实验5 RC频率特性和RLC谐振综合实验

实验五 RC频率特性和RLC谐振综合实验

一、实验目的

1、研究RC串、并联电路及RC双Ｔ电路的频率特性。

2、学会用交流毫伏表和示波器测定RC网络的幅频特性和相频特性。 3、熟悉文氏电桥电路的结构特点及选频特性。

4、加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路Q值）、通频带的物理

意义及其测定方法。

5、学习用实验方法绘制R、L、C串联电路不同Q值下的幅频特性曲线。

二、实验原理

1、RC串并联电路频率特性

图5-1所示RC串、并联电路的频率特性：

?UN(j?)?ｏ??Ui113?j(?RC?)?RC

图5-1

其中幅频特性为：A(?)?Uo?Ui132?(?RC?12)?RC

?RC?相频特性为：?(?)??o??i??arctg31?RC

幅频特性和相频特性曲线如图5-2所示，幅频特性呈带通特性。

当角频率??11时，A(?)?，?(?)?0?

3RC1。 2?RC图5-2

uO与uI同相，即电路发生谐振，谐振频率f0?也就是说，当信号频率为f0时，RC串、并联电路的输出

电压ｕO与输入电压uI同相，其大小是输入电压的三分之一，这一特性称为RC串、并联电路的选频特性，该电路又称为文氏电桥。

测量频率特性用?逐点描绘法?，图5-3表明用交流毫伏表和双踪示波器测量RC网络频率特性的测试图。

测量幅频特性：保持信号源输出电压（即RC网络输入电压）UI恒定，改变频率f，用交流毫伏表监视UI，并测量对应的RC网络输出电压UO，计算出它们的比值A＝UO／UI，

1

然后逐点描绘出幅频特性；

图5-3 图5-4

测量相频特性：保持信号源输出电压（即RC网络输入电压）UI恒定，改变频率f，用交流毫伏表监视UI，用双踪示波器观察uO与uI波形，如图5-4所示，若两个波形的延时为Δt，周期为T，则它们的相位差??2、RC双T网络频率特性

用同样方法可以测量RC双T电路的幅频特性，RC双Ｔ电路见图5-5，其幅频特性具有带阻特性，如图5-6所示。

?t?360?，然后逐点描绘出相频特性。 T图5-5

3、RLC串联谐振电路

图5-6

在图5-7所示的R、L、C串联电路中，电路复阻抗Z?R?j(?L?11当?L?时，)，

?C?C图5-7

图5-8

2

?与I?同相，电路发生串联谐振，谐振角频率?0?Z＝R ，U

11，谐振频率f0?。 LC2?LC?为响应信号，?为激励信号，U在图5-7电路中，若UR其幅频特性曲线如图5-8所示，在f＝f０时，A＝1，UR＝U ，f≠f０时，UR＜U ，呈带通特性。A＝0.707，即UR＝0.707U 所对应的两个频率ｆL和ｆｈ为下限频率和上限频率，fH－fL为通频带。通频带的宽窄与电阻R有关，不同电阻值的幅频特性曲线如图5-9所示。

电路发生串联谐振时，UR＝U，UL＝UC＝QU，Q称为品质因数，与电路的参数R、L、C有关。Ｑ值越大，幅

频特性曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好，在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。

在本实验中，用交流毫伏表测量不同频率下的电压U、UR、UL、UC，绘制R、L、C串联电路的幅频特性曲线，并根据? f?fH?fL计算出通频带，根据Q?计算出品质因数,

三、实验设备

1、信号源（含频率计） 2、交流毫伏表 3、双踪示波器

4、NEEL—11B 电工原理（一）、MEEL-03 电工原理（三）模块板。

四、实验内容

1、测量RC串、并联电路的幅频特性

实验电路如图5-3所示，其中，RC网络的参数选择为：R＝2kΩ，C＝0.22μF，信号源输出正弦波电压作为电路的输入电压ui，调节信号源输出电压幅值，使Ui＝2V。

改变信号源正弦波输出电压的频率f（由频率计读得），并保持Ui=2V不变（用交流毫 伏表监视），测量输出电压U0，（可先测量A?点，测量U0），将数据记入表5-1中。

