RLC串联谐振电路(Multisim仿真实训)

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。

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。

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）。

电工Multisim仿真实验报告姓名：孙叶城学号：2011011700班级：核12班实验一：研究电压表内阻对测量结果的影响电路图仿真结果结果分析：当电压表的内阻不是远大于被测两点间的电阻值时，电压表的分流作用比较明显，导致测量结果与实际偏差较大，此时应考虑电压表内阻的影响。

实验二：RLC 串联谐振研究电路图仿真结果结果分析：1. 当信号源频率为谐振频率时，两点相差为0；2. 当信号源频率小于谐振频率时，1点电位领先于4点；3. 当信号源频率大于谐振频率时，1点电位落后于4点。

4. 改变幅频图horizontal 下相应的F和I 值即可方便的测得0.707 I 对应的频率为144.027Hz 和175.933，所以带宽为31.906HzF0=159.155Hz I=100mA F1=130Hz<F0 I=44.064mA F=170Hz>F0 I=83.47mA相频特性曲线幅频特性曲线实验三：RC电路过渡过程的研究电路图仿真结果结果分析：1.首先把开关拨到电源回路，给电容充电，当电容两端电压为V1时，按下SPACE键，电容开始放电。

放电结束后暂停仿真；2.使光标1、2分别指向对应的电压为12.000V和0.632X12.000的位置，则光标对应位置的时间差T2-T1即为τ=97.950μS实验四：自选实验1. 用仿真方法求电流I，用“直流工作点分析法”求A、B、C三节点的电位R13 ΩI11 AR24 ΩR31 ΩR41 ΩR53 ΩI24 A312V1PWL5V2 PWL4A B C电路图仿真结果结果分析：本实验采用Simulate/Analyses/DC Operating Point分析各节点电位，以及支路电流，亦可采用Measurement Probe分析各节点电位。

报告中给出了两种解法。

2.求在无电容、C=2uF、C=4.5uF下日光灯电路的有功功率、功率因数和电流电路图及仿真结果图（一）. 不接电容图（二）. C=2uF 图（三）. C=4.5uF 结果分析：1.不接电容时有功功率为40.315W，功率因数为0.500，电流为366.517mA；2.并接2uF电容时，有功功率为40.309W，功率因数为0.715，电流为256.284mA；3.并接4.5uF电容时，有功功率为40.281W，功率因数为0.999，电流为183.316mA；4.可见对感性电路并上电容能保持有功功率基本不变，增大功率因数，减小干路电路，实际应用中减小电路的压力；5.由阻抗三角形分析得，Z L-Z C越小，对应的阻抗角越小，功率因数也越高。

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。

第1篇一、实验目的1. 理解交流电路谐振现象的基本原理。

2. 掌握RLC串联谐振电路的特性及其应用。

3. 通过仿真实验，验证理论分析，加深对谐振现象的理解。

4. 学习使用仿真软件进行电路分析，提高电路仿真能力。

二、实验原理交流电路谐振现象是指在一个由电阻（R）、电感（L）和电容（C）组成的电路中，当交流电源的频率达到某一特定值时，电路中的感抗（XL）等于容抗（XC），电路呈现纯阻性，此时电路的阻抗最小，电流达到最大值，电路发生谐振。

谐振频率（f0）由电路元件的参数决定，计算公式为：\[ f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} \]三、实验仪器与软件1. 实验仪器：无2. 实验软件：Multisim 14四、实验步骤1. 打开Multisim软件，创建一个新的仿真项目。

2. 在仿真项目窗口中，从元器件库中选取电阻、电感、电容和交流电源等元器件。

3. 搭建RLC串联谐振电路，设置电阻R为10Ω，电感L为0.0318H，电容C为3.1831e-04F。

4. 在电路中添加交流电源，设置电源电压为220V，频率为50Hz。

5. 在电路中添加示波器，用于观察电路中电流和电压的变化。

6. 设置仿真参数，选择合适的仿真时间，启动仿真。

7. 观察示波器中电流和电压的波形，记录相关数据。

8. 重复步骤3-7，改变电路参数或电源频率，观察电路谐振现象的变化。

五、实验结果与分析1. 当电源频率为50Hz时，电路发生谐振，电流达到最大值，电压与电流同相位。

2. 当电源频率小于50Hz时，电路不发生谐振，电流随频率降低而减小。

3. 当电源频率大于50Hz时，电路不发生谐振，电流随频率升高而减小。

4. 改变电路参数R、L、C，观察电路谐振频率的变化，验证理论分析。

六、实验结论1. 仿真实验验证了RLC串联谐振电路的基本原理，加深了对谐振现象的理解。

2. 仿真实验结果表明，电路谐振频率与电路元件参数有关，与电源频率有关。