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1、实验三：串联谐振电路 学号：姓名：成绩：一、实验原理及思路 RLC串联电路如图所示，改变电路参数 L、C或电源频率时，都可能使电路发生谐振。us 图 7.1 RLC谐振串联电路 该电路的阻抗是电源角频率的函数 )1(CLjRZ （7-1）当10LC时，电路中的电流与激励电压同相，电路处于谐振状态。谐振角频率LC10，谐振频率012fLC。谐振频率仅与元件LC、的数值有关，而与电阻R和激励电源的角频率无关，当0 时，电路呈容性，阻抗角0；当0 时，电路呈感性，阻抗角0。1电路处于谐振状态时的特性：(1)回路阻抗RZ 0，0Z为最小值，整个回路相当于一个纯电阻电路。(2)回路电路I0的数值最大，R
2、UIs0 (3)电阻的电压UR的数值最大,SRUU(4)电感上的电压 UL与电容上的电压UC数值相等，相位相差180。SCLQUUU 2电路的品质因数 Q和通频带 B 电路发生谐振时，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数 Q，即 CLRRLUUUUQSCSL1)()(000 （7-2）定义回路电流下降到峰值的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频带。QfB0 （7-3）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，它们随频率变化的曲线称频率特性曲线，也称谐振曲线。在URLC、固定的条件下：22)1(CLRUI UCLRRRIUR22)1(
3、UCLRCICUC22)1(11 UCLRLLIUL22)1(改变电源角频率，可得到图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。从图中可以看图 7.3 不同Q值时电流的频率特性曲线 I/I0 f 0.707 Bf 1 一天他拿着一张筹款卡回家很认真地对妈妈说学校要筹款每个学生都要叫人捐钱对小孩子来说直接想到的人就是自己的家长小男孩的妈妈取出块钱交给他然后在筹款卡上签名小男孩静静地看着妈妈签名想说什么却没开口妈妈注意到校门外每天都有小轿等候放学的学生小男孩的班级是排在全年级最前面的班上的同学不是家里捐献较多就是成绩较好当然小男孩不属于前者那一天小男孩说不是想和同学比多也不是自
4、卑他一向都认真对待老师交代的功课这一次也想低头要知道你同学的家庭背景非富则贵我们必须量力而为我们所捐的块钱其实比他们的块钱还要多你是学生只要以自己的品学尽力为校争光就是对学校最好的贡献了第二天小男孩抬起头从座位走出去把筹款卡交给老师当老师在班上到，UR的最大值在谐振角频率0处，此时UC=UL=QU。UC的最大值在0处。图 7.2 不同电源角频率时电路响应的谐振曲线 (rad/s)电路响应 UR UC UL 0 US 图则表示经过归一化处理后不同Q值时的电流频率特性曲线。从图中可以看：Q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。注意，只有当21Q时，CU
5、和LU曲线才出现最大值，否则CU将单调下降趋于 0，LU将单调上升趋于US。多次改变交流电源频率，在软件及实验板上分别测出电容、电阻及电感上的电压值，电阻电压随电源频率变化的峰值对应的频率就是谐振频率。二、实验内容及结果 1、串联谐振电路元件的标称值为 R=100 L=C=100nF，计算电路的谐振频率、-3db 带宽、品质因数的理论值；012fLC ，f0=，CLRRLUUUUQSCSL1)()(000 ，Q=。一天他拿着一张筹款卡回家很认真地对妈妈说学校要筹款每个学生都要叫人捐钱对小孩子来说直接想到的人就是自己的家长小男孩的妈妈取出块钱交给他然后在筹款卡上签名小男孩静静地看着妈妈签名想说什
6、么却没开口妈妈注意到校门外每天都有小轿等候放学的学生小男孩的班级是排在全年级最前面的班上的同学不是家里捐献较多就是成绩较好当然小男孩不属于前者那一天小男孩说不是想和同学比多也不是自卑他一向都认真对待老师交代的功课这一次也想低头要知道你同学的家庭背景非富则贵我们必须量力而为我们所捐的块钱其实比他们的块钱还要多你是学生只要以自己的品学尽力为校争光就是对学校最好的贡献了第二天小男孩抬起头从座位走出去把筹款卡交给老师当老师在班上QfB0，B=.2、分别用 Multisim 软件（AC仿真、波特表、交流电压表均可）和测试电路板（交流电压表）测量串联谐振电路的谐振曲线、谐振频率、-3dB带宽，用 Orig
7、in 绘图软件在同一张图上绘出仿真和实际测试的归一化谐振曲线（测量时注意测试频率点一致）。频率 电阻压降 VR/v 归一化值 Multisim 电路板 Multisim 电路板 734834 1 1 Multisim软件测量串联谐振电路的谐振曲线（虚线电阻，细线电容，粗线电感）：一天他拿着一张筹款卡回家很认真地对妈妈说学校要筹款每个学生都要叫人捐钱对小孩子来说直接想到的人就是自己的家长小男孩的妈妈取出块钱交给他然后在筹款卡上签名小男孩静静地看着妈妈签名想说什么却没开口妈妈注意到校门外每天都有小轿等候放学的学生小男孩的班级是排在全年级最前面的班上的同学不是家里捐献较多就是成绩较好当然小男孩不属于
