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C1L ω=ωfC 21πC1ωLC 21πLC1LC实验八 R 、L 、C 串联电路的谐振实验一、实验目的1、研究交流串联电路发生谐振现象的条件。
2、研究交流串联电路发生谐振时电路的特征。
3、研究串联电路参数对谐振特性的影响。
二、实验原理1、R L C 串联电压谐振在具有电阻、 电感和电容元件的电路中，电路两端的电压与电路中的电流一般是不同相的。
如果我们调节电路中电感和电容元件的参数或改变电源的频率就能够使得电路中的电流和电压出现了同相的情况。
电路的这种情况即电路的这种状态称为谐振。
R 、L 、C 串联谐振又称为电压谐振。
在由线性电阻R 、电感L 、电容c 组成的串联电路中，如图8-1所示。
图8-1 R L C 串联电路图当感抗和容抗相等时，电路的电抗等于零即X L = X C ； ； 2πf L=X = ω L － = 0则 ϕ = arc tg = 0即电源电压u 与电路中电流i 同相，由于是在串联电路中出现的谐振故称为串联谐振。
谐振频率用f 0表示为f = f 0 =谐振时的角频率用ω 0表示为ω = ω 0 =谐振时的周期用T 0表示为T = T 0 = 2 π 串联电路的谐振角频率ω 0频率f 0，周期T 0，完全是由电路本身的有关参数来决定的，它们是电路本身的固有性质，而且每一个R 、L 、C 串联电路，只有一个对应的谐振频f 0和 周期T 0。
因而，对R 、L 、C 串联电路来说只有将外施电压的频率与电路的谐振频率相等时候，电路才会发生谐振。
在实际应用中，往往采用两种方法使电路发生谐振。
一种是当外施电压频率f 固定时，改变电路电感L 或电容C 参数的方法，使电路满足谐振条件。
另一种()2CL2X X R -+RU UU U是当电路电感L 或电容C 参数固定时，可用改变外施电压频率f 的方法，使电路在其谐振频率下达到谐振。
总之，在R 、L 、C 串联电路中，f 、L 、C 三个量，无论改变哪一个量都可以达到谐振条件，使电路发生谐振。
RLC串联谐振电路的实验研究在含有电感L、电容C和电阻R的串联谐振电路中，需要研究在不同频率正弦激励下响应随频率变化的情况，即频率特性。
Multisim 1O仿真软件可以实现原理图的捕获、电路分析、电路仿真、仿真仪器测试等方面的应用，其数量众多的元件数据库、标准化仿真仪器、直观界面、简洁明了的操作、强大的分析测试、可信的测试结果都为众多的电子工程设计人员提供了一种可靠的分析方法，同时也缩短了产品的研发时间。
1 RLC串联的频率响应 RLC二阶电路的频率响应电路。
设输出电压取自电阻，则转移电压比为：由式(2)可知，当1-ω2LC=O时，|Au|达到最大值；当ω等于某一特定值ω0时，即：|Au|达到最大值为1，在ω=ω0时，输出电压等于输入电压，ω0称为带通电路的中心频率。
当|Au|下降为其最大值的70．7％时，两个频率分别为上半功率频率和下半功率频率，高于中心频率记为ω2，低于中心频率记为ω1，，频率差定义为通频带BW，即：衡量幅频特性是否陡峭，就看中心频率对通带的比值如何，这一比值称为品质因数，记为Q，即：，给出不同R值的相频特性曲线。
串联回路中的电阻R值越大，同曲线越平坦，通频带越宽，反之，通频带越窄。
RLC串联电路的输入阻抗Z为：式(6)中的实部是一常数，而虚部则为频率的函数。
在某一频率时(ω0)，电抗为零，阻抗的模为最小值，且为纯电阻。
在一定的输入电压作用下，电路中的电流最大，且电流与输入电压同相。
2 Multisim的特点 Multisim能帮助专业人员分析电路，采用直观、易用的软件平台将原理图输入，并将工业标准的Spice仿真集成在同一环境中，即可方便地仿真和分析电路。
同时Multisim为教育工作者的教学和专业设计人员分别提供相应的软件版本。
Multisim 1O仿真软件可以实现原理图的捕获、电路分析、电路仿真、仿真仪器测试等方面的应用，其数量众多的元件数据库、标准化仿真仪器、直观界面、简洁明了的操作、强大的分析测试、可信的测试结果都为众多的电子工程设计人员提供了一种可靠的分析方法，同时也缩短了产品的研发时间。
1 RLC串联的频率响应RLC二阶电路的频率响应电路如图1所示。
设输出电压取自电阻，则转移电压比为：由式(2)可知，当1-ω2LC=O时，|Au|达到最大值；当ω等于某一特定值ω0时，即：|Au|达到最大值为1，在ω=ω0时，输出电压等于输入电压，ω0称为带通电路的中心频率。
