實驗2RLC串聯(lián)電路的頻率特性.doc

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實驗2 RLC串聯(lián)電路的頻率特性 1. 實驗?zāi)康? （1） 測量RLC串聯(lián)電路電流響應(yīng)的幅頻特性。 （2） 研究串聯(lián)諧振現(xiàn)象及特點 （3） 研究元件參數(shù)對電路頻率特性的影響。 （4） 熟悉測量儀器、儀表的使用方法。 2. 實驗儀器和設(shè)備 （1） 函數(shù)信號發(fā)生器（型號：AFG310）。 （2） 數(shù)字存儲示波器（型號：DS1062CA）。 （3） 雙路智能數(shù)字交流毫伏表（型號：YB2173F）。 （4） 數(shù)字萬用表（型號：FLUKE 17B）。 （5） 九孔實驗板，電容、電阻、電感線圈、實驗導(dǎo)線等元件。 3. 預(yù)習(xí)內(nèi)容（見預(yù)習(xí)報告） 4. 實驗內(nèi)容 實驗2-1 RLC串聯(lián)電路的幅頻特性測量及相頻特性測量（1） 按上圖接線。電路參數(shù)：R=10Ω，C=1μF，使用實驗室提供的電感，電感的直流電阻約為30Ω。信號源、毫伏表和示波器接線的外皮線（黑色）為地，芯線（紅色）為信號線。示波器兩個通道接線中的一個“地”接共地點，另一個懸空即可。實驗內(nèi)容如下： 1） 測量諧振曲線I（f） 先測量并記錄諧振狀態(tài)下的電壓UL、UC、UC-L和UR；然后再調(diào)整信號源頻率（使函數(shù)信號源輸出正弦波，并隨時調(diào)節(jié)其輸出電壓，用毫伏表監(jiān)測，保持信號源輸出給電路的電壓為2V不變），使其頻率在f0左右一個范圍變化。測量各頻率點相應(yīng)的電壓UR。 （1） 使正弦信號源的頻率等于核算值f0，電壓U=2V左右。 （2） 圖2.2中，示波器Y1通道顯示總電壓u的波形，Y2通道顯示uR的波形。在核算值f0的基礎(chǔ)上微調(diào)信號源頻率，使Y1、Y2兩波形同相，此時電路處于諧振狀態(tài)。或應(yīng)用李薩如圖形法來判斷諧振是否發(fā)生。諧振時信號源的頻率即是諧振頻率f0。記錄相應(yīng)的UL、UC、UC-L和UR。 （3） 改變信號源頻率（注意保持電源電源U=2V不變），測量UR。 2） RLC串聯(lián)電路相頻特性的定性觀察 用示波器定性觀察φ（f）的波形，記錄結(jié)果。 RL/Ω 30 C/μF 1 R/Ω 10 L/mH 96 f0/Hz 501.8 ?f/Hz 63.27 U/V 2 f/Hz UR/mV I/mA φui 296.75 58.70 5.87 <0 346.75 84.60 8.46 <0 396.75 129.00 12.90 <0 416.75 161.00 16.10 <0 436.75 210.00 21.00 <0 446.75 244.00 24.40 <0 456.75 288.00 28.80 <0 466.75 346.00 34.60 <0 476.75 421.00 42.10 <0 481.75 464.00 46.40 <0 486.75 505.00 50.50 <0 491.75 542.00 54.20 <0 496.75 569.00 56.90 <0 501.75 575.00 57.50 0 506.75 566.00 56.60 >0 511.75 543.00 54.30 >0 516.75 509.00 50.90 >0 521.75 472.00 47.20 >0 526.75 435.00 43.50 >0 536.75 370.00 37.00 >0 546.75 317.00 31.70 >0 556.75 276.00 27.60 >0 566.75 244.00 24.40 >0 586.75 197.00 19.70 >0 606.75 165.00 16.50 >0 656.75 118.00 11.80 >0 706.75 95.00 9.50 >0 UC/V 17.8 UL/V 17.7 UC-L/V 1.46 UR/V 0.575 實驗2-2 RLC串聯(lián)電路的幅頻特性測量及相頻特性的觀察（2） 更換外接電阻，使R=30Ω，其他參數(shù)如實驗2-1。