实验1.4 交流电路的频率特性实验目的：●探究实验参数对测量值的误差影响。

●探究不同测量方案对测量值的误差影响。

●探究串联谐振和并联谐振的不同特性。

实验内容：EDA仿真分析所设计的方案的可行性。

并列出电路参数（R,L,C）用于实验验证。

提示：参数包括R.L.C的值和电源电压U的大小对实验测量误差的影响。

可以选择且不局限于以下参数分析：U=1V;2V;3V..。

R=10Ω；30Ω；51Ω;100Ω…。

L=9mH;1mH;500uH…。

C=33nF;10nF;33uF…。

谐振点的测量方法参考：示波器观察李沙育图像φ=0；万用表测量UX=0（UX=UC-L）；示波器观察电压电流同相位；万用表测量UR最大…对比哪种方法测量误差更小？哪种方案好？自行设计并联谐振测量参数和方案。

按照仿真的结论和结果列出元器件清单。

到实验室接线验证设计方案和电路参数的可行性。

思考总结：仿真和实验对比分析，总结存在的问题及解决方法。

实验1.4.1 硬件实验1．实验目的（1）掌握RLC串联电路的谐振现象、特点及元件参数对电路频率特性的影响。

（2）了解RC串并联电路的选频特性。

（3）熟悉功率函数发生器、示波器和交流毫伏表的使用。

2．实验预习要求（1）阅读实验1.1附录及本实验附录，了解功率函数发生器、交流毫伏表和双踪示波器的使用方法。

（2）能否用万用表测量本实验中各交流电压？为什么？（3）掌握RLC串联电路的频率特性。

在图1.4.1中，若功率函数发生器输出电压有效值U=2V，R=51Ω、C=33nF、L= 9mH、线圈电阻r L =0.7Ω（由于各实验板上电感线圈的电感、线圈电阻各不相等，此处取近似值），试计算电路的性能指标：谐振频率f0 =_9235.11_Hz品质因数（需考虑r L）Q =___10.10__________谐振时电感和电容电压U L0 ≈U C0 =__20_____V通频带f BW=___914.26____Hz（4）计算图1.4.2所示RC串并联选频网络，当输出电压u o与输入电压u i同相时，频率f o =___530.5__Hz，此时U o /U i =___1/3___。

3．实验仪器和设备4．实验内容及要求（1）RLC串联电路频率特性的测量A. 按图1.4.1接线，R = 51Ω、C = 33nF。

由函数发生器的“功率输出端”提供频率和幅度可调的正弦电压。

利用V-212示波器通道CH1显示信号源电压u的波形，通道CH2显示电阻电压u R的波形（此处电流i与电阻电压u R同相位）。

B. 把电路调到谐振状态，测量谐振频率f o测量谐振频率f o可以采用调节信号源频率，使电压u和u R同相的方法，本实验用李萨育图形法。

调节信号源频率等于本实验“预习要求（3）”中的估算值f0，信号源输出电压有效值U=2V，用示波器观察u和u R波形的相位关系，微调信号源频率，使u和u R同相。

将V-212示波器“扫描频率开关”（TIME/DIV）旋钮选择“X-Y”工作方式，CH1成为X轴通道。

谐振时示波器显示波形为一斜直线，此时信号源频率即为电路的实际谐振频率f0，电阻上电压U R = U R0为最大。

注意：a) 示波器CH1、CH2的“VOLTS/DIV”旋钮应选取相同档位(可置于1V)。

b) 由于除电感线圈有电阻外电容器也有功率损耗，所以谐振时电阻电压U R0的实际测量值小于理论计算值。

图1.4.1 RLC串联电路C. 测量RLC串联电路的电流谐振曲线根据表1.4.1给出的频率值，调节函数发生器的输出频率，用交流毫伏表测量每一频率上U R的数值，填入表1.4.1中。

表中f1、f0、f2之间的空格可酌情选取适当的频率。

在谐振状态下，加测U L0、U C0，并将f0、U R0、U L0和U C0记入表1.4.4中。

注：表1.4.1中f2和f1分别是通频带f BW的上、下限频率，应在测出f0及相应U R0后，经计算获得U f1、U f2 ( = 0.707U R0 )，再由U f1、U f2的值测出f1和f2。

表1.4.1注意：a) 改变频率时应保持信号源输出电压有效值U = 2V不变，b) 测量电感和电容上的电压时，应根据估算值，选择交流毫伏表的合适量程。

D. 调节电源频率，观察电源电压u和电流i的相位关系此时示波器TIME/DIV旋钮应恢复为X-T方式。

定性画出u、u R（电流i与电阻电压u R同相位）波形的相位关系，记录于表1.4.2中。

注：a) 表1.4.2“相位差”一栏中，根据观察波形的相位关系对应填入>0、<0或=0。

b)“电路性质”一栏中，对应填入电阻性、电感性、电容性。

表1.4.2<0 =0 >0电容性电阻性电感性E. 改变电阻参数，再测RLC串联电路的电流谐振曲线在图1.4.1中，选取R=100Ω，其它电路参数不变，重复上述实验步骤，将测量值记入表1.4.3中。

