如何利用cad双线曲线示波器比较准确地测量出谐振曲线i-f

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实验四:RLC串联谐振电路
一、实验目的
1.观察谐振现象,加深对串联谐振电路的 理解。
2.掌握测量谐振频率、品质因数和绘制频 率特性曲线的方法。
3.认识品质因数对电路选择性的影响。 二、实验设备 1.函数信号发生器
2.数字示波器
3.交流毫伏表 4.元器件板 三、实验原理
在RLC串联电路中,当电源电压与电路中的电流同相时,即为谐振。
4. 四、实验内容
1.谐振频率和品质因数的测量: 按图所示连接电路。信号源为电压恒定的正弦信号,频率在500Hz―140KHz之间变化(注意用示波器监视US的大小)。 R 510?,调节函数信号发生器,输出电压恒定为3V 有效值 ,改变频率,观测电阻两端电压UR,当其最大时,所对应的频率即为f0,同时测试半功率点频率f1和f2(如何测量)?,将结果记录于表中,并计算?f、Q、UC ,对结果进行分析。
2 R 51? ,重复上述步骤,并将结果记录于表中。 2. 频率特性曲线的测量: 测量电路同上,信号源电压恒定为3V,按表中要求测量R分别为510?和51?时的UR值,并同时用示波器观察f改变时,US t 和UR t 的相位差变化情况,判断电路的性质 容性还是感性 。 注:在f0附近应多取一些值。 五、实验报告要求 整理实验数据,记录于相应的表中。 根据实验数据绘制I-f曲线图 标出f0、I0 。 讨论比较谐振频率f0、Q值的理论计算值与实验测试值,进行结果、误差分析。 * Q值越大,通频带宽度越小,选择性越强。
f I / I 0 1 0 . 707 f1' Q Q ' f1 f0 f2 f2' US
L 10mH 0.047?F ?f 计算值 UC Q f2 Q f0 理论值 f1 f0 UR 测量值 51 ? 510 ?
R Q f0/ ?f UC
? f0 R 510 ? I
UR/R 电路性质 UR V
f0 R 51? I
UR/R 电路性质 UR V
附: 利用Multisim10仿真软件,分析RLC串联谐振电路特性! *
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RLC串联谐振曲线测试方法
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一、串联谐振曲线测试原理
示波器测试串联谐振曲线线路图
1、RLC串联谐振特点电流与电压关系I=U/√(R²+(L-1/C)²)&&&&& (1)其中&& z=√(R²+(ωL-(1/ωC)²)称电路的总阻抗。电压与电流的位相关系=tg — 1((ωL-1/ωC)/R )&&&&& (2)电路的品质因素Q=1/ωoCR=ωoL/R&&&&&&&&&&&& (3)ωo=1/√LC 是电路谐振时的角频率。
由式(1)(2)可以看出,Z和Q都是角频率ω的函数。当ωL— 1/ωC=0时,Q=0,此时称电路谐振。当电路谐振时,其电路的总阻抗Z=R最小,通过电路的电I=Io最大,Io称谐振电流。
根据(1)式,如果保持电压U的数值不变,改变输入信号的频率(即改变W),那么电路中的电流I就会随ω的变化而变化。又由于在串联电路中,流过电路的电流有效值相等,即I=U/ZU=IZ=I√(R²+(Xl-Xc)²)而在Z中,能随ω 变化的量是Xl 和Xc ,R是线性元件。所以通常用毫安表测量R两端有效值,来获取I随f变化的数据,作出I— f的谐振曲线。
2、示波器测试串联谐振曲线的方法
在操作上,曲线测试可依据毫伏表的测量原理,将示波器的探头跨接在电阻两端,从示波器的荧屏上观察波形读取数值。不过荧屏上所显示的是峰峰值,可以通过Ur=Vpp / 2√2,换算出R上的电压有效值。式中Ur是电阻有效值;Vpp为示波器上显示的峰峰值。
3、实际的测量线路与测量数据
使用的主要仪器:cos5021CH双踪示波器RXt-B 型电容箱、GX3/4型电感箱、ZX21型电阻箱、XD1B信号发生器。
实验线路见图1.1。元件参数(用H2790LCR数字测试):R=100Ω、C=0.05μF、L=0.1H. 电压U=1V,频率Hz。 每100Hz测一次。谐振点两侧50Hz测一次。并分别用毫伏表和示波器对同一点进行测试。
表2.1是用HG2172型毫伏测试的数据,表2.2是用示波器测出的数据;f –I曲线图2.1。
从表2.1与表2.2的对比中可以看出,两者的测量数据基本相同,但由于示波器既能看波形,又能读取数据,直观效应大大优于毫伏表,同时还可以及时发现信号电压的好坏,避免优于信号源的质量问题所引起的误差。
4、示波器测试串联谐振曲线注意事项
每改变一次输入信号的频率,都要重新调整一次信号输出电压,使它保存在1V。示波器的读取值以显示曲线的实线部分为准。
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