1、实 验 报 告系 别 班 级 学 号 姓 名课 程 名 称 电 路 原 理 实 验 日 期实 验 名 称 串联谐振电路的仿真研究 成 绩实 验 目 的 ： 1.利用计算机分析谐振电路的特性；2.加深理解电路发生谐振的条件和特点，掌握电路品质因数的物理意义和测定方法；3.学习掌握用仿真软件的波特图仪测试谐振电路的频率特性曲线。实 验 原 理 ： 1谐振 任何含有电感 L 和电容 C 的电路，如果局部或全部处于无功功率完全补偿状态，而使电路的局部或总电压和电流同相，便称此电路（局部或全部）处于谐振状态。处于谐振状态的电路，如果 L 与 C 串联则称为串联谐振；如果 L 与 C 并联则称为并联谐振。
2、谐振是线性电路在正弦稳态下的一种特定的工作状态。通过调节电路参数（电感 L 或电容 C 的值）或是改变电源的频率，能发生谐振的电路，称为谐振电路。2串联谐振 在图 9-1 所示的电路中，电路等效阻抗为图 9-1 RLC 串联电路)X(RZCLj若 XLX C 时，即 时，则 与 同相，1UI此时电路发生串联谐振。因此，产生串联谐振的条件为(9-1)发生串联谐振时，电路表现为纯阻性，电源只提供有功功率。电感和电容的无功功率完全补偿，不与电源进行能量交换。在谐振点，电路的总阻抗等于 R；当电源电压 U 一定时，电路中的电流达到其最大值，即 ；电容电压 UC0 和电感电Imax0压 UL0 相等，其
3、值可能远大于电路的总电压 U。所以，串联谐振也被称为电压谐振。 在串联谐振电路中，电感和电容产生高电压的能力可以用品质因数来表示，品质因数定义为电容端电压或电感端电压与总电压在谐振点的比值(9-2)由上式可知，品质因数在串联谐振中的含义是，谐振时，U L0 和 UC0 是电源电压U 的 Q 倍。 在 RLC 串联电路中，电路电流是电源频率的函数，即(9-3)上式称为电流的幅频特性。 在 RLC 串联电路中，在信号源的频率 f 不变的情况下，电路中的感抗也保持不变，通过改变电容的值，使电路发生串联谐振。这样该频率的信号便在电路中产生较强的谐振电流，从而在电容两端获得最大的电压输出。这种调节电路元
4、件的参数，使电路达到谐振的操作过程，称为调谐。通过调谐，便可以在从多频率信号中，选出所需要的频率信号，而抑制住其他干扰。实 验 内 容 ：1观察 RLC 串联电路的谐振现象，确定谐振点 在 Multisim10 环境中创建如图 9-2 所示电路。实验参数：R = 1k，C = 10F，L = 100mH；函数信号发生器的输出幅值为 4.243（ ）V 正弦波。数字万23用表设置为交流电压表。R11kC110uFL1100mHXFG1XMM1XMM2 XMM3XSC1A BExt Trig+_ + _XBP1IN OUT图 9-2 RLC 串联谐振电路实验接线图（1）按下仿真软件“ 启动 /停止
5、” 开关，启动电路。（2）改变函数发生器的频率，用示波器或电压表监视电路，寻找谐振点，确定电路的谐振频率。当示波器显示输入输出波形同相位时谐振，或电压表测得 UR=3V时谐振。表 9-1 谐振点测试已 给 测 量 条件测 量 值 计算值U（V）R (k )f0（ Hz）UR0（v）UL0（ v） UC0（ v） ULC0（ v） I0（ mA）Q3 1 159.23 3v 300.17mv 299.882mv 287.921mv 3 0.13 3 159.23 3v 100.057mv 99.961mv 95.974uv 1 0.0333（3）在谐振点 f0（谐振频率的理论计算值为 f0=15
6、9.23Hz， ） ，用电压表测量电阻R 上的电压 UR0、电感电压 UL0 和电容电压 UC0 的值，记入表 9-1 中。2. 测定 RLC 串联电路的通用谐振曲线分别计算 R=100、500、1k 和 3k 时的品质因数 Q。用波特图仪测量R=100、500 、1k 和 3k 时谐振曲线，进行比较。R=100 Q=1R=500 Q=0.2R=1k Q=0.1R=3k Q=0.033实 验 总 结 ： 从 本 次 试 验 可 以 得 出 ， Q 值 越 大 ， 曲 线 尖 锐 程 度 越 强 ， 通频带越窄，电路的选择性越好，在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。
