重要的事情放到上面:
本文大多数内容(包括实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容、思考题)均始于学院化学实验指导书,并非本人原创,其余均为本人原创。
实验数据均为本人经过实验得出,置于这儿是为了展示完整的实验报告,并供读者参考和学习,请端正学习态度,请勿剽窃、无故更改、伪造实验数据!
由于技术缘由,有一些数字抒发在这写得不标准。
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实验过程杂谈视频:
实验报告正文:
一、实验目的
1.初步认识电路的谐振特点,并学习RLC电路谐振曲线、谐振频度、通频带、品质质数的测试方式。
2.交流电路和直流电路中测电流的方式存在明显不同,在实验中注意学习交流电路中测电流的方式。
二、实验原理
RLC谐振电路分串联谐振(也叫电流谐振)和并联谐振(也叫电压谐振)。
1.RLC串联谐振:
(1)串联谐振现象及谐振频度:
(2)品质质数Q及带宽:
RLC串联电路谐振时,电感上的电流UL=ω0LI和电容上的电流UC=IC/ω0大小相等,相位相反,总电流为U=RI,一般情况下,谐振电路的R比起容抗、感抗来说小得多,所以UL和UC比总电流大许多倍,这个倍数称为谐振电路的品质质数Q,即
由于Q通常都小于1,所以串联谐振也叫电流谐振。
Q不仅反映电路的电流分配之外,也反映电路储存能量的效率。RLC串联电路谐振时,能量在电容和电感之间来回回落,在回落过程中能量有一部份弄成焦耳热消耗在内阻上,为了维持回落,外电路就要不断输入能量,由上式也可以看出,内阻越小,Q值越大,储存能力的效率就越高。
Q值也决定了电路的频度选择性能。为了定量描述频度选择性能,把在谐振峰两侧的电压有效值处(电压最大值减去根号2)处对应频度之间的间距△f=f2-f1称为通频带宽,简称带宽,如右图所示。Q值越大,谐振峰越高,带宽越窄,电路的频度选择性越强。Q值和带宽的关系为
2.RLC并联谐振:
并联电路的总电压I和等效阻抗的频度特点与串联相反,在某一频度下,阻抗有极大值,电压有极小值,如右图所示。(注:在并联电路中,阻抗达到的极大频度,与谐振频度不严格一致)
谐振时,两个环路的电压IC和IL大小几乎相等,相位差为π,且近似为总电压I的Q倍,即IC=IL=QI,Q通常都小于1,因此并联谐振俗称为“电流谐振”。谐振时,因阻抗最大,在激励电压一定时,电流的有效值最大,如上图所示。
和串联谐振电路一样,Q越大,并联谐振电路的选择性越好。
三、实验仪器
实验仪器包括:型实验仪、MVT-172D型交流数字毫伏表、导线若干。
1.型RLC实验仪:
(1)型实验仪与交流数字毫伏表配合可以举办RLC谐振特点的研究实验,与示波器配套可以举办RC、RL、RLC暂态特点实验及RC、RL、RLC稳态特点(幅频特点、相频特点)的研究,RLC串联并联选频特点剖析,电感量、电容量的检测,交流讯号的检波检波实验。其操作面板如右图所示。
(2)型RLC实验仪主要技术指标:
1)输人电源:220V±10%,50Hz。
2)环境适应性:10〜35°C;为25%〜75%。
3)抗电硬度:仪器本事受50Hz、500V正弦波电流1min。
4)讯号源:输出波形为正弦波、方波、直流。
工作频度范围:正弦波(分三挡)分别为50Hz〜1kHz、1kHz〜10kHz.10kHz〜100kHz;方波为:50Hz〜1kHz
最大讯号幅度:正弦波、方波电流峰峰值为0〜10V;直流为1.2〜10V。
2.MVT-172D型交流数字毫伏表:
(1)MVT-172D型交流数字毫伏表适用于检测频度为5Hz〜2MHz,30MV〜300V的正弦波的有效电流值,采用4位数显,有电流V、dB、dBm三种显示方法,其操作面板如右图所示。
POWER:电源开关。
AUTO/MAN:检测方法选择。开机吋处于“AUTO”(手动转换阻值)状态,按一下该开关,转换到“MAN”(自动转换阻值),再按下该开关,回到“AUTO”状态。
PANGE:当检测方法为“MAN”时用于改变阻值。
(CH1/CH2):用于选择检测通道,按下键,若“CH1”前的灯亮,表头将显示CH1测得的电流;若“CH2”前的灯亮,表头将显示CH2测得的电流。
CH1:被测讯号输入通道1.
