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〔关键词〕 物理教学;RLC实验;谐振;定压法;折算
法;恒流法
〔中图分类号〕 G633.7〔文献标识码〕 C
〔文章编号〕 1004—0463(2010)05(B)—0060—01
本实验要求研究和测量RLC串并联电路的幅频特性,并掌握幅频特性的测量方法,进一步了解回路Q值的物理意义,RLC电路的谐振特性原理如下:
1.RLC串联谐振电路
RLC串联电路如图1所示,其交流电压与交流电流值I(有效值)的关系为:
I=■=■
本实验中当电压U保持不变时,I随ω变化,作I-f图,就可得到有尖锋的谐振曲线,如图2所示,电路的品质因数Q为:
■=■=■
Q值一方面标志谐振电路的性能,另一方面还标志着电路的频率选择性.通常规定I值为最大时,f1和f2的频率之差为“通频带宽度”,如图3所示,根据这个定义,可以推出?驻f=f2-f1=■.可见Q越大带宽越大,谐振曲线也就更尖锐.对于Q值的实验测法有两种:一种是定压法,另一种是折算法,分别叙述如下.
定压法:线路见图1,操作过程如下:
(1)选择L=0.1H,C=0.33?滋F,R=30Ω,音频信号的输出电压取3V,用晶体管毫伏表和示波器分别测量UR,可算出I值.
(2)频率从100Hz开始,每隔100Hz测一次电压值,直测到1500Hz,在f0附近多测几个点.
(3)当谐振时,测量L和C的电压值.
注意:每次改变f时,都要重新调整和测量音频信号发生器的输出电压Ui,使它保持为3V.
折算法:串联谐振特性是在定压条件下测得的,对于不同f必须调整Us以保证ab端Ui固定不变,用折算法就可避免上述麻烦.在操作过程中,注意当f改变时,不能调整发生器,这里Ui′是随f变化而相应变化的值,其余步骤与定压法相同.
2. RLC并联谐振电路
如图4所示,其原理对于并联谐振电路,我们采用两种方法:一种是恒流法,另一种是折算法,分别叙述如下.
恒流法:线路见图5所示,当电路I保护恒定需要在电路中加入R′,使R′上的U′不随f改变,则I′=■=常数,而并联电路的Z与f有关,Zp=■,故只要测出U的大小,即可得Zp.因I为常数,则Zp与U成正比,当谐振时Zp为最大,U也为最大,操作如下:
(1)选择L=0.1H,C=0.05?滋F,R′=5000Ω,调节信号发生器使U′维持为0.4V,测量此时U的值.
(2)f从1400Hz到3400Hz,每隔100Hz测一个点,谐振处多测几个点,每次测量时注意,每改变频率时都要重新调整信号发生器使U′维持在0.4V.
折算法:与串联谐振所采用的折算法的处理思想相同.测量时操作步骤与恒流法大致相同,不同的是f改变时,不能调整信号发生器,而要使U′随f发生变化并测出U′和Uz′随f变化的对应值.
又因Uz=■Uz′=■Uz′=■I0R′,所以测得U1′和U2′就可推知Uz.
对于串联谐振曲线,理论上f0′=■=876Hz,可以看出折算法得到的f0与f0′较接近,结合实验,我认为折算法比定压法更准确一些,体现在测f0时,仅调频率旋钮看到测R的毫伏表达到最大即可,而定压法则需要同调频率旋钮及输出电压旋钮,使UR达到最大,这样就不易测准f0 了.
法;恒流法
〔中图分类号〕 G633.7〔文献标识码〕 C
〔文章编号〕 1004—0463(2010)05(B)—0060—01
本实验要求研究和测量RLC串并联电路的幅频特性,并掌握幅频特性的测量方法,进一步了解回路Q值的物理意义,RLC电路的谐振特性原理如下:
1.RLC串联谐振电路
RLC串联电路如图1所示,其交流电压与交流电流值I(有效值)的关系为:
I=■=■
本实验中当电压U保持不变时,I随ω变化,作I-f图,就可得到有尖锋的谐振曲线,如图2所示,电路的品质因数Q为:
■=■=■
Q值一方面标志谐振电路的性能,另一方面还标志着电路的频率选择性.通常规定I值为最大时,f1和f2的频率之差为“通频带宽度”,如图3所示,根据这个定义,可以推出?驻f=f2-f1=■.可见Q越大带宽越大,谐振曲线也就更尖锐.对于Q值的实验测法有两种:一种是定压法,另一种是折算法,分别叙述如下.
定压法:线路见图1,操作过程如下:
(1)选择L=0.1H,C=0.33?滋F,R=30Ω,音频信号的输出电压取3V,用晶体管毫伏表和示波器分别测量UR,可算出I值.
(2)频率从100Hz开始,每隔100Hz测一次电压值,直测到1500Hz,在f0附近多测几个点.
(3)当谐振时,测量L和C的电压值.
注意:每次改变f时,都要重新调整和测量音频信号发生器的输出电压Ui,使它保持为3V.
折算法:串联谐振特性是在定压条件下测得的,对于不同f必须调整Us以保证ab端Ui固定不变,用折算法就可避免上述麻烦.在操作过程中,注意当f改变时,不能调整发生器,这里Ui′是随f变化而相应变化的值,其余步骤与定压法相同.
2. RLC并联谐振电路
如图4所示,其原理对于并联谐振电路,我们采用两种方法:一种是恒流法,另一种是折算法,分别叙述如下.
恒流法:线路见图5所示,当电路I保护恒定需要在电路中加入R′,使R′上的U′不随f改变,则I′=■=常数,而并联电路的Z与f有关,Zp=■,故只要测出U的大小,即可得Zp.因I为常数,则Zp与U成正比,当谐振时Zp为最大,U也为最大,操作如下:
(1)选择L=0.1H,C=0.05?滋F,R′=5000Ω,调节信号发生器使U′维持为0.4V,测量此时U的值.
(2)f从1400Hz到3400Hz,每隔100Hz测一个点,谐振处多测几个点,每次测量时注意,每改变频率时都要重新调整信号发生器使U′维持在0.4V.
折算法:与串联谐振所采用的折算法的处理思想相同.测量时操作步骤与恒流法大致相同,不同的是f改变时,不能调整信号发生器,而要使U′随f发生变化并测出U′和Uz′随f变化的对应值.
又因Uz=■Uz′=■Uz′=■I0R′,所以测得U1′和U2′就可推知Uz.
对于串联谐振曲线,理论上f0′=■=876Hz,可以看出折算法得到的f0与f0′较接近,结合实验,我认为折算法比定压法更准确一些,体现在测f0时,仅调频率旋钮看到测R的毫伏表达到最大即可,而定压法则需要同调频率旋钮及输出电压旋钮,使UR达到最大,这样就不易测准f0 了.