電路課程設(shè)計

電路課程設(shè)計報告課程設(shè)計題目RLC串聯(lián)諧振要求完成的內(nèi)容：（1）驗證RLC串聯(lián)諧振電路的諧振條件和特點，加深對其理論的認(rèn)識和理解。（2）探究品質(zhì)因數(shù)Q對電路的影響，并理解其物理意義。（4）對RLC串聯(lián)諧振電路做相頻、幅頻分析。要求：（1）根據(jù)設(shè)計要求，確定電路的設(shè)計方案，初選電路元器件，設(shè)置參數(shù)。（2） 仿真分析、測量電路的相關(guān)參數(shù)，修改、復(fù)核，使之滿足設(shè)計要求。（3） 綜合分析計算電路參數(shù)，驗證滿足設(shè)計要求后，認(rèn)真完成設(shè)計報告。評分標(biāo)準(zhǔn)：（1）設(shè)計思路是否清晰；（2）單元電路正確與否；（3）整體電路是否完整及滿足設(shè)計要求；（4）說理說明是否正確；（5）報告格式及版面是否清晰。指導(dǎo)教師評語:評定成績?yōu)?指導(dǎo)教師簽名:電氣短學(xué)期課程設(shè)計課題：RLC串聯(lián)諧振一、 設(shè)計目的驗證RLC串聯(lián)諧振電路的諧振條件和特點，加深對其理論的認(rèn)識和理解。探究品質(zhì)因數(shù)Q對電路的影響，并理解其物理意義。用雙蹤示波器觀察諧振電路的相位幅值關(guān)系。對RLC串聯(lián)諧振電路做相頻、幅頻分析。二、 設(shè)計原理在圖13-1所示的RLC串聯(lián)電路中，當(dāng)正弦交流信號u的頻率f改變i時，電路中的感抗、容抗隨之而變，電路中的電流也隨f而變。取電阻R上的電壓為輸出u,以頻率f為橫坐標(biāo)，輸出電壓u的有效值00U為縱坐標(biāo)，繪出光滑的曲線，即為輸出電壓的幅頻特性，如圖13-20所示。iL￡+O 1I Q十Ui E Uo圖13-1RLC串聯(lián)電路圖13-2幅頻特性1?諧振在f=f=1/2nLC時，X二X，電路發(fā)生諧振。f稱為諧振頻率，即0 LC 0幅頻特性曲線尖峰所在的頻率點，此時電路呈純阻性，電路的阻抗模最小。在輸入電壓u—定時，電路中的電流i達(dá)到最大值，且與輸入i電壓U同相位。這時U二RI二U，U二U二QU，其中Q稱為電路的i 0 i L C i品質(zhì)因數(shù)。2.電路品質(zhì)因數(shù)Q值的測量方法1）根據(jù)公式Q二U/U二U/U測定，其中u、U分別為諧振時電感LLi Ci LC和電容C上的電壓有效值；2）通過測量諧振曲線的通頻帶寬度Af二f-f，再根據(jù)Q二f/Af求出210Q值。其中f為諧振頻率，f和f分別是U下降到0.707U時對應(yīng)0 2 1 0 0max的頻率，分別稱為上、下限截止頻率，如圖13-2所示。三、設(shè)計儀器及設(shè)備Multisim10.0軟件計算機

四、設(shè)計內(nèi)容與步驟如下圖13-3所示，在Multisim軟件中搭建此電路，并連線。電

源電壓U處接交流電源，并和雙蹤示波器接一路。電阻電壓U接雙S R蹤示波器的另一路，調(diào)整好雙蹤示波器的顯示，準(zhǔn)備進(jìn)行測量。改變交流電源的頻率（由小逐漸變大），觀察雙蹤示波器的波形圖。當(dāng)示波器中的電壓U波形與電壓U波形（相當(dāng)于電流波形）的S R相位同相時所對應(yīng)的頻率值即為諧振頻率。并將數(shù)據(jù)計入下表。MilJCEP1?im -uiaia ? | \、~milEyiA -WHIP->:■■：ip~~Irii圖13-3頻率由小逐漸變大l.f=5khz圖13-4fUrUcUl5khz165.833mV1.802V95.508mV2.f=10khz4H⑼nV；臨-l?rl^DWJiOWSrrf/D1IFJj*12_'7_1L_S_r^~—.■*-Aji*4H⑼nV；臨-l?rl^DWJiOWSrrf/D1IFJj*12_'7_1L_S_r^~—.■*-Aji*圖13-5fUrUcUl10khz431.823mV1.402V499.754mV3.f=15khz圖13-6fUrUcUl15khz919.257mV1.989V1.596V4.f=16.97khz圖13-7