当|Au|下降为其最大值的70．7％时，两个频率分别为上半功率频率和下半功率频率，高于中心频率记为ω2，低于中心频率记为ω1，如图2所示，频率差定义为通频带BW，即：衡量幅频特性是否陡峭，就看中心频率对通带的比值如何，这一比值称为品质因数，记为Q，即：如图3所示，给出不同R值的相频特性曲线。
串联回路中的电阻R值越大，同曲线越平坦，通频带越宽，反之，通频带越窄。
RLC串联电路的输入阻抗Z为：式(6)中的实部是一常数，而虚部则为频率的函数。
在某一频率时(ω0)，电抗为零，阻抗的模为最小值，且为纯电阻。
在一定的输入电压作用下，电路中的电流最大，且电流与输入电压同相。
2 Multisim的特点Multisim能帮助专业人员分析电路，采用直观、易用的软件平台将原理图输入，并将工业标准的Spice仿真集成在同一环境中，即可方便地仿真和分析电路。
同时Multisim为教育工作者的教学和专业设计人员分别提供相应的软件版本。
工程师、研究人员使用Multisim进行原理图输入、Spice仿真和电路设计，无需Spice专业知识，即可通过仿真来减少设计流程前期的原型反复。
Multisim可用于识别错误、验证设计，以及更快地恢复原型。
此外，Multisim原理图可便捷地转换到NI Ultiboard中完成PCB设计。
实验三 RLC 串联谐振仿真实验一、实验目的1、验证RLC 串联电路谐振条件及谐振电路的特点。
2、学习使用MULTISIM11仿真软件进行电路模拟。
二、实验原理1）理论分析1． 发生谐振时满足wCwL1=； 2． 复阻抗)1(1wCwL j R jwC jwL R Z -+=++=，可见谐振时复阻抗的模最小，即R Z =；3． 谐振电流RU I &&=，可见谐振时电流值最大。
（2）实例RLC 串联电路图如图1所示。
CL图1（原理图） 图2（相量图）设电源电压02200, 5.07,2U V L mH C mF •=∠Ω==，f=50HZ,R=10 理论计算，因为：所以：电路发生谐振； 电流：12314, 1.592f L Cωπωω====00220022010U I A AR ••∠===∠电阻R 的电压：02200RU I R V••=⨯=∠电感L 的电压：035.02490L U j L I V ω••==∠电容C 的电压：电流、电阻R 的电压、电感L 的电压、电容C 的电压的相量图如图2所示。
三、仿真实验1、谐振条件的验证：通过设计当1L Cωω=和1L C ωω≠的两种情况对比得出谐振发生的条件，根据原理图1设计仿真实验当1L Cωω=时的电感与电容的电压数值，和此时电源电压与电阻电压的波形图相位，如图3和图4所示，图3（仿真图并测量电感与电容的电压）图4（电源电压与电阻电压的波形图）035.02490C IU Vj C ω••==∠-改变电容C 的值，其他条件不变时即：02200,2,2U V L mH C mF •=∠Ω==，f=50HZ,R=10时设计仿真图如图5图6（当电路不发生谐振时的电源电压与电阻电压的波形） 根据仿真实验的结果可以知道：当1L Cωω=时电感与电容的电压数值相等，并且此时电源电压与电阻电压的波形图相位相同，当1L C ωω≠时电感与电容的电压数值不相等，并且此时电源电压与电阻电压的波形图相位不相同（有相位差如图6）。
新疆大学实习（实训）报告实习（实训）名称：电工电子实习（EDA）学院：电气工程学院专业班级：指导教师：报告人：学号：时间：绪论Multisim仿真软件的简要介绍Multisim是Interctive Image Technologies公司推出的一个专门用于电子电路仿真和设计的软件，目前在电路分析、仿真与设计等应用中较为广泛。
该软件以图形界面为主，采用菜单栏、工具栏和热键相结合的方式，具有一般Windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟练程度自如使用。
尤其是多种可放置到设计电路中的虚拟仪表，使电路的仿真分析操作更符合工程技术人员的工作习惯。
下面主要针对Multisim11.0软件中基本的仿真与分析方法做简单介绍。
EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。
发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。
一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。
EDA已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。