重復(fù)實驗2-1的實驗過程。 RL/Ω 30 C/μF 1 R/Ω 30 L/mH 96 f0/Hz 502.8 ?f/Hz 95.29 U/V 2 f/Hz UR/mV I/mA φui 297.75 173.00 5.77 <0 347.75 248.00 8.27 <0 397.75 381.00 12.70 <0 417.75 467.00 15.57 <0 437.75 587.00 19.57 <0 447.75 663.00 22.10 <0 457.75 752.00 25.07 <0 467.75 854.00 28.47 <0 477.75 970.00 32.33 <0 482.75 1020.00 34.00 <0 487.75 1060.00 35.33 <0 492.75 1090.00 36.33 <0 497.75 1110.00 37.00 <0 502.75 1120.00 37.33 0 507.75 1110.00 37.00 >0 512.75 1090.00 36.33 >0 517.75 1060.00 35.33 >0 522.75 1020.00 34.00 >0 527.75 980.00 32.67 >0 537.75 876.00 29.20 >0 547.75 790.00 26.33 >0 557.75 715.00 23.83 >0 567.75 650.00 21.67 >0 587.75 545.00 18.17 >0 607.75 468.00 15.60 >0 657.75 344.00 11.47 >0 707.75 274.00 9.13 >0 UC/V 11.3 UL/V 11.3 UC-L/V 0.905 UR/V 1.12 實驗2-3 RLC串聯(lián)電路的幅頻特性測量（2） 更換電容C=0.5μF，其他參數(shù)如實驗2-1。重新測量諧振頻率f0以及諧振狀態(tài)下的UL、UC和UR（保持U=2V不變）。 RL/Ω 30 C/μF 0.5 R/Ω 10 L/mH 96 f0/Hz 663.1 ?f/Hz 31.76 U/V 2 UC/V 21.1 UL/V 20.8 UC-L/V 1.5 UR/V 0.521 5. 總結(jié)要求 （1） 在同一坐標(biāo)上面畫出實驗2-1和實驗2-2的I（f）曲線，比較兩者之間的異同點。 答： 兩者的變化趨勢相似，都是先增大后減小，且比較對稱，不過兩者峰值大小不同，峰值點的橫坐標(biāo)有細(xì)微差別。 （2） 已知實驗中使用的1μF電容的精確值為C=1.0481μF，根據(jù)測量結(jié)果計算實驗中所使用的電感值。 答：根據(jù)公式,由實驗1的數(shù)據(jù)可得L=95.998mH,由實驗2的數(shù)據(jù)可得L=95.617mH （3） 總結(jié)RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振時所具有的特點，并結(jié)合本實驗結(jié)果說明UC-L為什么不等于0。根據(jù)實驗結(jié)果估算電感諧振時的電阻，研究電感諧振時的電阻為什么不等于直流電阻。 答：UC-L不等于0是因為電感線圈存在電阻。實驗1中電感諧振時的電阻為307.8Ω，實驗2中電感諧振時的電阻為302.7Ω，實驗3中電感諧振時的電阻為399.2Ω。不等于直流電阻的原因是當(dāng)交流電通過電感線圈時，電感線圈將產(chǎn)生感抗，感抗和阻抗（直流電阻）共同組成了電感線圈的總電阻，故線圈的電阻不等于直流電阻。 （4） 以實驗為依據(jù)，從諧振頻率f0、品質(zhì)因數(shù)Q、通頻帶寬度?f等方面說明元件參數(shù)對電路頻率特性的影響。 答： A. 根據(jù)實驗1與實驗3，其他元件相同的情況下，電容越小，諧振頻率越大。 B. 根據(jù)實驗1與實驗2，其他元件相同的情況下，電阻越大，品質(zhì)因數(shù)越小。 C. 根據(jù)實驗1與實驗3，其他元件相同的情況下，電容越小，品質(zhì)因數(shù)越大。 D. 根據(jù)實驗1與實驗2，其他元件相同的情況下，電阻越大，通頻帶寬度越大。 E. 根據(jù)實驗1與實驗3，其他元件相同的情況下，電容越小，通頻帶寬度越小。