RLC串聯(lián)諧振電路電工設計

1、新疆大學實訓（實習） 設 計 報 告所屬院系：機械工程學院專 業(yè)： 機械工程及自動化課程名稱：電工電子學設計題目：RLC 串聯(lián)諧振電路班 級：機械 10-5 班學生姓名：劉祖兵學生學號：指導老師 :吳老師 馬老師完成日期：2012.7.17實訓（實習）設計題目： RLC串聯(lián)諧振電路設計要求完成的內容：設計一個 RLC串聯(lián)諧振電路。技術指標要求為：串聯(lián)諧振電路及不同頻率下的串聯(lián)諧振電路，并作出輸出波形。測定頻率特性使用的元器件要求： R L C 等要求：（1）根據(jù)設計要求，確定電路的設計方案，估算并初步選取電路的元件參數(shù)。2）選用熟悉的電路仿真軟件，搭建電路模型進行仿真分析，由仿真結果進行參 數(shù)

2、調試、修改，直至滿足設計要求。3）由選取的元件參數(shù)，精確計算和復核技術指標要求。4）滿足設計要求后，認真按格式完成課程設計報告。指導教師評語：評定成績?yōu)?：指導教師簽名： 年 月 日RLC串聯(lián)諧振電路一 設計目的（1） 通過設計性試驗，全面掌握電路分析的內容，基本原理和概念。（2）掌握元件模型對基本電路進行建模、分析的方法。二設計儀器和設備（1）計算機一臺（2）Mlutisim 電路仿真軟件（3）示波器（4）數(shù)字萬用表三. 實驗題目（1）設計一 R、L、C 串聯(lián)諧振電路，在 Multisim 軟件平臺上自選元器件。（2）設計不同頻率下的串聯(lián)諧振電路，并作出輸出波形。四. 設計原理：一個優(yōu)質電容

3、器可以認為是無損耗的（即不計其漏電阻），而一個實際線圈通常具有不 可忽略的電阻。把頻率可變的正弦交流電壓加至電容器和線圈相串聯(lián)的電路上。若 R、L、C 和 U的大小不變，阻抗角和電流將隨著信號電壓頻率的改變而改變，這種關系 稱之為頻率特性。當信號頻率為 f= f 0 1 時，即出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，且電路具有以下特性：2 LC（1）電路呈純電阻性，所以電路阻抗具有最小值。（ 2） I=I 。=U/R 即電路中的電流最大，因而電路消耗的功率最大。同時線圈磁場和電容電廠之間具有最大 的能量互換。工程上把諧振時線圈的感抗壓降與電源電壓之比稱之為線圈的品質因數(shù)Q。因為諧振時U =UR，所以 Q UL UL 0

4、L1 。晶體管收音機的調頻電路利用了串聯(lián)諧振現(xiàn)象，RU U R R0CR它更多地吸收諧振頻率電波的能量而極少吸收其他頻率電波的能量， 這就是通常所說的收音機的 選擇性。一般希望線圈 QW值大一些，是選擇性好些。在 Multisim2001 中創(chuàng)建的 RLC串聯(lián)仿真實驗電路。 其中交流電壓源是必須放置的形式信 號源用，其幅值和頻率的數(shù)值對電路的頻率特性沒用影響，波特圖儀用于顯示幅頻特性曲線。RLC串聯(lián)電路由電阻 R、電感 L 及電容 C串聯(lián)構成，由于回路的電流 I 與電阻 R兩端電壓的特性相同，因此選擇電阻兩端電壓作為頻率響應測試電量。電阻R、電感 L 及電容從 Multisim的基本元件庫中找

5、出， 交流電壓源從電源信號源庫中找出， 波特圖儀從虛擬儀器欄中找出。 元件 參數(shù)的選取為電感 L=21 mH、電容 C=2uF，電阻 R=10，分析電阻大小對品質因數(shù)的影響時再改 變電阻值。反映電路頻率特性的參數(shù)有諧振頻率 f 0 、通頻帶寬 BW和品質因數(shù) Q，其定義如下：102 RCBW3dB時所對應的上限頻率和下限頻率。其中， fH , fL 分別是回路電流由最大值增加和減少1Q R00C R BW其中，02五 . 設計內容RLC串聯(lián)諧振的頻率， 通過改變信號發(fā)生RLC串聯(lián)電路圖如下圖：1. 設計電路自選元器件及設定參數(shù)， 通過仿真軟件觀察并確定 器的頻率，當電阻上的電壓達到最大值時的頻

6、率就是諧振頻率。設計0 777Hz 。RLC串聯(lián)電路諧振時，串聯(lián)諧振電路 頻率值即為諧振頻率。將此時的諧振頻率記錄下來。通過理論計算，此時電路的諧振頻率為 f 0 =776.6Hz六實驗內容與步驟 按照下圖連接實驗電路，使圖中的 C1=2uF,L1=21mH,R1=10 觀察諧振現(xiàn)象，找出諧振頻率 f0 ，改變電壓輸出信號的頻率，并分別測量出電阻、電容、電感兩端的電壓。在諧振 f 0左右連續(xù)取幾組數(shù)值，再分別測量相應的 UL 和UC 以及UR序號123456789f(Hz)2504007007707777848209501150UR(V)0.0740.1450.9022.0912.1212.0

