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基于示波器的完整谐振电路实验方案设计与实践
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基于示波器的完整谐振电路实验方案设计与实践

实验目标与意义

本实验旨在通过示波器系统掌握谐振频率的实测方法，并学会利用测量数据反推电感参数。该技能在滤波器设计、无线通信模块调试及电源管理电路优化中具有重要应用价值。

实验器材清单

设备名称规格要求
示波器至少20 MHz带宽，支持自动测量功能
函数信号发生器可输出0.1 Hz ~ 10 MHz 正弦波
电感线圈未知值，建议使用空心或铁芯电感
电容标准值，如100 nF、1 μF
连接线与探头匹配示波器接口，带屏蔽层

实验步骤详解

  1. 搭建电路：将电感与电容串联，连接至信号发生器输出端，示波器探头接于电容两端以监测电压变化。
  2. 初始设置：将信号发生器设为正弦波模式，频率设为1000 Hz，幅度调至5 Vpp。
  3. 频率扫描：逐步增加频率（每步100 Hz），记录示波器上电压峰值。
  4. 绘制曲线：以频率为横坐标，电压幅值为纵坐标，绘制幅频特性曲线。
  5. 确定谐振点：找出电压最大值所对应的频率，即为谐振频率 $ f_0 $。
  6. 计算电感值：代入公式 $ L = \frac{1}{(2\pi f_0)^2 C} $ 进行计算。

误差来源与改进措施

实际测量中可能存在以下误差：

  • 寄生参数影响：导线电感、杂散电容会改变实际谐振点，建议使用短而粗的连接线。
  • 探头负载效应：探头输入阻抗可能影响电路工作状态，应选用高阻抗探头。
  • 信号失真：非理想正弦波可能导致读数偏差，可启用信号发生器的“纯正弦”模式。
  • 示波器采样率不足：确保采样率高于信号最高频率的两倍以上。

拓展应用：从谐振学到滤波器设计

掌握谐振频率测量后，可进一步应用于：

  • 设计带通/带阻滤波器；
  • 优化LC振荡器起振条件；
  • 评估电源线路中的谐振风险；
  • 检测电磁干扰（EMI）热点区域。
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