rlc串聯(lián)諧振電路的實驗研究

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1、RLC串聯(lián)諧振電路的實驗研究時間：2011-02-1412:48:15來源：現(xiàn)代電子技術(shù)作者：朱華光，朱瑋瑋浙江交通技師學(xué)院摘要：從RLC串聯(lián)諧振電路的方程分析出發(fā)，推導(dǎo)了電路在諧振狀態(tài)下的諧振頻率、通頻帶、品質(zhì)因數(shù)和輸入阻抗，并且基于Multisim10仿真軟件創(chuàng)建RLC串聯(lián)諧振電路，利用其虛擬儀表和仿真分析，分別用測量及仿真分析的方法驗證它的理論根據(jù)。其結(jié)果表明了仿真與理論分析的一致性，為仿真分析在電子電路設(shè)計中的運用提供了一種可行的研究方法。關(guān)鍵詞：Multisim；RLC串聯(lián)諧振；諧振頻率；品質(zhì)因數(shù)???在含有電感L、電容C和電阻R的串聯(lián)諧振電路中，需要研究在不同頻率正弦激勵

2、下響應(yīng)隨頻率變化的情況，即頻率特性。Multisim1O仿真軟件可以實現(xiàn)原理圖的捕獲、電路分析、電路仿真、仿真儀器測試等方面的應(yīng)用，其數(shù)量眾多的元件數(shù)據(jù)庫、標(biāo)準(zhǔn)化仿真儀器、直觀界面、簡潔明了的操作、強大的分析測試、可信的測試結(jié)果都為眾多的電子工程設(shè)計人員提供了一種可靠的分析方法，同時也縮短了產(chǎn)品的研發(fā)時間。1RLC串聯(lián)的頻率響應(yīng)???RLC二階電路的頻率響應(yīng)電路如圖1所示。設(shè)輸出電壓取自電阻，則轉(zhuǎn)移電壓比為：???????由式(2)可知，當(dāng)1-ω2LC=O時，

3、Au

4、達(dá)到最大值；當(dāng)ω等于某一特定值ω0時，即：??????

5、Au

6、達(dá)到最大值為1，在ω=ω0時，輸出電壓等于輸入電壓，ω0

7、稱為帶通電路的中心頻率。當(dāng)

8、Au

9、下降為其最大值的70．7％時，兩個頻率分別為上半功率頻率和下半功率頻率，高于中心頻率記為ω2，低于中心頻率記為ω1，如圖2所示，頻率差定義為通頻帶BW，即：???????衡量幅頻特性是否陡峭，就看中心頻率對通帶的比值如何，這一比值稱為品質(zhì)因數(shù)，記為Q，即：???????如圖3所示，給出不同R值的相頻特性曲線。串聯(lián)回路中的電阻R值越大，同曲線越平坦，通頻帶越寬，反之，通頻帶越窄。???RLC串聯(lián)電路的輸入阻抗Z為：???????式(6)中的實部是一常數(shù)，而虛部則為頻率的函數(shù)。在某一頻率時(ω0)，電抗為零，阻抗的模為最小值，且為純電阻。在一定的輸入電壓

10、作用下，電路中的電流最大，且電流與輸入電壓同相。2Multisim的特點???Multisim能幫助專業(yè)人員分析電路，采用直觀、易用的軟件平臺將原理圖輸入，并將工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Spice仿真集成在同一環(huán)境中，即可方便地仿真和分析電路。同時Multisim為教育工作者的教學(xué)和專業(yè)設(shè)計人員分別提供相應(yīng)的軟件版本。???工程師、研究人員使用Multisim進(jìn)行原理圖輸入、Spice仿真和電路設(shè)計，無需Spice專業(yè)知識，即可通過仿真來減少設(shè)計流程前期的原型反復(fù)。Multisim可用于識別錯誤、驗證設(shè)計，以及更快地恢復(fù)原型。此外，Multisim原理圖可便捷地轉(zhuǎn)換到NIUltiboard中完成PC

11、B設(shè)計。3Muitisim的分析方法???Multisim提供了多種分析方法，它利用仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，分析范圍很廣，從基本的到極端的不常見的都有，并可以將一個分析作為另一個分析的一部分自動執(zhí)行。???對于每種分析方法，用戶只需告訴Multisim哪些分析要做，系統(tǒng)就會自動地進(jìn)行分析，并把結(jié)果以圖形的方式或數(shù)據(jù)列表的方式展現(xiàn)出來。用戶也可以通過輸入Spice命令來創(chuàng)建自定義分析。???交流分析常用于電路的頻率響應(yīng)。在交流分析中，對于所有的非線性元件的小信號模型，首先通過直流工作點分析計算得到線性之后創(chuàng)建一個復(fù)矩陣，直流源都設(shè)置為零值。交流源、電容和電感通過自身的交流模型呈現(xiàn)；非線

12、性元件通過線性交流小信號模型呈現(xiàn)，它源自直流工作點的運算分析結(jié)果。所有輸入源都被認(rèn)為是正弦信號，源的頻率被忽略。如果函數(shù)發(fā)生器設(shè)置為正弦波以外的波形，它將自動切換到內(nèi)置的正弦信號，再進(jìn)行分析計算函數(shù)和頻率響應(yīng)。4RLC電路的頻率響應(yīng)仿真4．1創(chuàng)建仿真電路???在Multisim10仿真軟件的工作界面上建立如圖4所示的仿真電路，并設(shè)置電感L1=25mH，C1=10nF，R1=10Ω。雙擊"XFG1”函數(shù)發(fā)生器，調(diào)整“Wavefrms”為正弦波，“Frequency”為1kHz，“Amplitude”為1V。4．2打開仿真開關(guān)???雙擊“XSC1”虛擬示波器和“XMM1”電壓表，將電壓表

13、調(diào)整為交流檔，并拖放到合適的位置，再調(diào)整“XFG1”函數(shù)發(fā)生器中的“Frequ-ency”正弦波頻率，分別觀察示波器的輸出電壓波形和電壓表的電壓，使示波器的輸出電壓最大或電壓表輸出最高；然后記錄下“XFG1”函數(shù)發(fā)生器中的“Frequency”正弦波頻率，如圖5所示。?4．3諧振狀態(tài)下的特性???串聯(lián)回路總電抗，此時，諧振回路阻抗

14、Zo

15、為最小值，整個回路相當(dāng)于一個純電阻電路，激勵電源的電壓與回路的響應(yīng)電壓同相位，如圖6所示。???諧振時，電感ωoL與容抗