7、811.4130.4950.255UC(V)0.2450.7648.33221.24921.7521.52815.2936.213.869UL(V)2.2652.88110.2521.60621.71921.11513.714.1841.763當頻率為 777Hz 時，電阻電壓 的讀數(shù)達到最大值，即此時電路發(fā)生諧振。同時驗證了與理論計算結果的一致。當頻率為 777Hz時，電路發(fā)生諧振 , 觀察下列波形，函數(shù)信號發(fā)生器輸出電 壓 和電阻電壓 同相位， 可以得出，此時電路發(fā)生諧振， 驗證了實驗電路的正確，與之前得出的 理論值相等。因此證明實驗電路的連接的正確性。當頻率為 740Hz時，觀察下列波形

8、， 函數(shù)信號發(fā)生器輸出電壓 us和電阻電壓 U R相位不同， 此時電路呈現(xiàn)電感性當頻率為 800Hz時，觀察下列波形， 函數(shù)信號發(fā)生器輸出電壓 us和電阻電壓 U R相位不同， 此時電路呈現(xiàn)電容性改變電路的電阻使 R=5，如下圖所示連接電路，觀察諧振現(xiàn)象，找出諧振頻率 f0 ，改變電壓輸出信號的頻率，并分別測量出電阻、電容、電感兩端的電壓。在諧振 f0 左右連續(xù)取幾組數(shù)值，再分別測量相應的 UL和UC 以及UR序號123456789f(Hz)2504007007707777848209501150UR(V)0.03720.0720.4852.0072.121.9710.8650.2530.12

9、8UC(V)0.2450.7658.96240.79843.48640.79718.7226.3413.89UL(V)2.3662.88611.0241.48343.42440.01416.7854.2351.772用波特圖示儀觀察幅頻特性。按下圖所示，將波特圖儀 XBP1連接到電路圖中。雙擊波特圖儀圖標打開面板。打開仿真開關，在波特圖儀面板上出現(xiàn)輸出 U0 的幅頻特性，拖動紅色指針，使之對應在幅值最高點當電阻 R=10時移動紅色游標指針使之對應在幅值最高點處，此時在面板上顯示出諧振頻率 f 0 775.894 Hz；再 移動紅色游標指針使之分別對應幅值最高點左右兩側的3dB 處，讀出上限頻率

10、和下限頻率為fH =815.023Hz、 fL =739.804Hz。可計算出通頻帶寬 BW=fH - fL =75.219Hz，品質因數(shù) Q f0 775.894 10.32H L BW 75.219通過理論計算 Q U L 21.75 10.25U R 2.121由此可見，理論值與仿真值大致相同，誤差很小。將電路參數(shù)改為 R=5，使回路的電阻減小，運行電路仿真開關后在波特圖儀面板上顯示 出電阻兩端電壓的幅頻特性曲線如下圖所示移動紅色游標指針使之對應在幅值最高點處，此時在面板上顯示出諧振頻率f0 775.894Hz；再移動紅色游標指針使之分別對應幅值最高點左右兩側的3dB 處，讀出上限頻率和

11、下限頻率為fH =795.746Hz、 f L =758.55Hz。可計算出通頻帶寬 BW=fH - fL =37.196Hz，品質因數(shù)Q f0775.894 20.86BW37.196通過理論計算 Q U L43.48620.51UR2.12品質因數(shù)的提高表明頻率選擇性變好?？梢钥闯鲭娮?R 變小，品質因數(shù)增大。七.體會本次實驗用 Multisim 仿真軟件對 RLC串聯(lián)諧振電路進行分析，設計出了準確的電路模型， 也仿真出了正確的結果。并且得到了 RLC串聯(lián)諧振電路有幾個主要特征：1. 諧振時，電路為阻性，阻抗最小，電流最大?？稍陔娐分写胍浑娏鞅恚诟淖冸娐穮?數(shù)的同時觀察電流的讀數(shù)，并記

12、錄，測試電路發(fā)生諧振時電流是否為最大。2. 諧振時，電源電壓與電流同相。這可以通過示波器觀察電源電壓和電阻負載兩端電壓的 波形中否同相得到。諧振時，電感電壓與電容電壓大小相等，相位相反。這可以通過示波器觀察電感和電容 兩端的波形是否反相得出，還可用電壓表測量其大小。用硬件實驗儀器對 RLC串聯(lián)電路諧振特性進行測試時，儀器輸出參數(shù)調整較為繁瑣，信 號頻率偏高或偏低時波形顯示不穩(wěn)定。由于受實驗儀器的限制無法進行電路的AC交流頻率特性分析，用 Multisim 軟件仿真解決了這一問題，將計算機仿真軟件 Multisim 引入到電路實驗中， 使電路的分析、仿真、測試非常方便，特別便于電路參數(shù)改變時的測試。所述方法具有實際應用 意義，創(chuàng)新點是解決了 RLC串聯(lián)電路諧振特性的工作波形及參數(shù)不易或無法用電子實驗儀器進行 分析測試的問題。總的來說，本次實驗比較成功，不僅仿真出了正確的結果，也對 Multisim 仿真軟件的功能及其應用也有了更深的提高1當電路發(fā)生諧振時， XL XC或 L * 1 2 ?（諧振條件）。其中， C1=2uF,L1=21mH,R1=10，C1根據(jù)公式 f 0 1 可以得出，當該電路發(fā)生諧振時，頻率2 LC電路的阻抗最小， 電流最大； 電源電壓與電流同相； 諧振時電感兩端電壓與電容兩端電壓大小相 等，相位相反。2 、用調節(jié)頻率法測量 RLC串聯(lián)諧振電