表中f1、f0、f2之间的空格可酌情选取适当的频率。

在谐振状态下，加测U L0、U C0，并将f0、U R0、U L0和U C0的数值记入表1.4.4中。

表1.4.3取C=10nF，R=51Ω，电源电压保持2V（有效值）不变，测量谐振频率f0、谐振时的电压U R0、U L0、U C0，将测量值记入表1.4.4中。

表1.4.4（2）RC串并联电路选频特性的测量RC串并联电路如图1.4.2所示，它常被用于正弦波振荡电路中作为选频网络。

按照图1.4.2连接电路，其中：R = 300Ω，C = 1μF ，输入信号是由函数发生器“功率输出端”提供的正弦波，电压有效值U i = 3V 。

用上述测量谐振频率f 0的方法，按计算出的f 0理论值来调节输入信号频率，使u o 和u i 同相，对应的频率即为f 0的实测值。

按表1.4.5要求，测量在指定频率点上输出电压U o 的数值，并计算U o 与U i 的比值，记入表1.4.5中。

5. 总结要求（1）将表1.4.1和表1.4.3测量数据的两条I ( f )曲线，用坐标纸画在同一坐标中。

并说明Q 值对谐振曲线的影响（计算Q 值时应考虑线圈电阻r L ）。

答：图表如下图。

又图可知，品质因数Q 越大，谐振曲线的峰值越大，曲线也更尖锐；反之，品质因数越小，谐振曲线峰值越小，曲线也平缓。

图1.4.2+u o-（2）整理实验数据填入表1.4.6中，与理论值作比较。

L = 9mH，r= 0.7Ω表1.4.6（3）根据f0、Q、f BW和谐振时U L0、U C0等实验数据，说明元件参数R、L、C对电路频率特性的影响。

答：谐振频率由电路的电阻，电感和电容决定，所以增大电阻和电感，减小电容都会使谐振频率升高，同时谐振频率是品质因数Q和通频带fBW的乘积，所以当品质因数提高时，I（f）曲线在f0处会更加集中，I0也会变大，通频带fBW则是会变小。

实验1.4.2 仿真实验1．实验目的（1）研究RLC串联电路的谐振现象、特点及元件参数对电路频率特性的影响。

（2）了解RC串并联电路的选频特性。

（3）学习仿真软件Multisim中交流频率分析（AC Analysis）、波特仪（Bode Plotter）的使用方法。

2．实验预习要求（1）掌握RLC串联电路的频率特性。

在图1.4.1中，若功率函数发生器输出电压U=2V，R=51Ω、C=33nF、L= 9mH、线圈电阻r L =0.7Ω（由于各实验板上电感线圈的电感、线圈电阻各不相等，这里取近似值），试计算电路的性能指标：谐振频率f0 =__9235.1__Hz品质因数（需考虑r L）Q =_10.1______谐振时电感和电容电压U L0 ≈U C0 =_20.2_____V通频带f BW=___914.4___Hz（2）计算图1.4.2所示RC串并联选频网络，当输出电压u o与输入电压u i同相时，频率f o =___530.5_____Hz，此时U o /U i =__1/3____。

（3）预习附录E2.4.4和E3.2 ，掌握交流频率分析（AC Analysis）和波特图分析仪（Bode Plotter）的使用方法。

3．实验仪器设备及元器件参数4．实验内容及要求（1）RLC串联电路频率特性的测量（AC Analysis方法）按图1.4.3在Multisim中连接电路，并设置所用元器件参数，鼠标双击R2电阻的上端导线，在弹出的Net属性窗口中，将Net Name的属性改为OUT，以方便识别。

单击Simulate/Analyses/AC Analysis ，打开AC Analysis 属性设置窗口，如附录E 图E3.4所示。

修改交流频率分析参数如下：Start frequency ：6kHz Stop frequency ：14kHzSweep type ：LinearNumber of points ：10000Vertical scale ：Linear同时，在Output 属性页中，选择输出节点为图1.4.3中节点OUT 。

完成上述设置后，单击AC Analysis 属性设置下方的Simulate 按钮，运行AC Analysis 仿真。

在仿真图形输出窗口中，确定图1.4.3电路的谐振频率、通频带，并画出幅频、相频特性曲线。

（谐振频率即为幅频特性曲线最顶点对应的频率，通频带即为对应幅频特性曲线最大值的0.707时的两个频率之差。

）f 0 =__________kHz ， f BW =__________kHz 。

（2）RLC 串联电路频率特性的测量（Bode Plotter 方法）按图1.4.4连接电路，并按要求设置各电路元件的参数。

双击Bode Plotter ，弹出如图1.4.5所示对话框，按图1.4.5设置对话框中各个参数，并单击对话框中set …按钮，在弹出的对话框中将Resolution Points 设置为最高1000，然后单击Accept 退出。

随后单击图1.4.5中的Phase 按钮，设置相频特性显示角度为：−100︒ ~ 100︒。

图1.4.4 图1.4.3图1.4.5 波特仪的参数设置按F5，运行仿真程序，观察Bode Plotter的输出图形，通过游标确定电路的谐振频率、通频带，并画出幅频、相频特性曲线。

（3）确定谐振频率后，将交流电源的频率调整为该谐振频率，通过万用表测量电感（含r L =0.7Ω）和电容两端的电压，如图1.4.3所示，并将数据记录在表1.4.7中。

（4）将R2改为100Ω，其它参数不变，重做步骤（1）、（3）或（2）、（3），观察Bode Plotter的输出图形与R2 =51Ω时有何不同。

确定谐振频率、通频带，谐振时电感、电容两端的电压，并记录在表1.4.7中。

（5）取C = 10nF，R2 = 51Ω，其它参数不变，重做步骤（1）、（3）或（2）、（3），测量谐振频率、通频带，谐振时电感、电容两端的电压，并记录在表1.4.7中。