功能：1．直观的图形界面整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的；2．丰富的元器件提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。
3．强大的仿真能力以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench 带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。
RLC串联谐振电路。
实验报告新疆大学实习,实训,报告实习,实训,名称: 电路EDA课程设计学院: 电气工程学院专业班级: 姓名:指导教师: 李劲报告人 ,学号,:时间: 2012-6-201实习主要内容:1.自主设计电路设计并进行模拟仿真。
2.设计的题目有基尔霍夫定律～RLC串联谐振电路～积分电路和微分电路。
3.在完成设计后进行电脑multisim软件的仿真分析。
4.在分析误差后进行报告的书写。
主要收获体会与存在的问题:1. 在设计电路时遇到有一些困难～不能很好的把所学知识运用到设计中去～另外设计的电路无法易行。
2. 对仿真软件不够了解～在仿真过程中～出现了找不到所需元件或修改数据的麻烦～还有再加上没有经验总会出现这样那样的细节遗漏问题。
3. 在计算数据时也遇到了一些麻烦～因为基础知识的不扎实导致在计算选取数据时不够有技巧～出现运算麻烦。
4. 在仿真实验过程中～虽然遇到很多麻烦～但同时也收获了很多知识～首先自己动手设计仿真分析提高了我的动手能力,其次～对电路的一些知识有了更好的认识和了解～加深了自己的掌握,再就是对multisim仿真软件的认识更为广泛～并在使用方面更为熟练。
5. 通过本次的课程设计不仅学到了书本上的知识更学到了书本上没有知识。
也可以说不仅说不仅固了我的文化知识～而且激发了我学习与创新的兴趣～更培养了我的动手能力与分析处理问题的能力。
指导教师意见:指导教师签字:年月日备注:2Multisim软件的介绍1. 基本介绍。
Multisim 2001 提供了多种工具栏，并一层次化的模式加以管理，用户可以通过View菜单中的选项方便的将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。
通过工具栏，用户可以方便直接的使用软件的各项功能。
顶层的工具栏有:Standard 工具栏， Design工具栏， Zoom工具栏， Simulation工具栏。
2. 简单功能介绍2.1Standard工具栏包含了常见的文件操作和编制操作2.2Design工具栏作为设计工具栏是Multisim的核心工具栏，通过对该工作栏按钮的操作可以完成对电路从设计到分析的全部工作，其中的按钮可以直接开关下层的工具栏:Component中的MultisimMaster工具栏， Instrument 工具栏1. 作为元器件(Component)工具栏中的一项，可以在 Design工具栏中通过按钮来开关 MultisimMaster工具栏。
新疆大学实习（实训）报告实习（实训）名称: __________ 电工电子实习（EDA __________学院: __________________ 专业班级_________________________________指导教师______________________报告人____________________________学号 ______时间：实习主要内容：1. 运用Multisim仿真软件自行设计一个RLC串联电路，并自选合适的参数。
2. 用调节频率法测量RLC串联谐振电路的谐振频率f 0，观测谐振现象。
3. 用波特图示仪观察幅频特性。
4•得出结论并思考本次实验的收获与体会。
主要收获体会与存在的问题:本次实验用Multisim 仿真软件对RLC串联谐振电路进行分析，设计出了准确的电路模型，也仿真出了正确的结果。
通过本次实验加深了自己对RLC振荡电路的理解与应用，更学习熟悉了Multisim 仿真软件，达到了实验的目的。
存在的问题主要表现在一些测量仪器不熟悉，连接时会出现一些错误，但最终都实验成功了。
指导教师意见:指导教师签字：年月日备注:绪论Multisim仿真软件的简要介绍Multisim是In terctive Image Tech no logies公司推出的一个专门用于电子电路仿真和设计的软件，目前在电路分析、仿真与设计等应用中较为广泛。
该软件以图形界面为主，采用菜单栏、工具栏和热键相结合的方式，具有一般Windows 应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟练程度自如使用。