在图5-3的RC网络中，选取另一组参数：R＝200Ω，C＝2.2μF，重复上述测量，将数据记入表5-1中。



图5-9

ULUCf0或Q??fh?fLUU1时的频率fo，然后再在fo左右选几个频率3 3

表5-1 幅频特性数据

R=2k? f (Hz) C=0.22?F UO(V) R=200? C=2.2?F f (Hz) UO (V) 2、测量RC串、并联电路的相频特性

实验电路如图5-3所示，按实验原理中测量相频特性的说明，实验步骤同实验1，将实验数据记入表5-2中。

表5-2 相频特性数据

f (Hz) R=2k? C=0.22?F T(ms) ?t(ms) ? f (Hz) R=200? C=2.2?F T(ms) ?t(ms) ? 3、测定RC双Ｔ电路的幅频特性

实验电路如图5-3所示，其中RC网络按图4-5连接，实验步骤同实验1，将实验数据记入自拟的数据表格中。

4、按图5-10组成监视、测量电路，用交流毫伏表测电压，用示波器监视信号源输出，令其输出幅值等于1V，并保持不变。

找出电路的谐振频率f０，其方法是，将毫伏表接在R

图5-10

（51Ω）两端，令信号源的频率由小逐渐变大（注意要维持信号源的输出幅度不变），当U0的读数为最大时，读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率f０，并测量UＣ与UＬ之值（注意及时更换毫伏表的量限）。

在谐振点两侧，按频率递增或递减500Hz或1kHz，依次各取8个测量点，逐点测出U

Ｏ

，UＬ，UＣ之值，记入数据表5-4。

4

表5-4 RLC串联谐振数据表（R=51Ω）

f (kHz) UO (V) UL (V) UC (V) 改变电阻值（R为100Ω），重复步骤2，3的测量过程，记录在表5-5。

表5-5 RLC串联谐振数据表（R=100Ω）

f (kHz) UO (V) UL (V) UC (V)

五、实验注意事项

1、由于信号源内阻的影响，注意在调节输出电压频率时，应同时调节输出电压大小，使实

验电路的输入电压保持不变。

2、测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点，在改变频率时，应调整信号输出电

压，使其维持在1V不变。

3、在测量UL和UC数值前，应将毫伏表的量限改大约十倍，而且在测量UL与UC时毫伏表

的“＋”端接电感与电容的公共点4。

六、实验报告要求

1、根据表5-1和表5-2实验数据，绘制RC串、并联电路的两组幅频特性和相频特性曲线，

找出谐振频率和幅频特性的最大值，并与理论计算值比较。 2、设计一个谐振频率为1kHZ文氏电桥电路，说明它的选频特性。

3、根据实验3的实验数据，绘制RC双T电路的幅频特性，并说明幅频特性的特点。 4、电路谐振时，比较输出电压UR与输入电压U是否相等？UＬ和UＣ是否相等？试分析原因。 5、根据测量数据，绘出不同Ｑ值的三条幅频特性曲线：

UR＝f (f), UＬ＝f (f), UＣ＝f (f)

6、计算出通频带与Q值，说明不同R值时对电路通频带与品质因素的影响。 7、对两种不同的测Q值的方法进行比较，分析误差原因。 8、试总结串联谐振的特点。 9、回答思考题2、5、7。

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七、预习与思考题

1、根据电路参数，估算RC串、并联电路两组参数时的谐振频率。

2、什么是RC串、并联电路的选频特性？当频率等于谐振频率时，电路的输出、输入有何

关系？

3、试定性分析RC双T电路的幅频特性。

4、根据实验元件参数值，估算电路的谐振频率，自拟测量谐振频率的数据表格； 5、如何判别电路是否发生谐振？测试谐振点的方案有哪些？

6、电路发生串联谐振时，为什么输入电压ｕ不能太大，如果信号源给出1V的电压，电路

谐振时，用交流毫伏表测UＬ和UＣ，应该选择用多大的量限？为什么？ 7、要提高R、L、C串联电路的品质因数，电路参数应如何改变？

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/l1xd.html