LCRLC元件的阻抗特性和谐振电路实验报告文档格式.docx
- 文档编号:21305097
- 上传时间:2023-01-29
- 格式:DOCX
- 页数:6
- 大小:18.58KB
LCRLC元件的阻抗特性和谐振电路实验报告文档格式.docx
《LCRLC元件的阻抗特性和谐振电路实验报告文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《LCRLC元件的阻抗特性和谐振电路实验报告文档格式.docx(6页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
2.了解谐振现象,加深对谐振电路特性的认识
3.研究电路参数对串联谐振电路特性的影响
4.理解谐振电路的选频特性及应用
5.掌握测试通用谐振曲线的方法
二.实验原理与说明
1.正弦交流电路中,电感的感抗XL=ωL=2πfL,空心电感线圈的电感在一定频率范围内可认为是线性电感,当其电阻值r较小,有r&
lt;
&
XL时,可以忽略其电阻的影响。
电容器的容抗Xc=
1/ωC=
1/2πfC。
当电源频率变化时,感抗XL和容抗Xc都是频率f的函数,称之为频率特性(或阻抗特性)。
典型的电感元和电容元的阻抗特性如图6-1。
ffXLXC00(a)电感的阻抗特性(b)电容的阻抗特性图6-1信号发生器+U&
;
CR01ΩC−信号发生器R0−+UL&
L1ΩU0U0(a)测量电感阻抗特性的电路(b)测量电容阻抗特性的电路图6-22.为了测量电感的感抗和电容的容抗,可以测量电感和电容两端的电压有效值及流过它们的电流有效值。
则感抗XL=UL/IL,容抗Xc=Uc
/Ic。
当电源频率较高时,用普通的交流电流表测量电流会产生很大的误差,为此可以用电子毫伏表进行间接测量得出电流值。
在图6-2的电感和电容电路中串入一个阻值较准确的取样电阻R0,先用毫伏表测量取样电阻两端的电压值,再换算成电流值。
如果取样电阻取为1Ω,则毫伏表的读数即为电流的值,这样小的电阻在本次实验中对电路的影响是可以忽略的。
IC3.在图6-3所示的RLC
串联电路中,当外加角频率为ω的正弦U&
电压U&
时,电路中的电流为LrI&
=
U&
wCR'+j(wL-1)R式中,R'=R+r,r为线圈电阻。
当ωL=1/ωC时,电路发生串1联谐振,谐振频率为:
f0=
。
此式即为产生串联谐振的
图12-3R、L、C串联电路
2pLC
条。
可见,改变L、C或电源频率f都可以实现谐振。
本次实验是通过改变外加电压的频率使电路达到谐振的。
串联谐振有以下特征:
(1)谐振时电路的阻抗最小,而且是纯电阻性的,即wC0Z
R'+j(wL-1)
w=w0
R'此时谐振电流I&
与电压U&
同相位,且I0=U/R'为最大值。
本次实验就是依据这种特征来找谐振点的。
(2)谐振时有UL=UC,电路的品质因数Q为Q=
ULU
UCU
wL=
0=
R'
1=
L/C0wCR'R'RLC串联电路中的电流与外加电压角频率ω之间的关系称为电流的幅频特性,即R'2+(wL-1)2wCI(w)=
U为了便于比较,将上式中的电流及频率均以相对值I/I0及f/f0表示,则1+Q2(ff0f-f0)2I=
1I0图6-4为I/I0与f/f0的关系曲线,有称通用串联谐振曲线。
可见谐振时电流I0的大小与Q值无关,而在其他频率下,Q值越大,电流越小,串联谐振曲线的形状越尖,说明选择性越好。
2曲线中I/I0=1/时,对应的频率f2(上限频率)和f1(下限频率)之间的宽度为通频带Δf,Δf=f2-f1。
由图6-4可见,Q值越大,通频带越窄,电路的选择性越好。
电路的阻抗角φ与频率的关系称为相频特性,特性曲线如图6-5所示。
rcta三.
1.
实验设备名称信号发生器数量1台型号学校自备2.
