实验报告_RLC谐振电路

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图 1 的交流等效电路如上图所示(图中������������ = − ������������ ) 。晶体管集电极电流������������ 即为 RLC 并联谐振回路的激励电流。
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《电子电路与系统基础实验》
实验十一 RLC 谐振电路的特性与应用
对于 RLC 并联谐振回路,其阻抗 ������(������������) = ������ ������ ������0 1 + ������������ (������ − ������ ) 0
四、 实验数据整理与分析(原始数据附最后)
(1) 测量 RLC 并联谐振回路的频率特性(阻抗特性)及主要特性参数
A、测量回路谐振频率 f0,并记录谐振时输出电压 vo 与射极电压 ve 波形。比较测量结果 与理论分析结果,分析两者存在误差的原因。 示波器波形(黄色为输入交流小信号 vo) :
三、 预习报告
(1) 测量 RLC 并联谐振回路的频率特性(阻抗特性)及主要参数
实验电路:
图 1 RLC 并联谐振实验电路 如图,利用共射级放大电路组成一个压控电流源作为 RLC 并联谐振回路的激励, 于是有如图所示的交流等效电路,集电极输出电流 ic 与等效交流电路中电流源 iS 反相。
图 2 RLC 并联谐振实验电路交流等效电路 而对于 RLC 并联谐振回路,其阻抗 ������ ������ ������0 1 + ������������ (������ − ������ ) 0
(1) RLC 并联谐振回路
图 1 RLC 并联谐振实验电路 如图 1, 虚线方框内的部分为晶体管 T 及相关的阻容元件组成典型的共射极放大电 路,RLC 并联谐振回路是其集电极负载。设置合适的静态工作点使晶体管 T 工作在放大 状态,射极电阻R E2 是电流取样电阻,引入了较深的电流串联负反馈,使得从集电极看 进去的输出电阻很高,所以晶体管的集电极输出电流������������ 便可看成是受输入电压������������ 控制的 交流电流源。
2
, ������(������������) = −arctan ������ (������������ −
1 ) ������������
进一步可推导出该 RLC 电路的 3dB 带宽:������������ =
������0 ������
而对于图 1 所示的实验电路, 当回路谐振时, 输出电压������������ 与激励电流������������ 的相位相同, 与晶体管集电极电流������������ 相位相反。 假设满足(������ + 1)������������2 ≫ ������������������ , ������������������ 为晶体管基极与发射极 之间的动态电阻,则晶体管射极信号电压������������ 近似等于输入电压������������ ,即������������ ≈ ������������ = ������������ ������������2 ≈ ������������ ������������2。这说明调节������������ 即可改变������������(压控电流源) ,同时回路的激励电流������������ 可通过测量射极 电压������������ 间接获得,即: ������������ = − ������������ ������������2
《电子电路与系统基础实验》
实验十一 RLC 谐振电路的特性与应用
实验题目:RLC 谐振电路的特性与应用
姓名:林霁澜 学号:2014011144 日期:2015.12.15&2015.12.24
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实验十一 RLC 谐振电路的特性与应用
一、 实验目的
通过实验掌握 RLC 并联与串联谐振回路的基本特性、主要特性参数,并 初步了解其典型应用。
(2) RLC 并联谐振回路的选频应用
①vi 为峰峰值 30mV 的正弦交流信号,根据上述实验数据所得到谐振频率 f0,改变输入 信号 vi 的频率依次为谐振频率 f0 的 0.9 倍、0.95 倍、1 倍、1.05 倍、1.1 倍,测量其相应的 输出电压 vo 的峰峰值,并记录输入波形与输出波形,观察电路的选频放大作用。 0.9 f0 vopp-仿真值(mV) vopp-实验值(mV) ②vi 为-15mV~15mV、频率为 f0 的方波信号,记录此时电路的输入波形与输出波形, 观察电路的选频放大作用。 81.4 0.95 f0 160.6 f0 537.5 1.05 f0 172.9 1.1 f0 90.7
当 RLC 并联回路谐振时,输出电压������������ 与射极电压������������ 两者相位刚好相反。 故 RLC 并联谐振回路的阻抗可以利用以下公式计算得到: ������(������������) = 阻抗的模和相角分别为: |������(������������)| = ̇ ������ | |������ ������ ̇ ������2 |������ ������ | ̇ ������ ������ ≈ ̇ ������������ ̇ ������ ������ − ̇ ������ ������ ������������2 =− ̇ ������ ������ ������ ̇ ������2 ������ ������
由此阻抗模与相角随频率变化的关系为: ������ √1 + ������ 2 (������������ − 1 ) ������������
2
|������(������������)| =
, ������(������������) = −arctan ������ (������������ −
1 √������������
其中,������ = ������ ������为品质因数,������0 =
0
������
= 2������������0 为谐振电路的无阻尼自由振荡频率。
由此阻抗模与相角随频率变化的关系为: |������(������������)| = ������ √1 + ������ 2 (������������ − 1 ) ������������
