南邮计科电工电子实验B《RLC串联谐振电路》实验报告

实验目的

1、熟悉RLC串联谐振电路的特点,加深对串联谐振电路特性的理解。

2、掌握RLC串联谐振电路各参数的测量方法。

3、掌握用实验方法测量、绘制RLC电路频率特性曲线的方法。

4、研究电路元件参数对谐振频率、品质因数和通频带的影响。

主要仪器设备及软件

硬件:函数信号发生器、数字示波器、台式万用表、5.6mH电感、20Ω电阻、0.1μF电容

软件:NI Multisim 14.0, Matlab 2023b, Visio

实验原理(或设计过程)

串联谐振电路由电阻(R)、电感(L)、电容(C)串联后外接正弦交流电源构成,各元件依次连接形成串联回路。当电路中电感产生的感抗()与电容产生的容抗()相等时,电路发生谐振,此时电源频率称为谐振频率,该频率仅由电感和电容参数决定,与电阻无关。

谐振时电路呈现纯电阻特性,总阻抗最小且等于电阻,在电源电压一定的情况下,电路电流达到最大值且与电压同相位;电感和电容两端电压大小相等,均为电源电压的倍(,品质因数,),可能出现高电压需注意安全,而电阻两端电压等于电源电压。

品质因数反映电路对谐振频率的选择性和能量损耗,值越大选择性越好、损耗越小;通频带是电流幅值降至谐振电流倍时的频率范围,其宽度,与值成反比。实验中可通过改变电源频率或调节电感、电容参数,观察电流和电压变化,验证谐振条件与特性并测量相关参数。

实验电路图

实验数据分析和实验结果

1)Matlab理论计算结果:

谐振频率 f0 = 6725.523866 Hz

品质因数 Q = 2.366432

带宽 BW = 2842.052555 Hz

频率范围 f1 = 5304.497588 Hz, f2 = 8146.550143 Hz

  1. 数据表格
  1. 电流谐振曲线

实验小结

本实验中,熟练掌握了示波器、信号发生器、台式万用表的使用,加深了对RLC电路的理解。强化了RLC电路的推导分析,和Multisim,Matlab等仿真软件的使用。不足是电压测量的时候只有一个万用表,给实验造成了不变。实验箱电容偏大,导致测量结果与理论值相差较大。

思考题:

在串联谐振时,电容电压等于电感电压,相位相反。

VRt等于0.707VRt0

附录

MATLAB2023b****代码

理论计算:

% 定义参数

R = 50+30+20; % 电阻,单位:欧姆

L = 5.6e-3; % 电感,单位:亨利

C = 0.1e-6; % 电容,单位:法拉

% 计算谐振频率 f0,单位:Hz

f0 = 1 / (2 * pi * sqrt(L * C));

% 计算品质因数 Q

Q = sqrt(L / C) / R;

% 计算带宽 BW,单位:Hz

BW = f0 / Q;

% 计算频率范围 f1 和 f2

f1 = f0 - BW / 2;

f2 = f0 + BW / 2;

% 显示结果

fprintf('谐振频率 f0 = %f Hz\n', f0);

fprintf('品质因数 Q = %f\n', Q);

fprintf('带宽 BW = %f Hz\n', BW);

fprintf('频率范围 f1 = %f Hz, f2 = %f Hz\n', f1, f2);

图像绘制:

frequency = 2, 3, 4, 5.98, 6.5, 6.87, 7.5, 8.1, 9, 10, 20, 30 * 1000;

current = 0.65, 1.1, 1.8, 5.3, 6.9, 7.25, 6.35, 5.15, 3.7, 2.85, 0.9, 0.55;

frequency_fine = linspace(min(frequency), max(frequency), 300);

current_interpolated = interp1(frequency, current, frequency_fine, 'pchip');

figure;

semilogx(frequency_fine, current_interpolated, '-b');

hold on;

semilogx(frequency, current, 'or');

xlabel('Frequency (Hz)');

ylabel('Current (mA)');

title('Current vs. Frequency (Smoothed)');

grid on;

xticks = 2000, 3000, 4000, 6500, 7500, 9000, 10000, 20000, 30000;

set(gca, 'XTick', xticks);

set(gca, 'XTickLabel', arrayfun(@(x) sprintf('%d', x), xticks, 'UniformOutput', false));

for i = 1:length(frequency)

str = sprintf('(%d, %0.2f)', frequency(i), current(i));

text(frequency(i), current(i), str, 'VerticalAlignment', 'bottom', 'HorizontalAlignment', 'right');

end

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