示波器1台学校自备3.
晶体管毫伏表1台学校自备4.
万用表1台学校自备5.
电阻4只1Ω*1,100Ω*1510Ω*1,2kΩ*16.
电感1只10mH*17.
电容2只1µ
F*1,2200pF*18.
桥形跨连线和连接导线若干P8-1和501489.
实验用9孔方板1块297mm×
300mm四.实验步骤
1.测量电阻的阻抗特性
按图6-6连线,按表6-1所示数据调节交流信号源输出电压的频率(从低到高),分别测量UR,IR的值记入表6-1中。
注意每次改变电源频率时,应调节信号发生器使输出电压保持在2V,测量电流时应正确选择量程。
信号发生器IRR01ΩR(Ω)100ΩUR频率f(KHz)0.20.51.02.05.08.01012UR(V)1.331.331.331.331.331.331.331.33IR(mA)13.313.313.313.313.313.313.313.3R(Ω)100100100100100100100100表6-1根据表6-1中的实验数据,在上面的坐标平面内绘制R=F(f)阻抗特性曲线。
2.测量电感元的阻抗特性
按图6-2(a)接线。
调节信号发生器输出电压为2V,选取L为10mH,R0仍取1Ω。
按表6-2所示数据改变信号发生器的输出频率。
分别测量UL,U0的值记入表6-2中,并注意每次改变电源频率时应调节信号发生器的输出电压保持不变。
然后,根据IL=U0/R0,XL=UL/IL两式将计算结果填入表6-2中。
表6-2测量电感元阻抗特性实验数据频率f(KHz)0.20.51.02.05.08.01012UL(V)0.6650.9921.421.771.9471.9761.9841.987U0(V)0.2430.2270.1890.1290.0640.0460.03980.036IL(mA)243227189129644639836XL(Ω)2.744.377.5113.7230.4242.9649.8555.19根据表6-2中的实验数据,在下面的坐标平面内XL=F(f)阻抗特性曲线。
XL(Ω)Xc(Ω)0f(KHz)0f(KHz)绘制电感阻抗特性曲线绘制电容阻抗特性曲线3.测量电容的阻抗特性
按图6-2(b)接线。
调节信号发生器输出电压为2V,选取C为1µ
F,R0不变,取1Ω。
按表6-3所示数据改变信号发生器的输出频率。
分别测量UC,U0的值记入表6-3中,相应调节信号源输出电压保持在2V。
再根据IC=U0/R0,XC=UC/IC两式将计算结果填入表6-3中。
表6-3测量电容元阻抗特性实验数据频率f(KHz)0.20.51.02.05.08.01012UC(V)2.0101.9881.9171.6451.0920.7360.6120.517U0(V)0.02440.0640.1150.1880.2890.3040.3140.317IC(mA)24.464115188289304314317XC(Ω)82.3831.0716.678.753.782.421.951.63根据表6-3中的实验数据,在上面的坐标平面内XC=F(f)阻抗特性曲线。
4.寻找谐振频率,验证谐振电路的特点
按图6-7接线。
R取510Ω,L取10mH,C取2200pF,信号发生器的输出电压保持在1V。
用毫伏表测量电阻R上的电压,因为UR=RI,当R一定时,UR与I成正比,电路谐振视的电流I最大,电阻电压UR也最大。
细心调节输出电压的频率,使UR为最大,电路即达到谐振(调节前可先计算谐振频率作为参考),测量电路中的电压UR、UL、UC,并读取谐振频率f0,记入表6-4中,同时记下元参数R、L、C的实际数值表6-4
R=510ΩL=10mHC=2200pfUR=0.772VUL=0.984VUC=13.29Vf0=33.9kHzI0=
UR/R=1.51mAQ=4.185.测定谐振曲线
实验线路同图6-7,信号发生器输出电压调至2V,在谐振频率两侧调节输出电压的频率(每次改变频率后均应重新调整输出电压至2V),分别测量各频率点的UR值,记录于表6-5中(在谐振电附近要多测几组数据)。
在将图6-7实验电路中的电阻R更换为2kΩ,重复上述的测量过程,记录于表6-6中。
表6-5
U=
2(V)R=510(Ω)、L=10
(mH)、C=2200
(pF
)、Q=
