实验7--RLC串联谐振电路在Multisim10中仿真操作介绍

关于对实验7和实验9进行仿真的事宜1、按照实验书的要求在宿舍对这两个实验进行仿真，仿真的数据记录在纸质实验报告上，也就是按实验书的要求写实验7和实验9两份报告，每份报告的首页右上角写上序号，夹在实验书中，等18周周二下午到B2-303实验室接受考查这两个实验时亲手交给考查的老师。2、当做完这两个实验的仿真，数据记录完整，检查无误后，把仿真文件提交到邮箱：[e-mail]，记得要回执，提交的最后时限是：15周星期四18:00前！仿真文件名和存放文件夹严格按下面的命名规则进行：如3号王梓良同学11电管1班03号王梓良实验7A/B/C.ms10或11电管1班03号王梓良实验9A/B/C/D.ms10如实验7实验内容中第1题的文件名为11电管1班03号王梓良实验7A.ms10，第2题的文件名为11电管1班03号王梓良实验7B.ms10；实验9实验内容中第1题的积分电路文件名为11电管1班03号王梓良实验9A1.ms10，第1题的微分电路文件名为11电管1班03号王梓良实验9A2.ms10，第2题的文件名为11电管1班03号王梓良实验9B.ms10等等把这些仿真文件集中放在文件夹“11电管1班03号王梓良”中，序号为2位数，1-9号加个0，如7号，要写为07号，数字用阿拉伯数字，文件名和文件夹名字符之间不要插空格或其它字符，把该存放的文件夹进行压缩，发这个压缩文件给老师。3、17周星期五给大家在宿舍复习，把这两个实验的操作搞熟练，等待18周周二下午到实验室接受考查，届时只能带书和报告，其他不能带，如U盘、事先做好的仿真文件等，按现场老师布置的实验内容进行仿真操作，包括建立电路、数据的获得等，考查的实验内容就是从实验7和实验9这两个实验中选。4、在完成这两个实验时，参考老师的课件，一步步进行，不宜作过多的系统设置！电工电子实验中心实验7RLC串联谐振电路在Multisim10中仿真操作介绍一、实验目的1、加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路Q值）的物理意义及其测定方法。2、学习用实验方法绘制RLC串联电路幅频特性曲线。3、熟练掌握multisim10.0的使用方法。二、实验原理1、在图（一）所示的R、L、C串联电路中，当正弦交流信号源U1的频率f改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随f而变。取电阻R上的电压U0作为响应，当输入电压Ui的幅值维持不变时，在不同频率的信号激励下，测出U0之值，然后以f为横坐标，以U0/Ui为纵坐标（因Ui不变，故也可直接以U0为纵坐标），绘出光滑的曲线，此即为幅频率特性曲线，亦称谐振曲线，如图（二）所示。2、在处，即幅频率特性曲线尖峰所在的频率点称为谐振频率。此时XL=XC，电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小。在输入电压Ui为定值时，电路中的电流达到最大值，且与输入电压Ui同相位。从理论上讲，此时Ui=UR=U0，UL=UC=QUi，式中的Q称为电路的品质因数。3、电路品质因数Q值的两种测量方法。一是根据公式测定，UC与UL分别为谐振时电容器C和电感线圈L上的电压；另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度⊿f=f2-f1，再根据求Q值。式中f0为谐振频率，f2和f1是失谐时，亦即输出电压的幅度下降到最大值的（=0.707）倍时的上、下频率点。Q值越大，曲线越尖锐，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。LCff210四、实验内容(1)在multisim10.0电路工作区建立实验书上图7-3的实验电路，组成监视、测量电路。如图1，C=0.01μF，L=10mH，选R=200Ω。