rlc串联电路实验报告

rlc串联电路实验报告

篇一：RLC串联谐振电路。实验报告

二、RLC串联谐振电路 目的及要求：（1）设计电路（包括参数的选择）

（2）不断改变函数信号发生器的频率，测量三个元件两端的电压，

以验证幅频特性

（3）不断改变函数信号发生器的频率，利用示波器观察端口电压与

电流相位,以验证发生谐振时的频率与电路参数的关系

（4）用波特图示仪观察幅频特性

（5）得出结论进行分析并写出仿真体会。

二阶动态电路的响应（RLC串联）

可用二阶微分方程描述的电路成为二阶电路。此电路在输入为零值时的响应称为零输入相应，在零值初始条件下的响应称为零状态响应。 欠阻尼情况下的衰减系数? 为：??R

.

2L

.

其震荡频率?

d为：?d?；

RLC串联谐振电路条件是：电压U与电流I同相。

z?R?jX?R?j(?L?

1

1

?C

);

当?L?

?C

时，谐振频率为f?f0?

1;

在电路参数不变的情况下，可调整信号源的频率使电路产生串联谐振；在信号源频率不变的情况下，改变L或C使电路产生串联谐振是。电路的频率特性，电路的电流与外加电压角频率的关系称为电流的幅频特性。

串联谐振电路总阻抗Z=R，其值最小，如电源电压不变，回路电流I=U/R，其值最大；改变信号源的频率时，可得出电流与频率的关系曲线；

三.设计原理：

一个优质电容器可以认为是无损耗的（即不计其漏电阻），而一个实际线圈通常具有不可忽略的电阻。把频率可变的正弦交流电压加至电容器和线圈相串联的电路上。

若R、L、C和U的大小不变，阻抗角和电流将随着信号电压频率的改变而改变，这种关系称之为频率特性。当信号频率为

f=f0?现象，且电路具有以下特性：

（1）电路呈纯电阻性，所以电路阻抗具有最小值。 （2）I=I。=U/R

即电路中的电流最大，因而电路消耗的功率最大。同时线圈磁场和电容电

时，即出现谐振

厂之间具有最大的能量互换。工程上把谐振时线圈的感抗压降与电源电压之比称之为线圈的品质因数Q。

四.RLC串联谐振电路的设计电路图：

自选元器件及设定参数，通过仿真软件观察并确定RLC串联谐振的频率，通过改变信号发生器的频率，当电阻上的电压达到最大值时的频率就是谐振频率。设计RLC串联电路图如下图：

RLC串联谐振电路

当电路发生谐振时，XL?XC或?L?C1=2.2nF,L1=1mH,R1=510Ω，

根据公式f0?

1

?C

（谐振条件）。其中，

可以得出，当该电路发生谐振

时，频率f0?70KHz。RLC串联电路谐振时，电路的阻抗最小，电流最大；电源电压与电流同相；谐振时电感两端电压与电容两端电压大小相等，相位相反。

五.用调节频率法测量RLC串联谐振电路的谐振频率f0

在用Multisim仿真软件连接的RLC串联谐振电路，电容选用C1=2.2nF,电感选用L1=1mH,电阻选用R1=510Ω。电源电压us处接低频正弦函数信号发生器，电阻电压uR处接交流毫伏表。

保持低频正弦函数信号发生器输出电压us不变，改变信号发生器的频率（由小逐渐变大），观察交流毫伏表的电压值。当电阻电压uR的读数达到最大值（即电流达到最大值）时所对应的频率值即为谐振频率。将此时的谐振频率记录下来。

表1谐振曲线的测量数据表

R当频率为70KHz时：

图2 f0?70KHz时的波形图

观察波形，函数信号发生器输出电压us和电阻电压uR

相位不同，此时电路呈现电感性。 当频率f0?108kHz时：

图3f0?108kHz时波形图

观察波形，函数信号发生器输出电压us和电阻电压uR同相位，可以得出，此时

电路发生谐振，验证了实验电路的正确，与之前得出的理论值相等。因此证明实验电路的连接是正确的。 当频率为f0?150kHz时：

图 4 f0?150kHz时波形图

观察波形，函数信号发生器输出电压us和电阻电压uR相位不同，此时电路呈现出电容性。

六.用波特图示仪观察幅频特性。

按下图所示，将波特图仪XBP1连接到电路图中。双击波特图仪图标打开面板，面板上各项参数设置如图下图所示。打开仿真开关，在波特图仪面板上出现输出u0的幅频特性，拖动红色指针，使之对应在幅值最高点，此时在面板上显示出谐振频率f0?9.333KHz。

图5 波特图

七.结论与体会：

通过本次是我掌握好了RLC谐振电路的基本规律和它的调整方法，实验中测量谐振

频率的方法有：调节频率法、示波器法、电感电容法。

本次实验选择的是调节频率法。本次实验用Multisim仿真软件对RLC串联谐振电路进行分析，设计出了准确的电路模型，也仿真出了正确的结果。并且得到了RLC串联谐振电路有几个主要特征：

