RLC實(shí)驗(yàn)定值法與折算法的比較

〔關(guān)鍵詞〕 物理教學(xué);RLC實(shí)驗(yàn);諧振;定壓法;折算

法;恒流法

〔中圖分類號〕 G633.7〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463(2010)05(B)—0060—01

本實(shí)驗(yàn)要求研究和測量RLC串并聯(lián)電路的幅頻特性，并掌握幅頻特性的測量方法，進(jìn)一步了解回路Q值的物理意義，RLC電路的諧振特性原理如下:

1.RLC串聯(lián)諧振電路

RLC串聯(lián)電路如圖1所示，其交流電壓與交流電流值I(有效值)的關(guān)系為:

I=■=■

本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)電壓U保持不變時(shí)，I隨ω變化，作I-f圖，就可得到有尖鋒的諧振曲線，如圖2所示，電路的品質(zhì)因數(shù)Q為:

■=■=■

Q值一方面標(biāo)志諧振電路的性能，另一方面還標(biāo)志著電路的頻率選擇性.通常規(guī)定I值為最大時(shí)，f1和f2的頻率之差為“通頻帶寬度”，如圖3所示，根據(jù)這個定義，可以推出?駐f=f2-f1=■.可見Q越大帶寬越大，諧振曲線也就更尖銳.對于Q值的實(shí)驗(yàn)測法有兩種:一種是定壓法，另一種是折算法，分別敘述如下.

定壓法:線路見圖1，操作過程如下:

(1)選擇L=0.1H，C=0.33?滋F，R=30Ω，音頻信號的輸出電壓取3V，用晶體管毫伏表和示波器分別測量UR，可算出I值.

(2)頻率從100Hz開始，每隔100Hz測一次電壓值，直測到1500Hz，在f0附近多測幾個點(diǎn).

(3)當(dāng)諧振時(shí)，測量L和C的電壓值.

注意:每次改變f時(shí)，都要重新調(diào)整和測量音頻信號發(fā)生器的輸出電壓Ui，使它保持為3V.

折算法:串聯(lián)諧振特性是在定壓條件下測得的，對于不同f必須調(diào)整Us以保證ab端Ui固定不變，用折算法就可避免上述麻煩.在操作過程中，注意當(dāng)f改變時(shí)，不能調(diào)整發(fā)生器，這里Ui′是隨f變化而相應(yīng)變化的值，其余步驟與定壓法相同.

2. RLC并聯(lián)諧振電路

如圖4所示，其原理對于并聯(lián)諧振電路，我們采用兩種方法:一種是恒流法，另一種是折算法，分別敘述如下.

恒流法:線路見圖5所示，當(dāng)電路I保護(hù)恒定需要在電路中加入R′，使R′上的U′不隨f改變，則I′=■=常數(shù)，而并聯(lián)電路的Z與f有關(guān)，Zp=■，故只要測出U的大小，即可得Zp.因I為常數(shù)，則Zp與U成正比，當(dāng)諧振時(shí)Zp為最大，U也為最大，操作如下:

(1)選擇L=0.1H，C=0.05?滋F，R′=5000Ω，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器使U′維持為0.4V，測量此時(shí)U的值.

(2)f從1400Hz到3400Hz，每隔100Hz測一個點(diǎn)，諧振處多測幾個點(diǎn)，每次測量時(shí)注意，每改變頻率時(shí)都要重新調(diào)整信號發(fā)生器使U′維持在0.4V.

折算法:與串聯(lián)諧振所采用的折算法的處理思想相同.測量時(shí)操作步驟與恒流法大致相同，不同的是f改變時(shí)，不能調(diào)整信號發(fā)生器，而要使U′隨f發(fā)生變化并測出U′和Uz′隨f變化的對應(yīng)值.

又因Uz=■Uz′=■Uz′=■I0R′，所以測得U1′和U2′就可推知Uz.

對于串聯(lián)諧振曲線，理論上f0′=■=876Hz，可以看出折算法得到的f0與f0′較接近，結(jié)合實(shí)驗(yàn)，我認(rèn)為折算法比定壓法更準(zhǔn)確一些，體現(xiàn)在測f0時(shí)，僅調(diào)頻率旋鈕看到測R的毫伏表達(dá)到最大即可，而定壓法則需要同調(diào)頻率旋鈕及輸出電壓旋鈕，使UR達(dá)到最大，這樣就不易測準(zhǔn)f0 了.