RLC串联谐振电路-电工设计

新疆大学

实训（实习）设计报告

所属院系：机械工程学院

专业：机械工程及自动化

课程名称：电工电子学

设计题目：RLC串联谐振电路

班级：机械10-5班

学生姓名：刘祖兵

学生学号：20102001230

指导老师: 吴老师马老师

完成日期：2012.7.17

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=21 mH 、电容C=2uF ，电阻R=10Ω，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，H f ,L f 分别是回路电流由最大值增加和减少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，002f πω=

五.设计内容

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： 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=2uF,L 1=21mH,R 1=10Ω，根据公式012f LC

π=

可以得出，当该电路发生谐振时，频率Hz

f 7770=。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

在用Multisim 仿真软件连接的RLC 串联谐振电路，电容选用C 1=2uF,电感选用L 1=21mH,电阻选用R 1=10Ω。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。

通过理论计算，此时电路的谐振频率为0f =776.6Hz

六．实验内容与步骤

按照下图连接实验电路，使图中的C 1=2uF,L 1=21mH,R 1=10Ω

观察谐振现象，找出谐振频率0f ，改变电压输出信号的频率，并分别测量出电阻、电容、电感两端的电压。在谐振0f 左右连续取几组数值，再分别测量相应的L U 和C U 以及R U 。 序号

1

2 3 4 5 6 7 8 9 f(Hz) 250 400

700

770

777 784 820 950 1150 U R (V) 0.074 0.145 0.902 2.091 2.121 2.081 1.413 0.495 0.255 U C (V) 0.245 0.764 8.332 21.249 21.75

21.528

15.293 6.21 3.869 U L (V) 2.265

2.881 10.25 21.606

21.719 21.115

13.71

4.184

1.763

当频率为777Hz 时，电阻电压 的读数达到最大值，即此时电路发生谐振。同时验证了与理 论计算结果的一致。当频率为777Hz 时，电路发生谐振,观察下列波形，函数信号发生器输出电压 和电阻电压 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的正确性。

当频率为740Hz 时，观察下列波形，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800Hz 时，观察下列波形，函数信号发生器输出电压s u 和电阻电压R U 相位不同，此时电路呈现电容性

改变电路的电阻使R=5Ω，如下图所示连接电路，观察谐振现象，找出谐振频率0f ，改变电压输出信号的频率，并分别测量出电阻、电容、电感两端的电压。在谐振0f 左右连续取几组数值，再分别测量相应的L U 和C U 以及R U 。

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

f(Hz) 250 400 700 770 777 784 820 950 1150 (V) 0.0372 0.072 0.485 2.007 2.12 1.971 0.865 0.253 0.128 U

R

U

(V) 0.245 0.765 8.962 40.798 43.486 40.797 18.722 6.341 3.89 C

(V) 2.366 2.886 11.02 41.483 43.424 40.014 16.785 4.235 1.772 U

L

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

U的幅频特性，拖动红色指针，仪图标打开面板。打开仿真开关，在波特图仪面板上出现输出

使之对应在幅值最高点。

当电阻R=10Ω时

移动红色游标指针使之对应在幅值最高点处，此时在面板上显示出谐振频率=0f 775.894 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 =815.023Hz 、L f =739.804Hz 。

可计算出通频带宽BW=H f -L f =75.219Hz ，品质因数32.10219

.75894

.7750===

BW f Q 通过理论计算25.10121

.275

.21===

R L U U Q 由此可见，理论值与仿真值大致相同，误差很小。

将电路参数改为R=5Ω，使回路的电阻减小，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下图所示