谐振时，电路为阻性，阻抗最小，电流最大。可在电路中串入一电流表，在改变电路参数的同时观察电流的读数，并记录，测试电路发生谐振时电流是否为最大。一个正弦稳态电路，当其两端的电压和通过的电流同相位，则称为电路发生谐振，此时的电路称为谐振电路。实现谐振的基本方法是：

角频率?0（或频率f0）不变，调节电感L值和电容C值电感L不变，调节角频率?0（或频率值和电感L值 ；

谐振时，电源电压与电流同相。这可以通过示波器观察电源电压和电阻负载两端电压的波形中否一样的相而得到。

f

）值和电容C值电容C不变，调节角频率?0（或频率f0）

篇二：RLC串联谐振电路电路的研究

实验六 RLC串联谐振电路电路的研究

一、实验目的

(1) 学习测定 RLC 串联电路谐振曲线的方法，加深对

串联谐振电路特性的理解。

(2) 学习对谐振频率、通频带和品质因数的测试方法。

二、实验原理

(1) RLC 串联电路（图 4-7-1）的阻抗是电源角频率ω

的函数，即

显然，谐振频率仅与元件 L 、C的数值有关，而与电阻R和激励电源的角频率ω无关。

当ωωo时，电路呈感性，阻抗角φ (2) 电路处于谐振状态时的特性

图4-7-2图 4-7-3

① 由于回路总电抗XO=ωo-1/ωoC=0，因此，回路阻抗|Z0|为最小值，整个回路相当于

一个纯电阻电路，激励电源的电压与回路的响应电流同相位。

② 由于感抗ωoL容抗1/ωoC相等，所以电感上的电压UL’与电容上的电压UC’数值

相等，相位相差180。电感上的电压（或电容 上的电压）与激励电压之比称为品

质因数Q，即:

L和 C 为定值的条件下，Q 值仅仅决定于回路电阻 R 的大小。

③在激励电压（有效值）不变的情况下，回路中的电流I=US/R为最大值。

(3) 串联谐振电路的频率特性

①回路的响应电流与激励电源的角频率的关系称为电流的幅频特性（表明其关系的图形

为串联谐振曲线），表达式为：

当电路的L和C保持不变时，改变 R 的大小,可以得出不同Q 值时电流的幅频特性

曲线（如图 4-7-2 ） 。显然，Q值越高，曲线越尖锐。

为了反映一般情况，通常研究电流比I/IO与角频率比ω/ωO之间的函数关系，即所谓通用幅频特性。其表达式为:

这里，IO为谐振时的回路响应电流。

图 4-7-3 画出了不同Q 值下的通用幅频特性曲线，显然，Q值越高，在一定的频率

偏移下，电流比下降得越厉害。

幅频特性曲线可以由计算得出，或用实验方法测定。

②为了衡量谐振电路对不同频率的选择能力，定义通用幅频特性中幅值下降至峰值的

0.707倍时的频率范围（图 4-7-3 ）

为相对通频带（以B表示），即 B=ω2/ωO-ω1/ωO

显然，Q值越高，相对通频带越窄，电路的选择性越好。

③激励电压和回路响应电流的相角差φ与激励源角频率ω的关系称为相频特性，它可由

公式 :

计算得出或由实验测定。相角φ和ω/ωO 的关系称为通用相频特性，如图 4-7-4 所示。

谐振电路的幅频特性和相频特性是衡量电路特性的重要标志。

(4) 串联谐振电路中，电感电压

显然， UL与UC都是激励ω源角频率ω的函数，UL（ω）和UC（ω）曲线如图 4-7-5 所示。当Q>0.707时，UC和 UL才能出现峰值，并且UC的峰值出现在ω=ωCωO处。Q值越高，出现峰值处离ωO 越近。

图 4-7-4图4-7-5

三、实验设备

(1) 示波器 1 台

(2) 信号发生器1 台

(3) 晶体管毫伏表 1 只

(4) 电感线圈 1 个

(5) 电容箱 1 只

(6) 电阻箱 1 只

四、实验内容

1、测量 RLC串联电路响应电流的幅频特性曲线的UL（ω）、UC（ω）曲线

实验电路如图 4-7-6 所示。确定元件R、L、C的数值之后，保持正弦信号发生器输出电压 Us（有效值）不变，测量不同频率时的UR、UL和UC。

为了取点合理，可先将频率由低到高初测一次，注意找出谐振频率f0以及出现UC最大值时的频率fC和出现UL最大值时的fL。然后，根据曲线形状选取频率，进行正式测量。记录表格自拟。

2、保持Us和L 、C数值不变，改变电阻R的数值（即改变回路Q值），重复上述实验。

3、测量RLC串联电路的相频特性曲线。保持Us不变，用示波器测量不同频率时Us与UR的相(本文来自： 小 草范 文 网:rlc串联电路实验报告)角差（测量方法参见第 3

章中“示波器及其测量方法”有关部分）。记录表格自拟。

4、选做实验

将图 4-7-6 中电容换成另一值，测量其幅频特性。

图 4-7-6

五、注意事项

(1) 每次改变信号电源的频率后，注意调节输出电压