尤其是多种可放置到设计电路中的虚拟仪表，使电路的仿真分析操作更符合工程技术人员的工作习惯。
下面主要针对Multisim11.0软件中基本的仿真与分析方法做简单介绍。
EDA就是“ Electronic Design Automation ”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。
发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。
一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。
EDA已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。
功能：1. 直观的图形界面整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的；2. 丰富的元器件提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。
3. 强大的仿真能力以SPICE3F5和Xspice的内核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。
包括SPICE仿真、RF仿真、MCI仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。
4. 丰富的测试仪器提供了22种虚拟仪器进行电路动作的测量：Multimeter（万用表）Function Generatoer（函数信号发生器）Wattmeter（瓦特表）Oscilloscope（示波器）Bode Plotter（波特仪）Word Generator（字符发生器Logic Analyzer（逻辑分析仪）Logic Converter（逻辑转换仪）Distortion Analyer（失真度仪）Spectrum Analyzer（频谱仪）Network Analyzer（网络分析仪）Measurement Pribe（测量探针） Four Channel Oscilloscope（四踪示波器）Frequency Counter（频率计数器）IV An alyzer（伏安特性分析仪）Agile nt Simulated In strume nts（安捷伦仿真仪器）Agile nt Oscilloscope（安捷伦示波器）Tektro nix Simulated Oscilloscope（泰克仿真示波器）Voltmeter（伏特表）Ammeter（安培表） Current Probe（电流探针）Lab VIEW Instrument（Lab VIEW 仪器）这些仪器的设置和使用与真实的一样，动态互交显示。
除了Multisim提供的默认的仪器外，还可以创建LabVIEW的自定义仪器，使得图形环境中可以灵活地可升级地测试、测量及控制应用程序的仪器。
5. 完备的分析手段Multisimt 提供了许多分析功能：DC Operat ing Poi nt An alysis （直流工作点分析）AC An alysis （交流分析）Tran sie nt An alysis （瞬态分析）Fourier Analysis （傅里叶分析）Noise Analysis （噪声分析）Distortio n An alysis（失真度分析）DC Sweep An alysis （直流扫描分析）DCand ACSensitvity Analysis （直流和交流灵敏度分析）Parameter Sweep An alysis （参数扫描分析）Temperature Sweep An alysis （温度扫描分析）Transfer Fun cti on An alysis （传输函数分析）Worst Case An alysis （最差情况分析）Pole Zero Analysis （零级分析）Monte Carlo Analysis （蒙特卡罗分析）Trace Width Analysis （线宽分析）Nested Sweep Analysis （嵌套扫描分析）Batched Analysis （批处理分析）User Defined Analysis （用户自定义分析）它们利用仿真产生的数据执行分析，分析范围很广，从基本的到极端的到不常见的都有，并可以将一个分析作为另一个分析的一部分的自动执行。
集成LabVIEW和Signalexpress 快速进行原型开发和测试设计，具有符合行业标准的交互式测量和分析功能；6. 独特的射频（RF）模块提供基本射频电路的设计、分析和仿真。
