虚拟实验教材.pdf

《虚拟实验教材.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、电路与电子技术虚拟实验教材（实验班试用版）电工电子实验教学中心2007年11月0实验一RLC串联谐振电路的研究一、实验目的1．学习用实验方法绘制R、L、C串联谐振电路的幅频特性曲线。2．研究电路参数对谐振特性的影响，加深对串联谐振电路特点的了解。3．掌握数字化程控信号发生器及程控万用表的使用方法。4．进一步理解电路品质因数Q值的物理意义。二、实验原理在如图1-1所示的RLC串联电路中:URULUUC图1-1RLC串联电路示意图当外加信号源的频率f改变时（保持信号源电压的有效值不变），电路中的感抗、容抗随之改变，电路中的电流也随之改变，电路中的电流和各元件上的电压有效值都是

2、频率的函数。电路的总阻抗Z，电压U和电流i之间有以下关系：212Z=R+(ωL−)ωC1ωL−φ=arctanωC（1-1）RUi=212R+(ωL−)ωCRLC串联谐振电路的幅频、相频的特性曲线如图1-2所示：1图1-2串联谐振电路的幅/频及相/频特性曲线图由图1-2可知，在频率f处阻抗Z值最小，且整个电路呈纯电阻性，而电流i达到最大0值，我们称f为RLC串联电路的谐振频率(ω为谐振角频率)。从图1-2中还可知，在f，000f，f的频率范围内的电流值i值较大，称之为通频带。12电路的电压转移函数为：•URRH(jω)==（1-2）•1UR+jωL+jωC其振幅为：ωRC

3、

4、H(jω

5、)=（1-3）22222ωRC+1(−ωLC)下面推导出谐振频率f(ω)和另一个重要的参数品质因数Q：001当ωL=时，由上式(1-1)可知ωCUZ=R,φ=0,i=（1-4）mR1这时的ω=ω=0LC1f=（1-5）02πLC电感及电容上的电压分别为：ωL0U=iZ=⋅ULmLR（1-6）1U=iZ=⋅UCmCRωC021当ωL=时，UC或UL与U的比值称为品质因数Q：ωCULUCω0L1Q====（1-7）UURRωC0可以证明：ff00Δf=,Q=（1-8）QΔf在不同频率的信号激励下，测量得出R、L、C上的电压有效值，以U、U、U为纵RLC坐标，以角频

6、率ω或频率f为横坐标，可以绘出光滑的曲线，即为幅频特性曲线，从曲线可以看出，Q值愈大，曲线愈尖，电路的选择性愈高，由此可以看出Q值的意义。三、实验内容及要求1、给定设备：计算机，程控信号发生器、程控万用表，电阻、电容、电感，导线。2、实验要求1）测量电阻、电容、电感的参数。2）计算电路的谐振频率f03）分别通过手动及通过PC机控制信号发生器从低到高输出频率（其输出电压保持不变），用程控万用表采集不同频率下的U测试的数据到计算机上。系统根据测量的结果R画出曲线。四、实验设备及实验材料序号名称型号与规格数量备注1个人计算机P412电路虚拟实验台自制13程控信号发生器DG201

7、014程控万用表DM355215电阻、电感、电容元件16插头、导线及信号线若干3五、实验步骤1、面板接口说明实验面板如下图所示，其中左侧IN1为信号输入端，可以通过后板的BNC插口接入信号源。右侧的OUT1作为信号输出端，可以用数字万用表和示波器观察波形。根据实验原理图1-1所示在下面面板上连接电路。信号输入信号输出内部连内部接地内部接地图1-3实验面板接口说明２、应用程控万用表测量电阻、电容的参数。图1-４程控万用表示意图4将电阻连接到程控万用表的表笔上，如上图1-４所示，点击图标测量电阻值，可以在图1-４的界面上显示当前电阻的阻值。将电容连接到程控万用表的表笔上，如上

8、图1-４所示，点击图标测量电容的容量，可以在图1-４的界面上显示当前电容的值。将测量值填入参数框中，用于计算电路的谐振频率。３、计算电路的谐振频率f0根据实验给定或测量得到的电感、电容的数值，应用公1式f=手动计算电路的谐振频率。02πLC４、手动测试电路，计算RLC电路的电压转移函数如右图1-５所示，根据步骤３计算得到的谐振频率，分别测量以上频率处信号在电阻上的压降，填入表格中相对应的位置。然后点击“手动测试”按钮，系统即可画出手动测得的不同频率下的串联谐振曲线。图1-５手动测量转移函数参数设置５、通过程控方式测量RLC电路的电压转移函数图1-６程控测量转移函数时参数设

9、置图如上图1-６所示，根据步骤３计算得到的谐振频率，分别填入起始频率（.0005f），0终止频率，信号峰峰值（7f），扫频周期（90S），选择“对数”方式显示，然后点击“开0始扫频”按钮，在RIGOL信号发生器上按下“output”按钮。5图1-７电路的幅频特性曲线点击“自动测量”按钮，系统开始扫频输出。自动测量完成后，点击“理论计算”按钮，计算得到理论上的幅频特性曲线。分别显示在图1-７中。六、思考题1．程控仪器与传统手动仪器比较有何优、劣势？2．改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振？电阻R的值是否影响谐振频率的值？3．如何