新疆大学
实训（实习）设计报告
所属院系：机械工程学院
专业：机械工程与自动化
课程名称：电工电子实习
设计题目：RLC串联电路的设计
班级：机械09-4班
------- 学生姓名：古再力阿衣
学生学号： 20092001432
指导老师:
完成日期：2012.6.29
圈的品质因数Q 。

2.在Multisim2001中创建的RLC 串联仿真实验电路如下图所示。

其中交流电压源是必须放置的形式信号源用，其幅值和频率的数值对电路的频率特性没用影响，波特图仪用于显示幅频特性曲线。

RLC 串联电路由电阻R 、电感L 及电容C 串联构成，由于回路的电流I 与电阻R 两端电压的特性相同，因此选择电阻两端电压作为频率响应测试电量。

电阻R 、电感L 及电容从Multisim 的基本元件库中找出，交流电压源从电源信号源库中找出，波特图仪从虚拟仪器栏中找出。

元件参数的选取为电感L=100 mH 、电容C=240 nF ，电阻R=1 k Ω，分析电阻大小对品质因数的影响时再改变电阻值。

反映电路频率特性的参数有谐振频率0f 、通频带宽BW 和品质因数Q ，其定义如下：
RC
f π210=
⑴
L
H f f BW -= ⑵ 其中，
分别是回路电流由最大值减少3dB 时所对应的上限频率和下限频率。

BW
R C 1
R Q 000f
===ωω ⑶
其中，002
f πω= 双击波特图仪图标，打开波特图仪的面板，面板上各项参数设置如图1所示，运行电路仿真开关，在波特图仪面板上显示出电阻两端电压的幅频特性曲线。

图1
五.设计内容与步骤：
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：
图2 RLC 串联谐振电路
当电路发生谐振时，C L X X =或C
L ωω1
= （谐振条件）。

其中C 1=2nF,L 1=1.5mH,R 1=1k Ω，根据公式01
2f LC
π=
可以得出，当该电路发生谐振时，
频率KH f 93.60=。

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。

2．用调节频率法测量RLC串联谐振电路的谐振频率0f
实验原理图
在用Multisim仿真软件连接的RLC串联谐振电路，电容选用C
1
=2.5nF,电感选
用L
1=1mH,电阻选用R
1
=1KΩ。

电源电压s u处接低频正弦函数信号发生器，电阻电
压R u处接交流毫伏表。

保持低频正弦函数信号发生器输出电压s u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
R
U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(Hz) 6065758593.6100105110115
U
R
(V) 11.25
812.06
8
13.28
7
13.97
6
14.13
5
13.99
1
13.72
5
13.44
8
13.14
4
U
C
(V) 14.92
714.76
9
14.12
6
13.10
9
12.01
3
11.13
10.45
3
9.7839.125
U
L
(V) 6.3697.3959.38511.18
612.47
3
13.19
1
13.53
8
13.88
7
14.21
3
实验原理图
当频率为82.6Hz时，电阻电压
U的读数达到最大值，即此时电路发生谐振。

R
当频率0f 93.6kHz时：
图5 0f 93.6 kHz时波形图
观察波形，函数信号发生器输出电压s u和电阻电压R U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60KHz：
图4 KH
f 600 时的波形图 观察波形，函数信号发生器输出电压s u 和电阻电压R U 相位不同，此时电路呈现电感性。

当频率为0f=115kHz时：
图 6 0f=115kHz时波形图
观察波形，函数信号发生器输出电压s u和电阻电压R U相位不同，此时电路呈现出电容性。

3.用波特图示仪观察幅频特性。

按图7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，
U 面板上各项参数设置如图7图所示。

打开仿真开关，在波特图仪面板上出现输出
0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f=1.023kHz。

率
图7
图8波特图
移动红色游标指针使之对应在幅值最高点0 dB 处，此时在面板上显示出谐振频率
=0f 1.023
Hz ；再移动红色游标指针使之分别对应幅值最高点左右两侧的3±dB 处，读出上限频率和下限频率为H f =269.153 KHz 、L f =10 Hz 。

可计算出通频带宽BW=H f -L f =269153-10=269143Hz ，品质因数
0038.0269143
1023Q 0===BW f 将图8所示电路参数改为R=5 k Ω，使回路的电阻增大，运行电路仿真开关后在波
特图仪面板上显示出电阻两端电压的幅频特性曲线如9图所示。

图9
由式(1)、(3)及图9测试表明，电阻的改变对电路的谐振频率不产生影响，但影响
电路的品质因数，从而影响频率特性曲线的平坦度。

通过红色游标指针可读出谐振频率0f =1.023KHz ，H f =843.478 KHz ，L f =1 Hz ，计
算出通频带宽BW=fH-fL=843478-1=843477 Hz ， 品质因数
3-0101.2843477
1023Q ⨯===BW f ，表明频率选择性变差。

用AC 交流分析功能进行频率特性的Multisim 仿真测试
创建仿真实验电路如图5所示，其中的波特图仪可去掉不用。

启动Simulate 菜单中Analyses 下的AC Analyses …命令，在AC Analyses 对话框
中，改动Output 为节点27、VerticalScale 为Liner 。

点击AC Analyses 对话框上的Simulate 按钮，出现一个AC Analyses 窗口，如图
10所示。

图10交流分析图
通过游标指针可读出谐振频率、限频率和下限频率，其结果和波特图仪的结果基本
一致。

将图5所示电路参数增大，频率特性曲线的平坦度发生变化。

六.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时观察电流的读数，并记录，测试电路发生谐振时电流是否为最大。

2.谐振时，电源电压与电流同相。

这可以通过示波器观察电源电压和电阻负载两端电压的波形中否同相得到。

3.谐振时，电感电压与电容电压大小相等，相位相反。

这可以通过示波器观察电感和电容两端的波形是否反相得出，还可用电压表测量其大小。

4.用硬件实验仪器对RLC串联电路谐振特性进行测试时，仪器输出参数调整较为繁琐，信号频率偏高或偏低时波形显示不稳定。

由于受实验仪器的限制无法进行电路的AC交流频率特性分析，用Multisim软件仿真解决了这一问题，将计算机仿真软件Multisim引入到电路实验中，使电路的分析、仿真、测试非常方便，特别便于电路参数改变时的测试。

所述方法具有实际应用意义，创新点是解决了RLC串联电路谐振特性的工作波形及参数不易或无法用电子实验仪器进行分析测试的问题。

总的来说，本次实验比较成功，不仅仿真出了正确的结果，也对Multisim仿真软件的功能及其应用也有了更深的提高。