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时间:2018-04-23
《实验指导书(电路分析multisim)》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、Multisim电路分析仿真实验指导电子与信息工程学院2010年3月电路谐振的仿真分析一、预习要求预习谐振电路的特点、各类参数的计算方法二、实验目的1、掌握multisim软件在电路分析仿真中的基本操作2、掌握multisim软件中基本虚拟仪器的使用方法2、掌握谐振电路的幅频、相频特性三、实验原理对于上图所示的R、L、C串联电路,在正弦电压作用下,其复阻抗为:1Z=R+j(ωL−)=R+j(X−X)=R+jX=z∠ϕLCωC上式的虚部,是角频率的函数,X、Xl、Xc随角频率变化的情况如右图所示。由该图可以很清楚处看出,
2、当ω从零开始向∞增加时,由于感抗Xl和容抗Xc随频率变化的关系不一样。所以造成电抗从-∞向+∞增加,电抗由开始时的容性经过零转变为感性。当ω=ω0时,感抗和容抗相等,电抗为零,即有1X(ω)=ωL−=000ωC0电路此时的工作状况称为谐振;由于这种谐振是发生在R、L、C串联电路中,所以称为串联谐振。谐振角频率为11ω=,f=00LC2πLC由上式可知,串联电路的谐振频率f0完全由电路的L、C参数决定。而与电阻R无关;它反映了串联电路的一种固有性质,而且对于每一个R、L、C串联电路,总有一个对应的谐振频率f0。R、L、C
3、三个参数不论改变哪一个量,既可能使电路满足谐振的条件,而发生谐振;也1能使三者之间的关系不满足谐振的条件而达到消除谐振的目的。四、实验步骤1、创建电路:从元器件库中选择电压源、电阻、电容、电感连接成串联电路形式,如图1所示,选择频率特性仪XBP1,将其输入端和电源连接,输出端和负载连接。XBP1INOUTC11L123V110mH1uF05VrmsR11kHz10Ω0°图1串联谐振电路2、电路的幅频特性:单击运行(RUN)按钮,双击频率特性仪XBP1图标,在Mode选项组中单击Magnitude(幅频特性)按钮,可得到
4、该电路的幅频特性,如图2所示。从图中所知,电路在谐振频率f0处有个增益极大值,而在其他频段增益大大下降。需要说明的是,电路的谐振频率只与电路的结构和元件参数有关,与外加电源的频率无关。本处电路所选的电源频率为1kHz,若选择其他频率,幅频特性不变。图2串联谐振电路的幅频特性(Q=10)3、电路的相频特性:在Mode选项组中单击Phase(相频特性)按钮,可得到该电路的相频特性,如图3所示。从电路的相频特性可以看出,电路以谐振频率f0为分界点,当信号频率低于f0时,相位超前;当信号频率高于f0时,相位滞后。因为当信号频率
5、低于f0时,整个电路呈容性,电流相位(负载电阻上的电压相位)超前于电压(外加电源)的相位;而当信号频率高于f0时,整个电路呈感性,电流相位(负载电阻上的电压相位)滞后于电压(外加电源)的相位。该仿真结果和理论分析一致。2图3串联谐振电路的相频特性4、电路的品质因数Q值和电路的选择性关系:在保证谐振频率不变的情况下,改变元件参数,可改变电路的品质因数Q值。如图1所示,R=10Ω,L=10mH,C=1μF,对应1L的Q==10,对应的幅频特性如图2所示。若选择R=10Ω,L=1mH,C=10μF,RC1L对应的Q==1,对
6、应的幅频特性如图4所示。RC由此可知对于RLC串联谐振电路来说,不同的Q值对应的幅频特性曲线不同,Q值越大,对应的幅频特性曲线越尖,电路的选择性越好,若用串联谐振电路作为无线电检波电路,意味着其灵敏度越高,抗干扰能力则越低;Q值越小,对应的幅频特性曲线越钝,电路的选择性差,若作为无线电检波电路,意味着其灵敏度降低,但抗干扰能力会提高。所以串联谐振电路的Q值大小,要视不同的应用场合具体选择,不可一概而论。图4串联谐振电路的幅频特性(Q=1)五、实验报告要求按照报告要求完成实验报告,并且测试不同的参数设置下的电路的幅频特性
7、和相频特性,复制图形,并且计算出相应的数据(如f0和Q值等)。3一阶、二阶电路的过渡过程一、预习要求预习一阶、二阶电路的特点、各类参数的计算方法,其过渡过程的波形。二、实验目的1、掌握multisim软件在电路分析仿真中的基本操作2、掌握multisim软件中基本虚拟仪器的使用方法2、掌握一阶、二阶电路在不同情况下的过渡特性三、实验原理1一阶电路过渡过程电路在无激励情况下,由储能元件的初始状态引起的响应称为零输入响应。在下图中,电路中的动态元件(电容)有初始状态uC(0-)=U0,开关S在t=0时合上,则电容的初始电压
8、uC(0-)经R放电。由方程duCRC+uC=,0t≥0dt初始值u0()=u0()=UC+C−0可以得出电容器上的电压和电流随时间变化的规律:t−uCt)(=uC(0+)eτ,Vt≥0tuC(0+)−iC(t)=−eτA,t≥0τ=RCR上式表明,零输入响应是初始状态的线性函数。其中,τ=RC具有时间的量纲,称为时间常数,它是反
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