用万用表的交流挡作为交流电压表和示波器监视信号源输出，使信号发生器输出电压Ui=3V，并保持不变。从元件库中调用元件，可点击菜单Place/Component，如图2，接着调用电容C=0.01μF=10nF，如图3，调用电感如图4，调用电阻如图5。从仪器栏中调用信号发生器、万用表和示波器，如图6、图7和图8，实际上对于本实验的仿真，示波器可以不要！仪器栏中各仪器的图标比较小，但是当鼠标停留在它上面时，有显示其英文名字，如果实在还看不懂，也可以干脆点击该仪器图标，放到电路工作区，看看是否是所要的，不是的话，把它删除就可以了。元件和仪器都调齐后，移动到合适位置，把它们连接起来，就是图1的实验电路了。图1图21.实验电路图和调用元件的菜单界面图32.调用电容的界面图43.调用电感的界面图54.调用电阻的界面图8图75.调用信号发生器、万用表和示波器的界面图6图9双击电路工作区信号发生器的图标，得到图9的设置界面，按下波形Waveforms下的正弦信号选择按钮，在幅度Amplitude设置框中填入如4.24264（即3×1.414），单位选择峰值Vp，这样就可以得到有效值为3V的正弦信号，频率Frequency根据需要再直接填入。各万用表都把它们设置为交流电压表（毫伏表），如图10。6.信号发生器、万用表的设置界面图10（2）找出电路谐振频率ƒ0。其方法是：在信号发生器频率Frequency设置框中直接填入谐振频率的理论值，按下电源开关，观察接在R（200Ω）两端的万用表（毫伏表）XMM2的显示值Uo，如果Uo的读数为输入电压3V时，那么此时的填入的频率值即为电路的谐振频率ƒ0，否则必须在谐振频率的理论值左右小步改变设置值，直到电阻两端Uo的读数为输入电压3V，因为电路谐振时电感与电容的阻抗值相等，它们两端的电压相等，方向相反，电路呈现纯阻性，阻值为R（200Ω），另外，也同时可从XMM4、XMM3读出UC和UL的测量值，万用表（毫伏表）的量程自动会改变，不需要人工干预。（3）在谐振点两侧，按表7-2频率递增或递减，依次逐点测出Uo、UL、UC之值，记入7-2中。在上下限频率ƒH、ƒL附近注意观察Uo的值，当Uo=2.12V时，这个频率就是ƒH（大于ƒ0）或、ƒL（小于ƒ0）。HzLCf49.159151001.0101021216307.仿真操作方法8.仿真的数据f/kHz11K13K14.1K14.4KƒL14.9K15.4K15.91049Kƒ016.4K16.9K17.58KƒH18K19K21KUo/VUL/VUc/VHzLCf49.159151001.010102121630表7—2接近理论值计算得到：Q=UL/U0=5判断电路谐振频率ƒ0也可以用李萨如图形法，示波器的设置如图11，红圈按钮是使示波器为X-Y工作方式，按下电源开关，点击单次扫描按钮（蓝圈），电路谐振时，可以看到一天斜直线。如果做硬件实验，本方法很有用，但对于本仿真，用万用表判断就可以了，比较简单。图119.李萨如图形法判断电路谐振频率ƒ010.Q=10和Q=2仿真的数据f/kHz11K13K14KƒL14.5K15.135KƒL15.4K15.91049Kƒ016.4K16.72KƒH17K18K20KUo/VUL/VUc/V表7—3Q=10、R=100Ω时，Uo的测量数据(4)输入电压Ui、电感L、电容C不变，改变电路中R的数值，使得电路的品质因数分别为Q=10、Q=2，重复上述步骤，把数据分别记录于表7-3、表7-4中。HzfQLfRRLfRiLiUUQOL49.15915220000Q=10代入，求得R=99.99Ω，取标准值100ΩQ=2代入，求得R=499.99Ω，取标准值510Ωf/kHz7K9K11K12.38KƒL13K14K15.85Kƒ017K18K20.45KƒH22K25KUo/VUL/VUc/V表7—4Q=2、R=510Ω时，Uo的测量数据Q=10Q=2Q=5U0=3V图12图13图1411.根据仿真的数据得到3个不同Q值的幅频曲线U0=3VU0=3V电工电子实验中心