射频模块由RF-specific (射频特殊元件，包括自定义的RF SPICE模型)、用于创建用户自定义的RF模型的模型生成器、两个RF-specific 仪器(Spectrum Analyzer 频谱分析仪和Network Analyzer 网络分析仪)、一些RF-specific 分析(电路特性、匹配网络单元、噪声系数)等组成；7. 强大的MCU莫块支持4种类型的单片机芯片,支持对外部RAM外部ROM键盘和LCD等外围设备的仿真，分别对4种类型芯片提供汇编和编译支持；所建项目支持C代码、汇编代码以及16进制代码，并兼容第三方工具源代码；包含设置断点、编辑内部RAM特殊功能寄存器等高级调试功能。
学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。
并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。
极大地提高了学员的学习热情和积极性。
真正的做到了变被动学习为主动学习。
这些在教学活动中已经得到了很好的体现。
还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。
RLC串联谐振电路1•设计目的(1)设计电路(包括参数的选择)。
(2)不断改变函数信号发生器的频率，测量三个元件两端的电压，以验证幅频特性。
(3)不断改变函数信号发生器的频率，利用示波器观察端口电压与电流相位，以验证发生谐振时的频率与电路参数的关系。
(4)用波特图示仪观察幅频特性。
(5)得出结论并写出仿真体会。
2. 设计仪器和设备：计算机一台Mlutisim电路仿真软件。
示波器数字万用表3. 设计题目(1)自行设计一串联电路，选择合适的参数。
应用万用表及示波器进行测量。
输出数据并进行理论计算验证。
(2)设计一个RLC串联谐振电路，在Multisim软件平台上自选元器件。
(3)设计不同频率下的串联谐振电路，并作出输出波形。
(4)设计并测定频率特性。
4.设计原理:一个优质电容器可以认为是无损耗的（即不计其漏电阻），而一个实际线 圈通常具有不可忽略的电阻。
把频率可变的正弦交流电压加至电容器和线圈相串 联的电路上。
若R 、L 、C 和U 的大小不变，阻抗角和电流将随着信号电压频率的改变而现象，且电路具有以下特性：（1）电路呈纯电阻性，所以电路阻抗具有最小值。
（2）1=1。
=U/R即电路中的电流最大，因而电路消耗的功率最大。
同时线圈磁场和电容电厂之间具有最大的能量互换。
工程上把谐振时线圈的感抗压降与电源电压之比称 之为线圈的品质因数Q5•设计内容与步骤:5.1设计电路 自选元器件及设定参数，通过仿真软件观察并确定 RLC 串联谐振的频率，通过改变信号发生器的频率，当电阻上的电压达到最大值时的频率就是 谐振频率。
设计 RLC 串联电路图如下图：改变，这种关系称之为频率特性。
当信号频率为f= f 。
= 1 2二」LC 时，即出现谐振XMM2 XMM3图1 RLC 串联谐振电路1当电路发生谐振时，X 「X C 或-.c （谐振条件）。
其中，C i =2.2nF,L i =1mH,R i =510Q ,根据公式 振时，频率f o=7OKHz o RLC 串联电路谐振时，电路的阻抗最小，电流最大； 电源电压与电流同相；谐振时电感两端电压与电容两端电压大小相等， 相位相反。
5.2用调节频率法测量RLC 串联谐振电路的谐振频率f o在用Multisim 仿真软件连接的RLC 串联谐振电路，电容选用C i =2.2nF,电感 选用L 1=1mH,电阻选用R 1=510 Q 。
电源电压U s 处接低频正弦函数信号发生器， 电阻电压U R 处接交流毫伏表。
保持低频正弦函数信号发生器输出电压 U s 不变，改变信号发生器的频率（由 小逐渐变大），观察交流毫伏表的电压值。
当电阻电压U R 的读数达到最大值（即 电流达到最大值）时所对应的频率值即为谐振频率。
将此时的谐振频率记录下来。
f(KHz) 7080 90 100 108 110 120 130 140 150 U<V) 9.220 11.119 12.82213.908 14.139 14.109 13.546 12.575 11.496 10.47 U(V) 18.678 19.704 20.19619.711 18.551 18.174 15.992 13.7 11.627 9.88 U L (V)「 7.956 10.96514.227 17.151 18.833 19.142 20.085 20.171 19.863 19.388 观察波形，函数信号发生器输出电压 U s 和电阻电压U R 相位不同，此时电路呈现 电感性。
