实验九 串联谐振电路的仿真研究

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1、实验报告系别班级学号姓名课程名称电路原理实验日期实验名称串联谐振电路的仿真研究成绩实验目的：1.利用计算机分析谐振电路的特性；2.加深理解电路发生谐振的条件和特点，掌握电路品质因数的物理意义和测定方法；3.学习掌握用仿真软件的波特图仪测试谐振电路的频率特性曲线。实验原理：1．谐振任何含有电感L和电容C的电路，如果局部或全部处于无功功率完全补偿状态，而使电路的局部或总电压和电流同相，便称此电路（局部或全部）处于谐振状态。处于谐振状态的电路，如果L与C串联则称为串联谐振；如果L与C并联则称为并联谐振。谐振是线性电路在正弦稳态下的一种特定的工作状态。通过调节电路参数（

2、电感L或电容C的值）或是改变电源的频率，能发生谐振的电路，称为谐振电路。2．串联谐振在图9-1所示的电路中，电路等效阻抗为图9-1RLC串联电路若XL＝XC时，即时，则与同相，此时电路发生串联谐振。因此，产生串联谐振的条件为(9-1)发生串联谐振时，电路表现为纯阻性，电源只提供有功功率。电感和电容的无功功率完全补偿，不与电源进行能量交换。在谐振点，电路的总阻抗等于R；当电源电压U一定时，电路中的电流达到其最大值，即；电容电压UC0和电感电压UL0相等，其值可能远大于电路的总电压U。所以，串联谐振也被称为电压谐振。在串联谐振电路中，电感和电容产生高电压的能力可以用

3、品质因数来表示，品质因数定义为电容端电压或电感端电压与总电压在谐振点的比值(9-2)由上式可知，品质因数在串联谐振中的含义是，谐振时，UL0和UC0是电源电压U的Q倍。在RLC串联电路中，电路电流是电源频率的函数，即(9-3)上式称为电流的幅频特性。在RLC串联电路中，在信号源的频率f不变的情况下，电路中的感抗也保持不变，通过改变电容的值，使电路发生串联谐振。这样该频率的信号便在电路中产生较强的谐振电流，从而在电容两端获得最大的电压输出。这种调节电路元件的参数，使电路达到谐振的操作过程，称为调谐。通过调谐，便可以在从多频率信号中，选出所需要的频率信号，而抑制住其

4、他干扰。实验内容：1．观察RLC串联电路的谐振现象，确定谐振点在Multisim10环境中创建如图9-2所示电路。实验参数：R=1kΩ，C=10μF，L=100mH；函数信号发生器的输出幅值为4.243（）V正弦波。数字万用表设置为交流电压表。图9-2RLC串联谐振电路实验接线图（1）按下仿真软件“启动/停止”开关，启动电路。（2）改变函数发生器的频率，用示波器或电压表监视电路，寻找谐振点，确定电路的谐振频率。当示波器显示输入输出波形同相位时谐振，或电压表测得UR=3V时谐振。表9-1谐振点测试已给测量条件测量值计算值U（V）R(kΩ)f0（Hz）UR0（v）U

5、L0（v）UC0（v）ULC0（v）I0（mA）Q31159.233v300.17mv299.882mv287.921mv30.133159.233v100.057mv99.961mv95.974uv10.0333（3）在谐振点f0（谐振频率的理论计算值为f0=159.23Hz，），用电压表测量电阻R上的电压UR0、电感电压UL0和电容电压UC0的值，记入表9-1中。2.测定RLC串联电路的通用谐振曲线分别计算R=100Ω、500Ω、1k和3k时的品质因数Q。用波特图仪测量R=100Ω、500Ω、1k和3k时谐振曲线，进行比较。R=100Q=1R=500Q=0.

6、2R=1kQ=0.1R=3kQ=0.033实验总结：从本次试验可以得出，Q值越大，曲线尖锐程度越强，通频带越窄，电路的选择性越好，在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。