f(kHz)27.9328.9329.9330.9331.9332.93f0=33.9334.9335.9336.9337.9338.9339.93UR(V)0.8870.9851.0891.2001.3201.4381.5371.5941.5921.5331.4341.3161.196I(mA)1.741.932.142.352.592.82IR=3.013.133.123.012.812.582.35I/I00.560.620.680.750.830.900.961.000.990.960.900.820.75f/f00.800.830.860.890.910.940.971.001.031.061.091.111.14表6-6
2(V)R=2(KΩ)、L=
10(mH)、C=2200
(pF)、Q=
f(KHz)27.9328.9329.9330.9331.9332.93f0=33.934.9335.93036.9337.9338.9339.93UR(V)1.7431.7731.7851.7911.8001.8201.8491.8801.9051.9141.9021.8731.832I(mA)0.8720.8870.8930.8960.90.9100.9250.9400.9530.9570.9510.9370.916I/I00.9110.9270.9330.9360.9400.9510.9670.9820.9991.00.9940.9790.957f/f00.780.810.830.860.890.920.940.971.001.031.061.081.116.用示波器观测R-L-C串联谐振电路中电流和电压的相位关系
按图6-8接线,R取510Ω,电路中A点的电位送入双踪示波器的YA通道,它显示出电路中总电压u的波形。
将B点的电位送入双踪示波器的YB通道,它显示出电阻R上的波形,此波形与电路中电流i的波形相似,因此可以直接把它看作电流i的波形。
示波器和信号发生器的接地端必须连接在一起。
信号发生器的输出频率取谐振频率f0,输出电压取2V,调节示波器使屏幕上获得2至3个波形,将电流i和电压u的波形描绘下来。
再在f0左右各取一个频率点,信号发生器输出电压仍保持2V,观察并描绘i和u的波形。
信号发生器A+Lu−uR+C−RB图6-8观测电流和电压间相位差实验线路图调节信号发生器的输出频率,在f0左右缓慢变化,观察示波器屏幕上i和u波形的相位和幅度的变化,并分析其变化原因。
i和u的波形图:
itf=f0:
ui2.020V0itf&
f0:
ui2.0337V0itf>
ui1.982V0五.注意事项
1.谐振曲线的测定要在电源电压保持不变的条下进行,因此,信号发生器改变频率时应对其输出电压及时调整,保持为2V。
2.为了使谐振曲线的顶点绘制精确,可以在谐振频率附近多选几组测量数据。
六.分析与讨论
1.根据表6-2,表6-3
的实验数据计算L和C的值,结果与标称值是否一致,为什么?
答:
①XL=2πfL,根据实验数据可计算的XL分别为:
频率(KHz)0.20.51.02.05.08.010.012.02.5122.5126.2812.5625.1262.8100.48125.6150.72②XC=1/2πfC,根据实验数据可计算的CL分别为:
频率(KHz)
0.20.51.02.05.08.010.012.0XC79.6231.8415.927.963.1841.991.5921.327故与标称值不相等,因为测量仪器及读数均存在误差,但是在误差允许的范围内,计算值与标称值近似相等。
2.根据表6-5,表6-6
的实验数据,以I/I0为纵坐标,f/f0为横坐标,绘制两条不同Q值的串联谐振曲线,并加以分析。
如图:
故在f/f0=1时,I/I0达到最大值,即I=I0。
3.用实验数据或现象说明R-L-C串联谐振的主要特征。
电阻,电感,电容两端的电压和电路的频率有关。
当频率达到一定值的时候,电路呈现纯电阻状态,此时电阻两端的电压达到最大值,电感和电容两端的电压大小相等,方向相反,为电源电压的Q倍。
保持C,L值不变,则电阻R越大,Q值越小。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- LCRLC 元件 阻抗 特性 谐振 电路 实验 报告