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LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书)  

2008-09-30 10:36:02|  分类: 电子技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2008-01-21 19:25
LC 串并联谐振回路特性实验
一、实验目的
1、掌握LC 振荡回路的谐振原理。
2、掌握LC 串并联谐振回路的谐振特性。
3、掌握LC 串并联谐振回路的选频特性。
二、实验内容
测量LC 串并联谐振回路的电压增益和通频带,判断选择性优劣。
三、实验仪器
1、扫频仪 一台
2、20MHz 模拟示波器 一台
3、数字万用表 一块
4、调试工具 一套
四、实验原理
(一)基本原理
在高频电子线路中,用选频网络选出我们所需的频率和滤除不需要的频率成分。通
常,在高频电子线路中应用的选频网络分为两类。第一类是由电感和电容元件组成的振
荡回路(也称谐振回路),它又可以分为单振荡回路以及耦合振荡回路;第二类是各种
滤波器,如LC 滤波器,石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面滤波器等。本实验主要
介绍第一类振荡回路。
1、 串联谐振回路
信号源与电容和电感串联,就构成串联振荡回路。电感的感抗值( wL )随信号频
率的升高而增大,电容的容抗值(
wC
1
)则随信号频率的升高而减小。与感抗或容抗的
变化规律不同,串联振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最小值,而偏离特定频率时
的阻抗将迅速增大,单振荡回路的这种特性为谐振特性,这特定的频率称为谐振频率。
图2-1 所示为电感L、电容C 和外加电压Vs 组成的串联谐振回路。图中R 通常是
电感线圈损耗的等效电阻,电容损耗很小,一般可以忽略。
图2-1 串联振荡回路
保持电路参数R、L、C 值不变,改变外加电压Vs 的频率,或保持Vs 的频率不变,
而改变L 或C 的数值,都能使电路发生谐振(回路中的电流的幅度达到最大值)。
在某一特定角频率 w0 时,若回路电抗满足如下条件:
   LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱  (2-1)
则电流LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱为最大值,回路发生谐振。上式称为串联谐振回路的谐振条件。
回路发生串联谐振的角频率w0 和频率f0 分别为:
        
LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱        (2-2)
将式(2-2)代入式(2-1)得
LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱(2-3)
我们把谐振时的回路感抗值(或容抗值)与回路电阻R 的比值称为回路的品质因数,
以Q 表示,简称Q 值,则得
LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱(2-4)
若考虑信号源内阻Rs 和负载RL 后,串联回路的电路如图2-2 所示。由于Rs 和RL
的接入使回路Q 值下降,串联回路谐振时的等效品质因数 QL 为
LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱


图2-3 为串联振荡回路的谐振曲线,由图可见,回路的Q 值越高,谐振曲线越尖锐,
对外加电压的选频作用愈显著,回路的选择性就愈好。因此,Q 值的大小可说明回路选
择性的好坏。

当回路的外加信号电压的幅值保持不变,频率改变为w = w1 或2 w = w 时,此时回
路电流等于谐振值的LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱倍,如图2-4 所示。 w2 ? w 1称为回路的通频带,其绝对值为
LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱 (2-5)
式中 w1 和 w 2为通频带的边界角频率。在通频带的边界角频率 w1 和 w 2上,
LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱。这时,回路所损耗的功率为谐振时的一半,所以这两个特定的边界频率又
称为半功率点。
LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱

2、并联谐振回路
串联谐振回路适用于信号源内阻等于零或很小的情况(恨压源),如果信号源内阻
很大,采用串联谐振回路将严重降低回路的品质因数,使串联谐振回路的选择性显著变
坏(通频带过宽)。在这种情况下,宜采用并联谐振回路。
并联谐振回路是指电感线圈L、电容器C 与外加信号源相互并联的振荡电路,如图
2-5 所示。由于电容器的损耗很小,可以认为损耗电阻集中在电感之路中。
图2-5 并联振荡回路
LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱

并联振荡回路两端间的阻抗为:
   LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱    (2-6)
在实际应用中通常满足wl 〉〉R 的条件,因此
LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱 (2-7)
并联谐振回路的导纳Y=1/Z,由式(2-7)得
LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱(2-8)
式中,G=CR/L 为电导,B=(wC-1/wL)为电纳。
因此,并联振荡回路电压的幅值为
LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱(2-9)
由式2-9 可见,当回路导纳B=0 时LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱    ,回路电压V0 与电流Is 同相。我
们把并联振荡回路的这种状态叫做并联回路对外加信号源频率发生并联谐振。
由并联振荡回路导纳 LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱 的并联谐振条件,可以导出并联回路角
频率p w 和谐振频率p f 分别为:
LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱(2-10)
同样的 LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱

若考虑信号源内阻Rs 和负载RL 后回路Q 值下降。
和串联回路一样,Qp 愈高,谐振曲线愈尖锐,回路的选择性愈好,但通频带愈窄。
高频电子线路实验指导书

五、实验步骤
参考实验箱附带的接收模块上印刷的原理图G2。
1、在主箱上正确插好接收模块,按照电路原理图G2,正确连接电路电源线,+12V
孔接+12V,+5V 孔接+5V,GND 接GND(从电源部分+12V 和+5V 插孔用连接线接入),
接上电源通电,并拨动开关K1 (若正确连接了,扩展板上的电源指示灯将会亮)。
2、将跳线JA1 连接好,JAB 断开,组成LC 串联回路,输入频率为10.7MHz 的高频
信号(参考高频信号源的使用),观察电路起振情况,记录输入、输出电压值。
3、电压增益AV0
可以由示波器直接测量。方法如下:
用示波器测输入信号的峰峰值,记为Ui。测输出信号的峰峰值记为Uo。则小信号
放大的电压放大倍数为Uo/Ui。
同学们也可以换用扫频仪测试AV0 。
4、测量通频带BW
用逐点法测量BW。先调谐LC 谐振回路使其谐振o f =10.7MHz,记下此时的电压放大
倍数vo A ,然后改变高频信号发生器的频率(保持其输出电压uS 不变),并测出对应的
电压放大倍数vo A ,多测几点。
用扫频仪测量BW。同学们自行测试,并比较结果。
5、放大器的选择性
放大器选择性的优劣可用放大器谐振曲线的矩形系数Kr0.1 表示,用(4)中同样的
方法测出B0.1 即可得:
LC 串并联谐振回路特性实验--(转自高频电子线路实验指导书) - 阿豆 - 呵呵爱

6、将跳线JA1 连接好,JAB 断开,组成LC 并联回路,做上面同样的步骤。
六、实验报告
1、整理好实验数据,并以表格形式记录。
2、在坐标纸上绘出LC 串并联回路不同Q 值的谐振曲线。
3、在坐标纸上绘出LC 串并联回路的通频带,指出截止频率。
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