RLC串联谐振电路(Multisim仿真实训)

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：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0f，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InterctiveImageTechnologies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“ElectronicDesignAutomation”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Electronicworkbench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、MCU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)FunctionGeneratoer(函数信号发生器)Wattmeter(瓦特表)Oscilloscope(示波器)BodePlotter(波特仪)WordGenerator(字符发生器LogicAnalyzer(逻辑分析仪)LogicConverter(逻辑转换仪)DistortionAnalyer(失真度仪)SpectrumAnalyzer(频谱仪)NetworkAnalyzer(网络分析仪)MeasurementPribe(测量探针)FourChannelOscilloscope(四踪示波器)FrequencyCounter(频率计数器)IVAnalyzer(伏安特性分析仪)AgilentSimulatedInstruments(安捷伦仿真仪器)AgilentOscilloscope(安捷伦示波器)TektronixSimulatedOscilloscope(泰克仿真示波器)Voltmeter(伏特表)Ammeter(安培表)CurrentProbe(电流探针)LabVIEWInstrument(LabVIEW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：DCOperatingPointAnalysis（直流工作点分析）ACAnalysis（交流分析）TransientAnalysis（瞬态分析）FourierAnalysis（傅里叶分析）NoiseAnalysis（噪声分析）DistortionAnalysis（失真度分析）DCSweepAnalysis（直流扫描分析）DCandACSensitvityAnalysis（直流和交流灵敏度分析）ParameterSweepAnalysis（参数扫描分析）TemperatureSweepAnalysis（温度扫描分析）TransferFunctionAnalysis（传输函数分析）WorstCaseAnalysis（最差情况分析）PoleZeroAnalysis（零级分析）MonteCarloAnalysis（蒙特卡罗分析）TraceWidthAnalysis（线宽分析）NestedSweepAnalysis（嵌套扫描分析）BatchedAnalysis（批处理分析）UserDefinedAnalysis（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RFSPICE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（SpectrumAnalyzer频谱分析仪和NetworkAnalyzer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模块支持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改变，这种关系称之为频率特性。当信号频率为f=012fLC时，即出现谐振现象，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）I=I。=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Q。5.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：XFG1XMM1XMM2XMM3L11mHC12.2nFR1510Ω04321图1RLC串联谐振电路当电路发生谐振时，CLXX或CL1（谐振条件）。其中，C1=2.2nF,L1=1mH,R1=510Ω，根据公式012fLC可以得出，当该电路发生谐振时，频率070fKHz。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0f在用Multisim仿真软件连接的RLC串联谐振电路，电容选用C1=2.2nF,电感选用L1=1mH,电阻选用R1=510Ω。电源电压su处接低频正弦函数信号发生器，电阻电压Ru处接交流毫伏表。保持低频正弦函数信号发生器输出电压su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Ru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。表1谐振曲线的测量数据表f(KHz)708090100108110120130140150UR(V)9.22011.11912.82213.90814.13914.10913.54612.57511.49610.47UC(V)18.67819.70420.19619.71118.55118.17415.99213.711.6279.88UL(V)7.95610.96514.22717.15118.83319.14220.08520.17119.86319.388当频率为108Hz时，电阻电压Ru的读数达到最大值，即此时电路发生谐振。当频率为70KHz时：图2070fKHz时的波形图观察波形，函数信号发生器输出电压su和电阻电压Ru相位不同，此时电路呈现电感性。当频率0f108kHz时：图30f108kHz时波形图观察波形，函数信号发生器输出电压su和电阻电压Ru同相位，可以得出，此时电路发生谐振，验证了实验电路的正确，与之前得出的理论值相等。因此证明实验电路的连接是正确的。当频率为0f150kHz时：图40f150kHz时波形图观察波形，函数信号发生器输出电压su和电阻电压Ru相位不同，此时电路呈现出电容性。5.3用波特图示仪观察幅频特性。按下图所示，将波特图仪XBP1连接到电路图中。双击波特图仪图标打开面板，面板上各项参数设置如图下图所示。打开仿真开关，在波特图仪面板上出现输出0u的幅频特性，拖动红色指针，使之对应在幅值最高点，此时在面板上显示出谐振频率09.333fKHz。图5波特图6.结论：一个正弦稳态电路，当其两端的电压和通过的电流同相位，则称为电路发生谐振，此时的电路称为谐振电路。实现谐振的方法：（1）角频率0（或频率0f）不变，调节电感L值和电容C值；（2）电感L不变，调节角频率0（或频率0f）值和电容C值；（3）电容C不变，调节角频率0（或频率0f）值和电感L值；实验中测量谐振频率的方法有：调节频率法、示波器法、电感电容法。本次实验选择的是调节频率法。7.体会：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。并且得到了RLC串联谐振电路有几个主要特征：（1）谐振时，电路为阻性，阻抗最小，电流最大。可在电路中串入一电流表，在改变电路参数的同