CH2:被测讯号输人通道2。
OVER:该指示灯亮,表示阻值不合适。
AUTO:该指示灯亮,表示处于手动测换阻值的状态。
MAN:该指示灯亮,表示处于自动测换阻值的状态。
(2)主要技术指标:
①交流电流检测范围:30μV〜300V。
②量程:3mV,30mV,300mV,3V,30V,300V。
③电压的固有偏差:±5%读数±6个字(1kHz为基准)。
④频率范围:5Hz〜2MHz。
⑤最大输入电流有效值:450rms。
四、实验内容
1.RLC串联电路的谐振特点研究:
(1)分别取R0=100Ω和R0=200Ω测两条谐振曲线,剖析电路中电阻不同会有什么影响。
(2)检测谐振频度,剖析谐振频度的检测值和理论值是否相等,若不相等,请剖析缘由。
(3)检测带宽:测出谐振曲线后,可由谐振曲线图求出带宽。
(4)检测品质质数Q,并分别用四种方式估算Q值,比较四种方式的估算结果是否相等,若不相等,剖析缘由。
操作提示:
①测绘谐振曲线时应保持讯号源的输出电流不变。讯号源输出电流为2V以下电阻的串联和并联题目,为易于估算,推荐值为1V。电源的频度f可由RLC实验仪的频度计直接读出,电路电压由I=UR0/R0算出。用交流毫伏表的两个通道分别测讯号源电流U和内阻R0的电流时须注意毫伏表两通道的相线是相通的,接入电路时应在同一点上(共地),否则会导致漏电。检测电路可参照右图。
②选合适的L值、C值和R值。
③测量点的选择:先估算出谐振频度f0的理论值,再从f0-1000(Hz)到f0+1000(Hz),相隔一定频度间隔测一次电流值,在谐振频度f0附近应减短步长多测几个点。
④当UR0达到最大时对应的电源频度就是谐振频度,请记录这一点的座标(f0,)。画图时应注意,这一点对应谐振曲线的峰值点。
⑤品质质数Q的检测方式:达到谐振时,检测电路中L、C上的电流UL和UC,由
可估算出Q。
五、数据记录
R0=100Ω时:共振频度的理论值f0=,共振频度的检测值为,达到共振时UR=789mV,UL=11.5V,UC=11.5V。
R0=200Ω时:共振频度的理论值f0=,共振频度的检测值为,达到共振时UR=906mV,UL=6.66V,UC=6.59V。
六、数据处理
1.依据下表和测得的共振频度点(f0,)做出串联电路的谐振曲线:
2.谐振频度的理论值和检测值比较:
R0=100Ω时:共振频度的理论值为f0=,共振频度的检测值为,相对偏差=(-)/×100%=-1.00%
R0=200Ω时:共振频度的理论值为f0=,共振频度的检测值为,相对偏差=(-)/×100%=-0.13%
两个检测值均高于理论值。
3.估算Q值,进行比较:
七、结果陈述
由串联电路的谐振曲线可得串联谐振电路达到谐振频度时电压有最大值。
R0=100Ω时:共振频度为,相对偏差为-1.00%,Q值约为11.50。
R0=200Ω时:共振频度为,相对偏差为-0.13%,Q值约为6.62。
八、实验总结与思索题
1.实验总结:
本次实验完满完成,个人须要改进的是数据处理的方式,具体为依据做出的谐振曲线求未知点坐标的方式。
2.思索题:
(1)为何串联谐振叫电流谐振?为何并联谐振称为电压谐振?
由于串联谐振电路发生谐振时,电压与电流同相位,电压达到最大,电容器和电感上的电流分别等于外加电流的Q倍且两者相等,所以串联谐振又称电流谐振;并联谐振电路发生谐振时,电压与电流同相位,电压达到最大,电容器和电感上的电压分别等于支路电压的Q倍且两者相等,所以并联谐振又称电电压谐振。
(2)求Q值时选定的两个频度f1,f2是否对称于f0?在哪些条件下对称?应用公式Q=f0/(f2-f1)是否要求对称?
