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1、第20章 谐振电路,1.实训目的,通过仿真实训，加深对谐振电路的理解，了解串联谐振与并联谐振的特点，了解电路品质因数的物理意义，初步掌握串联谐振与并联谐振电路的仿真实验研究方法。,2.实训内容,1）串联谐振电路的仿真实验研究（技能性仿真实训）。 2）并联谐振电路的仿真实验研究（设计性仿真实训）。,20.1 串联谐振电路的仿真实验研究,20.1.1 实训目的 1） 加深对串联谐振电路的理解 2）了解串联谐振的特点和电路参数变化对谐振的影响。 3）初步掌握串联谐振电路的仿真实验研究方法。,20.1.2 实训原理,谐振电路是由电阻、电感和电容元件组成，通常分为串联谐振和并联谐振两种方式。 在RLC串
2、联电路中，当电源频率变化时，电路中的感抗、容抗都随之发生变化，电路中的电流也随着频率的变化而变化。当电流I与电源Us同相时，电路产生谐振。 电路谐振时，容抗和感抗相等，电路为纯阻性，且阻抗模最小。激励全部加到电阻上，电阻上的电压达到最大值。 可见，谐振频率取决于电路参数L及C，调节L、C或改变信号频率，都可以使电路发生谐振。,20.1.3 实训指导,1）打开工作界面，创建RLC串联谐振电路。 2）从基本元件库中选取电阻、电容和电感元件并设定参数，从仪表库中选取波特图仪和双踪示波器，从指示器件库中选用电压表和电流表。 3）进行仿真实验，注意观察串联谐振的幅频和相频特性波形。,20.1.4 实训内
3、容与步骤,1.用示波器和波特图仪测试,电路如图20-1所示。电路参数：交流电源V11V/1KHZ/0Deg，C1270nF，R1470，L191mH。,图20-1 RLC串联谐振仿真实验电路,波形观察,双踪示波器用来观察谐振电路的电流和电压的波形相位，波特图仪则用来测量电路的幅频和相频特性曲线。 从仿真实验中可以看到：当电路发生谐振时，电路呈现纯阻性，外加电压与谐振电流同相位，其波形如图20-2所示。,图20-2 串联谐振的电流、电压波形,幅频与相频观察,观察幅频特性和相频特性曲线使用波特图仪，方法是：打开波特图仪面板，运行仿真开关，测试幅频特性，单击Magnitude按钮；测试相频特性，单击
4、Phase按钮；参数均按照面板给出的数值进行设置，如图20-3和图20-4所示。,图20-3 串联谐振的幅频特性曲线,图20-4 串联谐振的相频特性曲线,2.采样AC分析功能,电路如图20-5所示。电路参数：交流电源V11V/1KHZ/0Deg，C1270nF，R1470，L191mH。,图20-5 串联谐振仿真实验电路,操作步骤,1）单击Option/Preferences命令。打开Preferences对话框，在Circuit选项卡中，选中Show node names项，电路自动生成节点。 2）启动AC Analyses命令，在AC Analyses对话框中设定两项：Vertical S
5、cale为Liner；Output Variables为节点3。然后单击Simulate按钮，就会显示出RLC串联谐振电路幅频与相频特性曲线，如图20-6所示。,串联谐振的相频与幅频特性曲线,图20-6 启用AC分析功能显示的幅频与相频特性曲线,20.1.5 实验研究,1）独立设计一种串联谐振电路，并进行仿真实验。 2）观察RLC串联电路的幅频特性曲线和相频特性曲线，并加以分析比较。 3）如何判断R、L、C串联电路处于谐振状态？ 4）改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振？,20.1.6 实训报告,主要内容： 1）实训目的、基本原理、电路图、元器件和所需仪表等。 2）实训内容与操作步骤。 3）波
6、形观察与分析。 4）实验研究结果。 5）实训总结。,20-1 实训项目完,机械工业出版社印制,*20.2 并联谐振电路的实验研究 （设计性实训）,20.2.1 实训目的 1）加深对并联谐振电路的理解。 2）了解并联谐振的特点和电路参数变化对谐振的影响。 3）初步掌握并联谐振电路仿真实验的设计思路和研究方法。,20.2.2 实训原理,并联谐振电路是串联谐振电路的对偶电路，因此，并联谐振可以用串联谐振类似方法进行分析。 在RLC并联电路中，当电源频率变化时，电路中的感纳、容纳都随之发生变化，电路中的电流也随着频率的变化而变化。当电流I与电源Us同相时，电路产生谐振。 并联谐振时，电路中的电纳为零，
7、电路呈现阻性，电感支路与电容支路的电流有效值相等，即：IL=IC。 谐振频率取决于电路参数L及C，调节L、C或改变信号频率，都可以使电路发生谐振。,20.2.3 实训指导,1）打开工作界面，创建RLC并联电路。 2）从基本元件库中选用电阻、电容和电感，从仪表库中的选用功率表、示波器。 3）进行仿真实验，观察分析相频特性和幅频特性波形。,20.2.4 实训内容与步骤,1.用示波器和波特图仪测试,电路如图20-7所示。电路参数：交流电源V11V/1KHZ/0Deg，C11mF，R11，L11mH。,图20-7 RLC并联谐振仿真实验电路,波形观察,从仿真实验中可以看到：当电路发生谐振时，外加电压与
8、谐振电流同相位，其波形如图20-8所示。,图20-8 并联谐振的电流、电压波形,幅频与相频观察,幅频特性和相频特性曲线如图20-9和图20-10所示。,图20-9 并联谐振的幅频特性曲线,图20-10 并联谐振的相频特性曲线,2.采样AC分析功能,电路如图20-11所示。电路参数同上。,图20-11 并联谐振仿真实验电路,操作步骤,1）单击Option/Preferences命令。打开Preferences对话框，在Circuit选项卡中，选中Show node names项，电路自动生成节点。 2）启动AC Analyses命令，在AC Analyses对话框中设定两项：Vertical S
9、cale为Liner；Output Variables为节点2。然后单击Simulate按钮，就会显示出RLC并联谐振电路幅频与相频特性曲线，如图20-12所示。,并联谐振的相频与幅频特性曲线,图20-12 启用AC分析功能显示的幅频与相频特性曲线,20.2.5 实验研究,1）独立设计一个并联谐振电路，变更元器件参数并进行仿真实验。 2）对RLC串、并联电路的幅频特性曲线和相频特性曲线进行分析比较。,20.2.6 设计报告,主要内容： 1）实训目的、基本原理、电路图、元器件和所需仪表等。 2）实训内容与操作步骤。 3）波形观察与分析。 4）实验研究结果。 5）设计总结。,20-2 实训项目完,机械工业出版社印制,