由圖可以觀察得到卩￡與UR同相位，即發(fā)生諧振，此時諧振頻率S Rf=16.97khzfUrUcUl16.97khz998.637mV1.91V1.961V5.f=20khz圖13-8fUrUcUl20khz822.415mV1.335V1.904V6.f=25khz

圖13-9fUrUcUl25khz531.196mV689.697mV1.537V7.f=30khzft_JImi*.1MR-MM3IMA2xue-lra-Tift_JImi*.1MR-MM3IMA2xue-lra-TiEHC11VflM?|14Mlr圖13-10fUrUcUl30khz385.976mV417.626mV1.34V

8.當(dāng)Ur=0.707Us時，得到對應(yīng)的f2與.如下圖所示*E8.當(dāng)Ur=0.707Us時，得到對應(yīng)的f2與.如下圖所示*E審如L■腳■MM2也Pl.L： ..： 1#I￥ptK^"TVMSI21A2KHI圖13-12f1UcUlUr12.98khz1.769V1.063V707.573mVf2UcUlUr21.62khz1.061V1.769V706.811mV五、設(shè)計數(shù)據(jù)及結(jié)果總結(jié)表格R=2.2kQf(khz)5101519.6202530Ur(mV)165.833431.823919.257998.637822.415531.196385.976Uc(V)1.0821.4021.9891.911.3350.689690.41762uL(V)0.095510.499751.5961.9611.9041.5371.340C=2200pF備注f0=16.97khz當(dāng)Ur=0.707Us時，其中f=12.98khz,U=1.769V,U=1.063V,U=707.573mVC L R其中f=21.62khz,U=1.061V,U=1.769V,U=706.811mVC L R繪制RLC串聯(lián)諧振電路的諧振曲線用Excel軟件進(jìn)行作圖，做出串聯(lián)諧振的通用諧振曲線，如下圖13-13所示。

URUSff0x=f/f0y=UR/US0.165S331519.60.2551020410.1658330.431S2311019.60.5102040820.4318230.707573112.9819.60.6622448980.7075730.9192571IE19.60.7653061220?9192570.99B637119.619.610.9986370.02241512019.61.0204081S30.8224150.706S11121.6219.61.1030612240.7060110.53119612519.61.2755102040.5311960.3S597613019.61.5306122450.385976V=UR/USx=f/fOy=URAJ5圖13-13六、總結(jié)分析1、電路處于諧振狀態(tài)時的特性。、回路阻抗Z=R,|Z|為最小值，整個回路相當(dāng)于一個純電阻00電路。、回路電流I的數(shù)值最大，I二U/R。0 OS、電阻上的電壓U的數(shù)值最大，U二U。R RS、電感上的電壓UL與電容上的電壓UC數(shù)值相等，相位相差180°,U=U=QUoLCS2、電路的品質(zhì)因數(shù)Q電路發(fā)生諧振時，電感上的電壓(或電容上的電壓)與激勵電壓之比稱為電路的品質(zhì)因數(shù)Q,即：Q=U(w)/U=U(w)/U=eL/RjL/CL0SC0S0(3)諧振曲線。電路中電壓與電流隨頻率變化的特性稱頻率特性，它們隨頻率變化的曲線稱頻率特性曲線，也稱諧振曲線。在US、R、L、C固定的條件下，有I=U/JR2+(wL-l/wC)2SU=RI=RU/.R2+(wL-1/wC)2TOC\o"1-5"\h\zR SVU=wLI=wLU/.'；R2+(wL—1/wC)2L SU=I/wC=U/wCR2+(wL-1/wC)2C S改變電源角頻率3，可得到響應(yīng)電壓隨電源角頻率3變化的諧振曲線，回路電流與電阻電壓成正比。從中可以看到，U的最大值在諧R振角頻率3處，此時，U=U=QUoUC的最大值在3