求Q值时选定的两个频度f1,f2不对称于f0,当Q值趋向无穷大时两者对称于f0,不过使用该公式并不要求对称。
九、相关题
1.RLC串联电路发生谐振时,电流和电压之间的相位差为(C)
A.πB.3π/2C.0D.π/2
2.RLC串联电路中,保持电源电流不变,谐振时下述说法正确的是(C)
A.电路中电抗最大,电压最小
B.电路中电抗和电压都最大
C.电路中电抗最小,电压最大
D.电路中电抗和电压都最小
3.关于RLC串联电路谐振时的检波特点,正确的是(C)
A.纯电容性B.阻抗,容抗,感抗都有C.纯内阻性D.纯电感性
4.关于品质质数Q与谐振峰的关系,正确的是(A)
A.Q值越大,谐振峰越高
B.Q值大小与谐振峰高低无关
C.Q值越小,谐振峰越高
5.关于RLC串联电路Q值与谐振曲线带宽的关系,正确的是(A)
A.Q值越大,带宽越窄
B.Q值与带宽无关
C.Q值越大,带宽越宽
6.RLC串联电路中,其它条件不变时,品质质数Q值与R的关系,正确的是(C)
A.R越大,Q值越大
B.Q的大小与R无关
C.R越小,Q值越大
7.RLC串联电路中,其它条件不变时,品质质数Q值与C的关系,正确的是(C)
A.C越大,Q值越大
B.Q的大小与C无关
C.C越小,Q值越大
8.RLC串联电路中,其它条件不变时,品质质数Q值与L的关系,正确的是(B)
A.Q的大小与L无关
B.L越大,Q值越大
C.L越小,Q值越大
9.RLC串联电路中品质质数Q值与能量储存效率的关系,正确的是(B)
A.能量存储效率与品质质数无关
B.Q值越大,能量存储效率越高
C.Q值越小,能量存储效率越高
10.RLC串联电路谐振时,电源电流U0=2V,电容上电流UC=25V电阻的串联和并联题目,内阻上电流UR=1.6V,Q值估算结果为(B)
A.0.8B.12.5C.15.625D.1.25
11.RLC串联电路中,谐振频度=,通频带对应频度为、,Q值估算结果为(B)
A.14B.7.5C.8D.7
12.RLC串联电路谐振时,电容和电感上电流的相位差是(C)
A.3π/2B.0C.πD.π/2
13.关于串联和并联谐振说法正确的是(B)
A.串联谐振和并联谐振都是电压谐振
B.串联谐振叫电流谐振,并联谐振叫电压谐振
C.串联谐振叫电压谐振,并联谐振叫电流谐振
D.串联谐振和并联谐振都是电流谐振
14.RLC并联电路谐振时,电容和电感上电压的相位差是(C)
A.3π/2B.0C.πD.π/2
15.RLC并联电路谐振时,关于电容和电感上电压说法正确的是(B)
A.大小不等,相位相反
B.大小相等,相位相反
C.大小相等,相位相同
D.大小不等,相位相同
16.RLC并联电路谐振时,电压一定的情况下,说法正确的是(B)
A.阻抗最小,电流有效值最小
B.阻抗最大,电流有效值最大
C.阻抗最大,电流有效值最小
D.阻抗最小,电流有效值最大
17.RLC串联电路谐振频度,说法正确的是(B)
A.与RL有关B.与LC有关C.与RC有关D.与RLC都有关
18.RLC并联电路谐振频度,说法正确的是(D)
A.与RL有关B.与LC有关C.与RC有关D.与RLC都有关
19.RLC并联电路Q值与通频带带宽Δf的关系,正确的是(B)
A.Q的大小与带宽的大小不相关
B.Q越大,带宽越小
C.Q越小,带宽越小
20.本实验的实验目的是(ABC)
A.绘测RLC串联电路在R分别为100和200欧姆时的谐振I-f曲线
B.研究交流电路的谐振现象
C.学习绘测RLC电路谐振曲线的方式