基于LabVIEW的LRC串联电路谐振特性的研究

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1、基于LabVIEW的LRO串联电路王红晨(海南师范大学物理与电子工程学院，海南[摘要]应用LabVIEW8．2软件进行LKC串联电路谐振特性的研究实验仿真的方法，并对实验仿真的结果进行了分析。实验结果表明系统具有验结果，适合在物理实验教学中推广应用。[关键词]LabVIEW；虚拟仪器；LRC；串联电路含三个用于1．引言示控件，三个用于分别显示电阻、电容和电感的两端电压值在一个电路中，若同时存在电容C和电感L两类元件，的数值仪表控件，一个用于分别显示电阻、电容和电感两端电路就会发生谐振现象，这种电路叫做谐振电路，它在无线电压信号波形的波形图控件。电技术中被广泛应用于选频和滤波。谐振电路主

2、要有串联2．2实验原理谐振和并联谐振两种。根据谐振电路的特征方程，即可利用(1)幅频特性LabVIEW这样的虚拟仪器软件开发出它的虚拟实验仿真系LRC串联电路的谐振电路如图2所示【3]。其电路方程统。为：LabVIEW作为一个具有良好开放性的虚拟仪器开发平I=—彳=台【1]，为面向仪器的编程提供了强有力的支持。我们利用VR2+(∞L一)LabVIEW8．2软件对LRC串联电路谐振特性的研究实验进式中I和U分别为复电流及复电压的有效值。电路中，行设计，开发出其实验仿真系统【2】。应用该系统，我们不仅能电流与电压间的相位差小为：够研究和测量LRC串联电路的幅频特性，而且还有利于引1导学生了

3、解幅频特性的测量方法和进一步理解回路Q值的oJL‘o^一arctg—物理意义。2．系统组成与实验原理当信号源电压保持恒定，改变信号源频率，当(oL-—UJ2．1系统组成--0，即=0时，回路电流出现最大值，对应的u值也最LRC串联电路谐振特性的研究虚拟实验系统主要包括大，此时称电路谐振，对应的信号源频率称为谐振频率。实验室提供的器件标准值、低频信号发生器和实验结果显示三部分，其操作界面如图1所示。(1)实验室提供的器件标准值：用户可以根据实验要求选择各器件的参数值，同时计算出在器件的参数值选定后的谐振频率和串联谐振电路的品质因数Q的理论值。它包含两个分别用于显示频率和理论值的数值显示控

4、件，两个分别用于选择电容和电阻的布尔控件，一个用于显示标准电感的修饰控件。(2)低频信号发生器：用户通过鼠标调节旋钮可以改变各物理量的输入值，从而实时显示各物理量的当前值和信号的输出波形。它包含三个分别实现频率、幅度和初相位调节的数值输入控件，一个实现观察输出波形显示屏的波形图控件，两个分别实现电源开关和电源指示的布尔控件。(3)实验结果显示：用户可以观察到电阻、电容和电感两端的信号波形以及测量值。其设计较文献[21有所改进，它包图1虚拟实验系统界面作者简介：王红晨，男，海南海口人，工学硕士，讲师，研究方向：基础物理教学、计算机辅助物理教学和多媒体技术应用。基金项目：2009年度海南省

5、教育厅高等学校科学研究项目：“基于LabVIZW的虚拟仪器电磁学实验教学系统的研究”，项目编号：Hjkj2009—46。(1)表1结果表明，在该器件参数值下的理论Q值为5．00，谐振频率为1591．55HzI3】。在保持信号源电压U=3V恒定的条件下，当信号源频率等于谐振频率时，电阻的端电压值最大，即为3V，即回路电流有极大值，且I=U／R。当频率偏离谐振频率时，电阻的端电压值减小，偏离越多，电阻的端电压越小。表l信号源输出电压为3V的实验数据f(Hz)uR(v)f(Hz)Uv)502．2350．210l599-292．996597．170O．261l694．772．540764．31

6、00．372l724．962．336842．0100436l793．431．923相等，并且，电容或电感上的电压是信号源输出电压的Q954．0800．552l803．161．873倍，即有：UUfQU。1033．820．6581822．891．7763．实验仿真研究l181．660．942l849．921．6563．1实验方法1298．26l_3l51986．921．224系统运行后，选取L、C和R的数值，通过系统操作界面l324．O31．4262O6o．451．073记录谐振频率以及品质因数Q的理论值，其操作流程如图31458．122．25622l2．o20．854所示。1545．7

7、82．880232l140753厂二弄1585．862．9982533．16O．6l0鬲牧]159ll353．0002724．060．524记录谐振频率和的理论值(2)谐振时，谐振电路的相位差为零，电路此时呈纯电阻选定fig-源的电压值期v，改变fig-源的频率观察性；当频率小于谐振频率时，谐振电路的相位差为负值，电电容、电感和电阻两端的电压值及波形的变化路呈电容性；当频率大于谐振频率时，谐振电路的相位差为接近谐振频率人不接近皆振频正值，电路呈