������(������������) =
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实验十一 RLC 谐振电路的特性与应用
其中,������ = ������ ������为品质因数,������0 =
0
������
1 √������������
= 2������������0 为谐振电路的无阻尼自由振荡频率。
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实验十一 RLC 谐振电路的特性与应用
(3) RLC 串联谐振回路组成的陷波电路
如图为 LC 串联谐振回路组成的陷波电路,实际上是 LC 支路阻抗与电阻 R 的分压电 路。在回路谐振频率上 LC 支路阻抗很小,输出电压也很小;而在远离谐振频率各点,LC 支路的阻抗较大,输出电压也较大,从而有效地抑制了谐振频率附近的信号,这就是陷波 作用。理论计算有������0 =
实验十一 RLC 谐振电路的特性与应用
f vopp (mV) 备注:由于在②中需要测量不同倍频的输出电压峰峰值,故此处取峰峰值以利用数据。 ②观察陷波应用。改变输入信号 vi 的频率依次为谐振频率 f0 的 0.5 倍、0.8 倍、1 倍、 1.2 倍、1.5 倍,测量输出电压 vo 的峰峰值,并记录输入波形与输出波形。 0.5 f0 vopp-仿真值(mV) vopp-实验值(mV) 418.7 0.8 f0 137.8 f0 0.2 1.2f0 114.3 1.5 f0 252.3
二、 实验电路图及其说明
选频作用是 RLC 谐振电路的基本特性,在电子电路中有广泛的应用,常用来实 现信号的选频放大、自激振荡和滤波等。掌握 RLC 并联谐振回路和串联谐振回路的 特性及其主要特性参数十分重要。 考虑到 RLC 并联谐振回路在实际应用中更为普 遍,所以本实验以 RLC 并联谐振回路作为研究的重点。
1 2������√������������
= 503.3������������������
①输入峰峰值为 1V 的正弦交流信号,保持输入电压的幅度不变,改变其频率,测量 输出电压 vo,画出输出电压随频率变化的曲线。注意确定谐振频率 f0。 f vopp (mV)
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实验十一 RLC 谐振电路的特性与应用
用 LC 串联谐振回路组成的陷波电路如图 2 所示,实际上是 LC 支路的阻抗与电阻 R 的 分压电路。在回路谐振频率上 LC 支路的阻抗很小,输出电压也很小,而在远离谐振频率各 点,LC 支路的阻抗较大,输出电压也较大,从而有效地抑制了谐振频率附近的信号,这就 是陷波作用。
������(������������) = ������������ − ������������ + ������ 由此可见, RLC 并联谐振电路阻抗可以通过测量输出电压������������ 与射极电压������������ 间接得到。
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(2) RLC 串联谐振回路组成的陷波电路:
图 2 RLC 串联谐振实验电路
1 ) ������������
进一步可推导出该 RLC 电路的 3dB 带宽:������������ =
������0 ������
在实验中测量 RLC 并联电路的阻抗特性时,采用以下计算公式: ������(������������) = 故阻抗的模和相角分别为: |������(������������)| = 实验任务: 实验电路如图 1 所示。其中直流电源电压 VCC 为+12V,调节电位器 RW 使得晶体管 T 的 ICQ≈1.0mA,输入信号 vi 为函数信号发生器产生的峰峰值为 30mV 的正弦交流信号。 ①测量 RLC 并联回路的谐振频率 fo,并记录谐振时输出电压 vo 与射极电压 ve 波形。比 较测量结果与理论分析结果,分析两者存在误差的原因。 注意: 1、 对于幅度小噪声明显的波形,可将示波器的通道“带宽限制”打开,测量时用 “光标手动测量” ;被测信号频率高于 200kHz 时,探头衰减要设置为“×10”。 2、 测量谐振频率 f0 时,以输出电压与激励电流同相时的频率为准。 理论值 f0 503.3kHz 仿真值 495.5kHz 实验值 ̇ ������ | |������ ������ , ������(������������) = ������������ − ������������ + ������ ̇ ������2 |������ ������ | ̇ ������ ������ ≈ ̇ ������������ ̇ ������ ������ − ̇ ������ ������ ������������2 =− ̇ ������ ������ ������ ̇ ������2 ������ ������
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实验十一 RLC 谐振电路的特性与应用
②测得 RLC 并联回路的上限截止频率 fH 和下限截止频率 fL 并通过计算得到 RLC 并联回 路的带宽 BW 和品质因数 Q。 注意:测量上限截止频率 fH 和下限截止频率 fL 时,输入信号幅度保持不变,以输出电 压幅度等于谐振时的输出电压幅度的 1/ √2 时的频率为准。 谐振时输出 电压幅度 理论值 仿真值 实验值 ③通过测量画出 RLC 并联回路的阻抗特性曲线,即阻抗的模与相角随频率变化的曲 线。实验中要保持输入电压幅度不变,适当地改变信号的频率,通过测量各频率点的输出 电压 vo 和射极电压 ve 所获的数据画出回路的阻抗特性曲线。 f vo 幅度(mV) ve 幅度(mV) φo-φe(°) f vo 幅度(mV) ve 幅度(mV) φo-φe(°) \ 537.5mV 上限截止频 率 fH 511.2kHz 504.1kHz 下限截止频 率 fL 495.3kHz 487.7kHz 带宽 BW=fH-fL 15.9kHz 16.4kHz 品质因数 Q=f0/BW 31.6 30.2
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