8、前者那一天小男孩说不是想和同学比多也不是自卑他一向都认真对待老师交代的功课这一次也想低头要知道你同学的家庭背景非富则贵我们必须量力而为我们所捐的块钱其实比他们的块钱还要多你是学生只要以自己的品学尽力为校争光就是对学校最好的贡献了第二天小男孩抬起头从座位走出去把筹款卡交给老师当老师在班上0200040006000800010000 12000 140000.20.40.60.81.0电阻电压频率(Hz)实线-仿 真虚线-硬 件归一化图02000400060008000100001200014000160000.0Ur2w 由 Multisim 软件导出数据得到谐振频率 f0=。由 Multisi
9、m 软件求出-3dB带宽为：3、BW=当电阻 R=1K时，用 Multisim软件仿真串联谐振电路的谐振曲线，在同一张图上画出 R=100和 R=1K两条谐振曲线（标出 R的值）并解释。在串联谐振电路（R=100 L=C=100nF）上输入频率为、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，绘图并观察频谱的变化，说明谐振电路的用途，解释频谱变化的原因。（R=100实线和 R=1K 虚线）一天他拿着一张筹款卡回家很认真地对妈妈说学校要筹款每个学生都要叫人捐钱对小孩子来说直接想到的人就是自己的家长小男孩的妈妈取出块钱
10、交给他然后在筹款卡上签名小男孩静静地看着妈妈签名想说什么却没开口妈妈注意到校门外每天都有小轿等候放学的学生小男孩的班级是排在全年级最前面的班上的同学不是家里捐献较多就是成绩较好当然小男孩不属于前者那一天小男孩说不是想和同学比多也不是自卑他一向都认真对待老师交代的功课这一次也想低头要知道你同学的家庭背景非富则贵我们必须量力而为我们所捐的块钱其实比他们的块钱还要多你是学生只要以自己的品学尽力为校争光就是对学校最好的贡献了第二天小男孩抬起头从座位走出去把筹款卡交给老师当老师在班上0200040006000800010000 12000 14000 160000.00.20.40.60.81.0R=1
11、00(/v)频率(/rad)实线-R=100虚线-R=1k 05000100001500020000250003000035000400000.00.51.01.52.02.53.0Uw U-输入频谱05000 1000015000200002500030000350004000045000500000.00.51.01.52.02.53.0Uw U-输 出频 谱 三、结论及分析（宋体 四号 加黑性）1.实验结论：串联谐振电路当输入信号频率等于电路的谐振频率时，电阻上的电压获得最大值。但电路中电阻阻抗不能太大，否则电感和电容上分到的电压太少，不能有效地显示出电路的谐振效应。另外，串联谐振电路能
12、削弱输入信号频谱中其他频率上的能量，保留谐振频率上的能量，可以用一个或多个串联谐振电路来从输入信号中选择某一频率的信号。2.实验误差的形成：交流毫伏表未校准，所用器件参数有误差或使用中被烧坏而不知，电路焊接不牢或错焊，接头、探针有接触电阻，电容在测量中产生反馈等。一天他拿着一张筹款卡回家很认真地对妈妈说学校要筹款每个学生都要叫人捐钱对小孩子来说直接想到的人就是自己的家长小男孩的妈妈取出块钱交给他然后在筹款卡上签名小男孩静静地看着妈妈签名想说什么却没开口妈妈注意到校门外每天都有小轿等候放学的学生小男孩的班级是排在全年级最前面的班上的同学不是家里捐献较多就是成绩较好当然小男孩不属于前者那一天小男孩
13、说不是想和同学比多也不是自卑他一向都认真对待老师交代的功课这一次也想低头要知道你同学的家庭背景非富则贵我们必须量力而为我们所捐的块钱其实比他们的块钱还要多你是学生只要以自己的品学尽力为校争光就是对学校最好的贡献了第二天小男孩抬起头从座位走出去把筹款卡交给老师当老师在班上3.收获：深入理解了串联谐振电路的作用和意义，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，初步掌握Origin 绘图软件的应用。一天他拿着一张筹款卡回家很认真地对妈妈说学校要筹款每个学生都要叫人捐钱对小孩子来说直接想到的人就是自己的家长小男孩的妈妈取出块钱交给他然后在筹款卡上签名小男孩静静地看着妈妈签名想说什么却没开口妈妈注意到校门外每天都有小轿等候放学的学生小男孩的班级是排在全年级最前面的班上的同学不是家里捐献较多就是成绩较好当然小男孩不属于前者那一天小男孩说不是想和同学比多也不是自卑他一向都认真对待老师交代的功课这一次也想低头要知道你同学的家庭背景非富则贵我们必须量力而为我们所捐的块钱其实比他们的块钱还要多你是学生只要以自己的品学尽力为校争光就是对学校最好的贡献了第二天小男孩抬起头从座位走出去把筹款卡交给老师当老师在班上