入，按电源开关，以接通电源。仿真实验中使用方法：点击进行打开和关闭进行切换。（8）电源图标（2）辉度旋钮（INTENSITY）顺时针方向旋转旋钮，亮度增强。接通电源之前将该旋钮逆时针方向旋转到底。单击左键或右键进行调节。（4）聚焦旋钮（FOCUS）用

8、亮度控制钮将亮度调节至合适的标准，然后调节聚集控制钮直至轨迹达到最清晰的程度，虽然调节亮度时聚集可自动调节，但聚集有时也会轻微变化。如果出现这种情况，需重新调节聚集。（5）光迹旋转旋钮（TRACE ROTATION）由于磁场的作用，当光迹在水平方向轻微倾斜时，该旋钮用于调节光迹与水平刻度线平行。（45）显示屏仪器的测量显示终端。数据（1）校准信号输出端子（CAL）提供1kHz2%，4 VP-P2%方波作本机Y轴、X轴校准用。2垂直方向部分（13）通道1输入端CH1 INPUT（X）该输入端用于垂直方向的输入。在X-Y方式时输入端的信号成为X轴信号。（17）通道2输入端CH2 INPUT（Y）和

9、通道1一样，但在X-Y方式时输入端的信号仍为Y轴信号。（11）、（12）、（16）、（18）交流直流接地耦合选择开关（ACDCGND）选择输入信号与垂直放大器的耦合方式交流（AC）：垂直输入端由电容器来耦合。接地（GND）：放大器的输入端接地。直流（DC）：垂直放大器的输入端与信号直接耦合。单击AC-DC按钮进行AC和DC方式切换，接地按钮按下为接地，弹出为非接地。（10）、（15）衰减器开关（VOLTS/DIV）用于选择垂直偏转灵敏度的调节。如果使用的是10：1的探头，计算时将幅度10。右键单击进行顺时针旋转，左键点击进行逆时针旋转。（14）、（19）垂直微调旋钮（VARIBLE）垂直微调用

10、于连续改变电压偏转灵敏度，此旋钮在正常情况下应位于顺时针方向旋转到底的位置。将旋钮逆时针方向旋转到底，垂直方向的灵敏度下降到2.5倍以下。（43）、（40）垂直移位（POSITION）调节光迹在屏幕中的垂直位置。（42）垂直方式工作开关选择垂直方向的工作方式通道1选择（CH1）：屏幕上仅显示CH1的信号。通道2选择（CH2）：屏幕上仅显示CH2的信号。双踪选择（DUAL）：同时按下CH1和CH2按钮，屏幕上会出现双踪并自动以断续或交替方式同时显示CH1和CH2上的信号。叠加（ADD）：显示CH1和CH2输入电压的代数和。右键单击进行向上调节，左键单击进行向下调节。（39）CH2极性开关（INV

11、ERT）：按此开关时CH2显示反相电压值。左键单击进行按下和弹出间切换。3水平方向部分（20）主扫描时间因数选择开关（A TIME/DIV）共20档，在0.1us/div0.5s/div范围选择扫描速率。（30）X-Y控制键如X-Y工作方式时，垂直偏转信号接入CH2输入端，水平偏转信号接入CH1输入端。（21）扫描非校准状态开关键按入此键，扫描时基进入非校准调节状态，此时调节扫描微调有效。（24）扫描微调控制键（VARIBLE）此旋钮以顺时针方向旋转到底时处于校准位置，扫描由Time/Div开关指示。该旋钮逆时针方向旋转到底，扫描减慢2.5倍以上。正常工作时，（21）键弹出，该旋钮无效，即为校

12、准状态。（35）水平位移（POSITION）用于调节轨迹在水平方向移动。顺时针方向旋转该旋钮向右移动光迹，逆时针方向旋转向左移动光迹。（36）扩展控制键（MAG5）按下去时，扫描因数5扩展，扫描时间是Time/Div开关指示数值的1/5。（37）延时扫描B时间系数选择开关（B TIME/DIV）共12档，在0.1us/div0.5ms/div范围选择B扫描速率。（41）水平工作方式选择（HORIZ DISPLAY）主扫描（A）：按入此键主扫描单独工作，用于一般波形观察。A加亮（A INT）：选择A扫描的某区段扩展为延时扫描。可用此扫描方式。与A扫描相对应的B扫描区段（被延时扫描）以高亮度显示。被延时扫描（B）：单独显示被延时扫描B。B触发（B TRIGD）：选择连续延时扫描和触发延时扫描。4触发系统（TRIGGER）（29）触发源选择开关（SOURCE）：选择触发信号源。通道1触发（CH1，X-Y）：CH1通道信号是触发信号，当工作方式在X-Y时，波动开关应设置于此挡。通道2触发（CH2）：CH2上的输入信号是触发信号。电源触发（LINE）：电源频率成为触发信号。外触发（EXT）：触发输入上的触发信号是外部信号，用于特殊信号的触发。（27）交替触发（