电路课程设计RLC串联谐振.docx
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电路课程设计RLC串联谐振
电路课程设计报告
课程设计题目RLC串联谐振
要求完成的内容:
(1)验证RLC串联谐振电路的谐振条件和特点,加深对其理论的认识和理解。
(2)探究品质因数Q对电路的影响,并理解其物理意义。
(3)用双踪示波器观察谐振电路的相位幅值关系。
(4)对RLC串联谐振电路做相频、幅频分析。
要求:
(1)根据设计要求,确定电路的设计方案,初选电路元器件,设置参数。
(2)仿真分析、测量电路的相关参数,修改、复核,使之满足设计要求。
(3)综合分析计算电路参数,验证满足设计要求后,认真完成设计报告。
评分标准:
(1)设计思路是否清晰;
(2)单元电路正确与否;(3)整体电路是否完整及满足
设计要求;(4)说理说明是否正确;(5)报告格式及版面是否清晰。
指导教师评语:
评定成绩为:
指导教师签名:
年月日
电气短学期课程设计
课题:
RLC串联谐振
一、设计目的
(1)验证RLC串联谐振电路的谐振条件和特点,加深对其理论的认识和理解。
(2)探究品质因数Q对电路的影响,并理解其物理意义。
(3)用双踪示波器观察谐振电路的相位幅值关系。
(4)对RLC串联谐振电路做相频、幅频分析。
二、设计原理
在图13-1所示的RLC串联电路中,当正弦交流信号ui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上的电压为输出u0,以频率f为横坐标,输出电压u0的有效值U0为纵坐标,绘出光滑的曲线,即为输出电压的幅频特性,如图13-2所示。
图13-1RLC串联电路
图13-2幅频特性
1.谐振
在
时,
,电路发生谐振。
f0称为谐振频率,即幅频特性曲线尖峰所在的频率点,此时电路呈纯阻性,电路的阻抗模最小。
在输入电压ui一定时,电路中的电流i达到最大值,且与输入电压ui同相位。
这时
,
,其中Q称为电路的品质因数。
2.电路品质因数Q值的测量方法
1)根据公式
测定,其中UL、UC分别为谐振时电感L和电容C上的电压有效值;
2)通过测量谐振曲线的通频带宽度
,再根据
求出Q值。
其中f0为谐振频率,f2和f1分别是U0下降到0.707U0max时对应的频率,分别称为上、下限截止频率,如图13-2所示。
三、设计仪器及设备
Multisim10.0软件计算机
4、设计内容与步骤
如下图13-3所示,在Multisim软件中搭建此电路,并连线。
电源电压US处接交流电源,并和双踪示波器接一路。
电阻电压UR接双踪示波器的另一路,调整好双踪示波器的显示,准备进行测量。
改变交流电源的频率(由小逐渐变大),观察双踪示波器的波形图。
当示波器中的电压US波形与电压UR波形(相当于电流波形)的相位同相时所对应的频率值即为谐振频率。
并将数据计入下表。
图13-3
频率由小逐渐变大
1.f=5khz
图13-4
f
UR
UC
UL
5khz
165.833mV
1.802V
95.508mV
2.f=10khz
图13-5
f
UR
UC
UL
10khz
431.823mV
1.402V
499.754mV
3.f=15khz
图13-6
f
UR
UC
UL
15khz
919.257mV
1.989V
1.596V
4.f=16.97khz
图13-7
由图可以观察得到US与UR同相位,即发生谐振,此时谐振频率
f=16.97khz
f
UR
UC
UL
16.97khz
998.637mV
1.91V
1.961V
5.f=20khz
图13-8
f
UR
UC
UL
20khz
822.415mV
1.335V
1.904V
6.f=25khz
图13-9
f
UR
UC
UL
25khz
531.196mV
689.697mV
1.537V
7.f=30khz
图13-10
f
UR
UC
UL
30khz
385.976mV
417.626mV
1.34V
8.当UR=0.707US时,得到对应的f2与f1如下图所示
图13-11
f1
UC
UL
UR
12.98khz
1.769V
1.063V
707.573mV
图13-12
f2
UC
UL
UR
21.62khz
1.061V
1.769V
706.811mV
五、设计数据及结果
总结表格
R=2.2kΩ
C=2200pF
f(khz)
5
10
15
19.6
20
25
30
UR(mV)
165.833
431.823
919.257
998.637
822.415
531.196
385.976
UC(V)
1.082
1.402
1.989
1.91
1.335
0.68969
0.41762
UL(V)
0.09551
0.49975
1.596
1.961
1.904
1.537
1.340
备注
US=1V
f0=16.97khz
当UR=0.707US时,
其中f1=12.98khz,UC=1.769V,UL=1.063V,UR=707.573mV
其中f2=21.62khz,UC=1.061V,UL=1.769V,UR=706.811mV
绘制RLC串联谐振电路的谐振曲线
用Excel软件进行作图,做出串联谐振的通用谐振曲线,如下图13-13所示。
图13-13
6、总结分析
1、电路处于谐振状态时的特性。
(1)、回路阻抗Z0=R,|Z0|为最小值,整个回路相当于一个纯电阻电路。
(2)、回路电流I0的数值最大,I0=US/R。
(3)、电阻上的电压UR的数值最大,UR=US。
(4)、电感上的电压UL与电容上的电压UC数值相等,相位相差180°,UL=UC=QUS。
2、电路的品质因数Q
电路发生谐振时,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数Q,即:
(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,它们随频率变化的曲线称频率特性曲线,也称谐振曲线。
在US、R、L、C固定的条件下,有
改变电源角频率ω,可得到响应电压随电源角频率ω变化的谐振曲线,回路电流与电阻电压成正比。
从中可以看到,UR的最大值在谐振角频率ω0处,此时,UL=UC=QUS。
UC的最大值在ω<ω0处,UL的最大值在ω>ω0处。
七、个人体会
通过这次课程设计,让我更加深入的了解了RLC串联谐振的原理及其对课程设计的操作。
而且掌握了对软件Multisim10.0的基本操作。
但是由于时间有限,仅有一个星期的时间,而且机房的时间有限,所以做的课程设计有些粗糙,并不是做得很好,如果时间长一点会对软件和课程设计有一个更好地理解。
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- 关 键 词:
- 电路 课程设计 RLC 串联 谐振