【BIT】1.4+交流电路频率特性

实验1.4 交流电路的频率特性

实验目的：

●探究实验参数对测量值的误差影响。

●探究不同测量方案对测量值的误差影响。

●探究串联谐振和并联谐振的不同特性。

实验内容：

EDA仿真分析所设计的方案的可行性。并列出电路参数（R,L,C）用于实验验证。

提示：参数包括R.L.C的值和电源电压U的大小对实验测量误差的影响。

可以选择且不局限于以下参数分析：

U=1V;2V;3V..。

R=10Ω；30Ω；51Ω;100Ω…。

L=9mH;1mH;500uH…。

C=33nF;10nF;33uF…。

谐振点的测量方法参考：示波器观察李沙育图像φ=0；万用表测量UX=0（UX=UC-L）；示波器观察电压电流同相位；万用表测量UR最大…对比哪种方

法测量误差更小？哪种方案好？

自行设计并联谐振测量参数和方案。

按照仿真的结论和结果列出元器件清单。

到实验室接线验证设计方案和电路参数的可行性。

思考总结：仿真和实验对比分析，总结存在的问题及解决方法。

实验1.4.1 硬件实验

1．实验目的

（1）掌握RLC串联电路的谐振现象、特点及元件参数对电路频率特性的影响。

（2）了解RC串并联电路的选频特性。

（3）熟悉功率函数发生器、示波器和交流毫伏表的使用。

2．实验预习要求

（1）阅读实验1.1附录及本实验附录，了解功率函数发生器、交流毫伏表和双踪示波器的使用方法。

（2）能否用万用表测量本实验中各交流电压？为什么？

（3）掌握RLC串联电路的频率特性。

在图1.4.1中，若功率函数发生器输出电压有效值U=2V，R=51Ω、C=33nF、L= 9mH、线圈电阻r L =0.7Ω（由于各实验板上电感线圈的电感、线圈电阻各不相等，此处取近似值），

试计算电路的性能指标：

谐振频率f0 =_9235.11_Hz

品质因数（需考虑r L）Q =___10.10__________

谐振时电感和电容电压U L0 ≈U C0 =__20_____V

通频带f BW=___914.26____Hz

（4）计算图1.4.2所示RC串并联选频网络，当输出电压u o与输入电压u i同相时，频率f o =___530.5__Hz，此时U o /U i =___1/3___。

3．实验仪器和设备

4．实验内容及要求

（1）RLC串联电路频率特性的测量

A. 按图1.4.1接线，R = 51Ω、C = 33nF。由函数发生器的“功率输出端”提供频率和幅度可调的正弦电压。利用V-212示波器通道CH1显示信号源电压u的波形，通道CH2显示电阻电压u R的波形（此处电流i与电阻电压u R同相位）。

B. 把电路调到谐振状态，测量谐振频率f o

测量谐振频率f o可以采用调节信号源频率，使电压u和u R同相的方法，本实验用李萨育图形法。

调节信号源频率等于本实验“预习要求（3）”中的估算值f0，信号源输出电压有效值U=2V，用示波器观察u和u R波形的相位关系，微调信号源频率，使u和u R同相。

将V-212示波器“扫描频率开关”（TIME/DIV）旋钮选择“X-Y”工作方式，CH1成为X轴通道。谐振时示波器显示波形为一斜直线，此时信号源频率即为电路的实际谐振频率f0，电阻上电压U R = U R0为最大。

注意：a) 示波器CH1、CH2的“VOLTS/DIV”旋钮应选取相同档位(可置于1V)。

b) 由于除电感线圈有电阻外电容器也有功率损耗，所以谐振时电阻电压U R0的实际测量值小于理论计算值。

图1.4.1 RLC串联电路

C. 测量RLC串联电路的电流谐振曲线

根据表1.4.1给出的频率值，调节函数发生器的输出频率，用交流毫伏表测量每一频率上U R的数值，填入表1.4.1中。表中f1、f0、f2之间的空格可酌情选取适当的频率。

在谐振状态下，加测U L0、U C0，并将f0、U R0、U L0和U C0记入表1.4.4中。

注：表1.4.1中f2和f1分别是通频带f BW的上、下限频率，应在测出f0及相应U R0后，经计算获得U f1、U f2 ( = 0.707U R0 )，再由U f1、U f2的值测出f1和f2。

表1.4.1

注意：a) 改变频率时应保持信号源输出电压有效值U = 2V不变，

b) 测量电感和电容上的电压时，应根据估算值，选择交流毫伏表的合适量程。

D. 调节电源频率，观察电源电压u和电流i的相位关系

此时示波器TIME/DIV旋钮应恢复为X-T方式。定性画出u、u R（电流i与电阻电压u R同相位）波形的相位关系，记录于表1.4.2中。

注：a) 表1.4.2“相位差”一栏中，根据观察波形的相位关系对应填入>0、<0或=0。

b)“电路性质”一栏中，对应填入电阻性、电感性、电容性。

表1.4.2

<0 =0 >0

电容性电阻性电感性

E. 改变电阻参数，再测RLC串联电路的电流谐振曲线

在图1.4.1中，选取R=100Ω，其它电路参数不变，重复上述实验步骤，将测量值记入表1.4.3中。表中f1、f0、f2之间的空格可酌情选取适当的频率。

在谐振状态下，加测U L0、U C0，并将f0、U R0、U L0和U C0的数值记入表1.4.4中。

表1.4.3

取C=10nF，R=51Ω，电源电压保持2V（有效值）不变，测量谐振频率f0、谐振时的电压U R0、U L0、U C0，将测量值记入表1.4.4中。

表1.4.4

（2）RC串并联电路选频特性的测量

RC串并联电路如图1.4.2所示，它常被用于正弦波振荡电路中作为选频网络。