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电路实验RLC串联谐振电路

时间:2021-12-24 11:19 来源:未知

准备工作:通电检查,仪表接线
1、 按图接线
元件参数:电感10mH,电容0.1μF,电阻20Ω


2、 完成表格中频率1-4kHz和6-8kHz对应列的电压测量(电流值通过电阻电压计算得出)。信号源设置类型正弦波,幅度 12 Vpp(信号源负载类型设置为HighZ时设置12Vpp,如果负载类型为50Ω时设置6Vpp,两种情况下输出电压有效值相同约4V)

3、 搜索谐振频率
搜索谐振频率分三个步骤,每一步要在草稿纸上作记录(这是老师验收的重点)。
3.1 利用电阻的电压(搜索步长100Hz)
将毫伏表接在电阻两端,信号源频率设置为5kHz,然后按动左右方向键(旋扭下方),将频率值的可调节位移动到第一位小数(频率数值的某位出现小方块,如果没有出现小方块,可以按屏幕按键的频率,切换为波长,再按一次切换回频率,频率数值上就会出现小方块)。然后慢慢转动旋扭以小数位调节频率,同时观察伏毫表的示数变化,使电阻电压达到最大。
注意CHA按亮

3.2 利用电感与电容的电压关系(搜索步长30Hz)
将毫伏表负极夹固定在L,C的连接端处,只改变正极夹的位置以测量L,C元件的电压。将频率值的可调节位移动到第一位或第二位小数,用旋扭慢慢调节频率,观察L,C的电压,使得 UL 等于或者略大于 Uc ,将每次尝试的结果记录下来。

3.3 交叉验证(搜索步长10Hz)
对上一步搜索出的频率进行交叉验证,如下图所示。如果 UL 与 Uc的大小关系不满足交叉对称形态,则微调频率(搜索步长10Hz)再进行交叉验证。进行3~5次的交叉验证的数据记录是实验验收的重点,还要在实验报告上体现。当 UL - Uc ∈ [0V, 0.1V] 且符合交叉对称形态时,则实验确定了谐振频率。

4、将确定的谐振频率标注在表6-1的f0旁边,再完成表格中未完成的内容。
5、收尾阶段:在报告纸上写清楚班级、姓名、学号,并携带实验记录到讲台验收。验收完成后,务必先断电、后拆线。
附:
实验原理
在正弦电源激励下的RLC串联电路中,如果电源电压有效值(以下简称电压)不变,则R,L,C元件上的电压随电源频率的变化规律如下图所示。

当频率为0时,电容相当于开路,则Uc=Us,而UL=UR=0
当频率趋于无穷大时,电感相当于开路,则UL=Us,而Uc=UR=0
在谐振频率处:如上图竖虚线所示位置,UL=Uc,电阻电压达到最大值。
考虑电源内阻和电感线圈电阻的分压,UR的最大值应小于Us。
考虑电感线圈中的电阻分压关系,则电感线圈的电压应略大于电容电压(如下图所示,三角形底边长略小于斜边长),所以谐振频率应位于(上图所示)竖虚线偏右一点绿色竖实线位置。

根据以上,得到实验测定RLC串联电路的谐振频率的方法:电源幅度不变,在改变频率时,观察RLC元件的电压大小的变化和关系。(1)根据电阻的电流达到最大,初步确定谐振频率的大概范围;(2)根据谐振频率附近 UL,Uc 的变化呈交叉对称的形态(下图所示),进一步精确修正谐振频率。

上图的大小关系呈交叉对称形态,其中 U+ ≈ U(且略大于一点点),U++ > U,U-- < U
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