串联谐振电路实验报告

串联谐振电路

学号： 1028401083 姓名：赵静怡

一、实验目的

1、加深对串联谐振电路条件及特性的理解

2、掌握谐振频率的测量方法

3、理解电路品质因数Q和通频带的物理意义及其测量方法

4、测量RLC串联谐振电路的频率特性曲线

5、深刻理解和掌握串联谐振的意义及作用

6、掌握电路板的焊接技术以及信号发生器、交流毫伏表等仪表

的使用

7、掌握Multisim软件中的Functionn Generator 、

Voltmeter 、Bode Plotter等仪表的使用以AC Analysis

等SPICE仿真分析方法

8、用Origin绘图软件绘图

二、实验原理

RLC串联电路如图2.6.1所示，改变电路参数L、C或电源频率时，都可以是电路发生谐振。

2.6.1 RLC谐振串联电路

1、谐振频率：f 0=LC π21

，谐振频率仅与元件L 、C 的数值有关，而与电阻R 和激励电源的角频率w 无关 2、电路的品质因素Q 和通频带B

电路发生谐振是，电感上的电压（或电容上的电压）与激励电压之比称为电路的品质因素Q ，即C

L

R

Q 1

=

定义回路电流下降到峰值在0.707时所对应的频率为截止频率，介于两截止频率间的频率范围为通带，即Q

fo

B =

3、谐振曲线

电路中电压与电流随频率变化的特性称频率特性，他们随频率变化的曲线称频率特性曲线，也称谐振曲线 4、实验仪器： （1） 计算机 （2） 通路电路板一块 （3） 低频信号发生器一台 （4） 交流毫伏表一台 （5） 双踪示波器一台 （6） 万用表一只 （7） 可变电阻

（8） 电阻、电感、电容若干（电阻100Ω，电感10mH 、4.7 mH ，电容100nF ）

三、 实验内容 1. Multisim 仿真

（1） 创建电路：从元器件库中选择可变电阻、电容、电感创建如

图2.6.2电路.

L14.7mH

V15 Vrms

7.32kHz 0°

C194nF

IC=0V

2

R1

2kΩ

Key=A

15%

XBP1IN

OUT

1

U1

AC 10M W

4.978

V

+

-

3

2.6.2Multisim 串联谐振

（2） 当电阻R= 100,200,300欧时，用Multisim 软件仿真串联谐

振电路的谐振曲线，在同一张图中画出谐振曲线，说明R 对Q 值、带宽的影响。

2.6.3不同Q 值值电流的频率特性曲线 （蓝线为300Ω，绿线为200Ω，红线为100Ω）

将2.6.3放大后：

通过上图，我们可以看到，随着电阻R的减小，品质因素Q在增大，曲线尖峰值越险峻，其选择性就越好。但是电路通过的信号频带越窄，即通频带宽越窄。

（3）利用谐振的特点设计选频网络，在串联谐振电路（R=100ΩL=4.7mH C=100nF）上输入频率为3.5kHz、占空比为30%、脉冲幅度为5V的方波电压信号，用Multisim软件测试谐振电路输入信号和输出信号（电阻上电压）的频谱、测试输入信号和输出信号波形，说明输入和输出信号的波形和频谱是如何变化的，为什么？

V1

3.5kHz 5 V

R1

100Ω

L1

4.7mH

C1

94nF

123

设置仿真电路图如上，输入信号的频谱由对节点1的傅里叶分析得到；输出信号的频谱由对节点3进行傅里叶分析得到。

输入信号：

输出信号：

由输入信号和输出信号的频谱可知，输出信号已经出现223.488%的失真，失真已经较大。

输入信号与输出信号波形图：

从波形图可以更直观的看出，输入的方波已经出现了很大的失真。

2. 测量元件值（阻值、电感及电感的直流电阻），计算电路谐振频率

和品质因数Q 和

-3dB 带宽的理论值。 R 阻值和L 电感的直流阻

值之和（Ω）

C 电容（nF ）

L 电感（mH ）

100

94

4.7

理论值计算： 电路谐振频率：f 0=

571.710

9410

7.4π21

π219

-3

-=⨯⨯⨯=

LC

kHz

品质因素：236.210

94107.4100

1

1

9

3

=⨯⨯⨯==

--C L R

Q -3dB 带宽:386.3236

.210571.73

=⨯==Q fo B kHz 3. 在电路板上根据下图2.6.1焊接电路，信号电压有效值设置为1V 。

设置有效值为1V ：

将信号发生器与交流毫伏表对接，调节信号发生器AMPL 键，注意观测交流毫伏表的电压值。当信号发生器的峰峰值为1.4V 时，交流毫伏表的有效值为1V （如下图）。所以将交流毫伏表的峰峰值固定在1.4V 。

4.用两种不同方法测量电路的f0值。

（1）维持信号源的输出幅度不变，令信号源的频率由小逐渐变大，测量R两端的电压U R ，当U R的读书为最大为710mV时，读得的频率值即为电路的谐振频率f0=7.57kHz

（2）根据电路发生谐振时，输入信号和电阻电压相位一致的特性，将这两路信号分别接入示波器的两个通道，并把示波器设定在X-Y 模式。调节输入信号发生器的信号频率，可以在示波器上看到一个急剧变化的椭圆，当椭圆变成一条直线时，此时电路发生了谐振，输入信号的频率就是谐振频率