RLC串联谐振电路设计报告

发表于 2018-6-10 13:26

串联谐振实验报告包含电路图，实验数据，实验结果

大学实验报告

院系：电子信息学院班级：16通信工程姓名：袁* 学号：16128404014

指导老师：金* 同组实验者：无实验日期：2018

实验名称：串联谐振电路

基础实验

实验目的

加深对串联谐振电路条件及特性的理解.
掌握谐振频率的测量方法.
理解电路品质因数Q和通频带的物理意义及其测定方法.
测定RLC串联谐振电路的频率特性曲线.
深刻理解和掌握串联谐振的意义及作用.
掌握电路板的焊接技术以及信号发生器、交流毫伏表等仪表的使用方法.
掌握Multisim软件中的Function Generator Voltmeter、Bode Plotter等仪表的使用方法以及AC Analysis等SPICE的仿真分析方法.
掌握Origin软件的使用方法.

实验原理

RLC串联电路如图3.6.1所示，改变电路参数L、C或电源频率时，都可能使电路发生谐振.

该电路的阻抗使电源角频率

的函数

（3.6.1）

当

时，电路中的电流与激励电压同向，电路处于谐振状态.

谐振角频率

，谐振频率

.

谐振频率仅与元件L、C的数值有关，而与电阻R和激励电源的角频率

无关.当

时，电路呈容性，阻抗角

；当

时，电路呈感性，阻抗角

.

电路处于谐振状态时的特性.

回路阻抗，为最小值，整个回路相当于一个纯电阻电路.
回路电路的数值最大，
电阻的电压的数值最大，
电感上的电压与电容上的电压数值相等，相位相差180°，

电路的品质因数Q和通频带B.

电路发生谐振时，电感上的电压（或电容上的电压）与激励电压之比称为电路的品质因数Q，即

（3.6.2）

定义回路电流下降到峰值的0.707时所对应的频率为截至频率，介于两截止频率间的频率范围为通频带B，即

（3.6.3）

谐振曲线

电路中电压与电流随频率变化的特性称为频率特性，它们随频率变化的曲线称为频率特性曲线，也称为谐振曲线.

Q值越大，曲线尖峰值愈陡峭，其选择性就愈好，但电路通过的信号频带越窄，即通频带越窄.

实验设备与器件

计算机一台.
通用电路板一块.
低频信号发生器一台.
交流毫伏表一台.
双踪示波器一台.
万用表一只.
可变电阻一只.
电阻、电感、电容若干（电阻1000Ω，电感10mH、4.7mH，电容100nF）.

实验内容

Multisim仿真.

创建电路：从元器件库中选择可变电阻、电容、电感创建如图3.6.4所示的电路.

图3.6.4 串联谐振电路

分别用Multisim软件（AC仿真、波特表、交流电压表均可）测量串联谐振电路的谐振曲线、谐振频率、-3dB带宽.
当电阻时，用Multisim软件仿真串联谐振电路的谐振曲线、观测R对Q的影响.
利用谐振的特点设计选频网络，在串联谐振电路（上输入频率为3.5kHz、占空比为30%、脉冲幅度为5V的方波电压信号，用Multisim软件测试谐振电路输入信号和输出信号（电阻上电压）的频谱，并观察两者的差别.

测量元件值，计算电路谐振频率和品质因数Q的理论值.
在电路板上根据图3.6.1焊接电路，信号电压有效值设置为1v
用两种不同的方法测量电路的值.
测试电路板（交流电压表）上串联谐振电路的谐振曲线、谐振频率、-3dB带宽.
随频率变化，测量电阻电压、电感电压、电容电压的值，按表3.6.1记录所测数据.

表3.6.1 RLC电路响应的谐振曲线的测量

频率f/kHz	0.5	1.0	2.0	4.0	7.0	7.4	10.0	12.0	14.0
电压
电压
电压

实验步骤、数据记录、结论

Multisim仿真.
- 创建电路：从元器件库中选择可变电阻、电容、电感创建如图3.6.4所示的电路.

图3.6.4 串联谐振电路

分别用Multisim软件（AC仿真、波特表、交流电压表均可）测量串联谐振电路的谐振曲线、谐振频率、-3dB带宽.

谐振频率为7.197kHz

-3dB带宽为33.749kHz（35.277-1.528）

（3）当电阻

时，用Multisim软件仿真串联谐振电路的谐振曲线、观测R对Q的影响.

结论：R越大，Q越小

利用谐振的特点设计选频网络，在串联谐振电路（上输入频率为3.5kHz、占空比为30%、脉冲幅度为5V的方波电压信号，用Multisim软件测试谐振电路输入信号和输出信号（电阻上电压）的频谱，并观察两者的差别.

在Multisim上画出如上图所示

结论：由谐振电路输入信号和输出信号的频谱可知，输出信号已出现失真。

测量元件值，计算电路谐振频率和品质因数Q的理论值.

电阻R（Ω）	电感L（mH）	电容C（nF）
1000	4.7	94

电路谐振频率：

品质因数：

在电路板上根据图3.6.1焊接电路，信号电压有效值设置为1v

用两种不同的方法测量电路的值.

维持信号源的输出幅度不变，令信号源的频率由小逐渐变大，测量R两端的电压，当的读数为最大时，读得的频率值即为电路的谐振频率.读到的最大值为710mV，此刻的频率值为.
根据电路发生谐振时，输入信号和电阻电压相位一致的特性，将这两路信号分别接入示波器的两个通道，并把示波器设定在X-Y模式.调节输入信号发生器的信号频率，可以在示波器上看到一个极距变化的椭圆，当椭圆变成一条直线时，此时的电路发生了谐振，输入信号的频率就是谐振频率.此刻输入信号的频率为.

测试电路板（交流电压表）上串联谐振电路的谐振曲线、谐振频率、-3dB带宽.

测得

，BW=3.5kHz.

随频率变化，测量电阻电压、电感电压、电容电压的值，按表3.6.1记录所测数据.

表3.6.1 RLC电路响应的谐振曲线的测量

频率f/kHz	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0	6.0	7.0	8.0	9.0	10.0
电压	515	786	903	956	982	994	999	999	997	992
电压	15	46	80	113	145	176	207	236	265	293
电压	872	665	510	405	332	281	242	211	188	168
频率f/kHz	20.0	30.0	40.0	50.0	60.0	70.0	80.0	90.0	100.0	/
电压	892	770	659	569	478	439	393	354	322	/
电压	527	682	780	841	882	908	928	942	952	/
电压	76	43	28	19	14	11	8	7	5	/

讨论题

测试过程中，为什么必须保持信号源的输出电压恒定？

要控制变量，控制输出电压恒定，改变输出频率。

谐振时，是否有及成立？试分析其原因.

有

及

成立，且大小相同相位相反。因为谐振时端口对外呈纯阻性，而电感上的电压超前于电阻90°，电容上的电压落后于电阻90°.

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ID:511461 *发表于 2019-8-7 21:29* | 只看该作者 · 发表于 2019-8-7 21:29

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