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1、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。(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
2、定成绩为:指导教师签名: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u的频率f改变i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u,以频率f为横坐标,输出电压u的有效值0 0U为纵坐标,绘出光滑的曲线,即为输出电压的幅频特性,如图13-20所示。i L + O1 IQ 十Ui
3、EUo图13-1 RLC串联电路图13-2幅频特性1谐振在f = f = 1/2nLC时,X二X,电路发生谐振。f称为谐振频率,即 0L C0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u 定时,电路中的电流i达到最大值,且与输入i电压U同相位。这时U二RI二U, U二U二QU,其中Q称为电路的i0iLCi品质因数。2.电路品质因数Q值的测量方法1)根据公式Q二U /U二U /U测定,其中u、U分别为谐振时电感LLiCiL C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Af二f -f,再根据Q二f /Af求出2 1 0Q值。其中f为谐振频率,f和f分
4、别是U下降到0.707U时对应02100max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软件计算机四、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U处接交流电源,并和双踪示波器接一路。电阻电压U接双SR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U波形与电压U波形(相当于电流波形)的SR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。MilJCEP1 im-uiaia|、 出.mi lEyiA-WHIP-
5、::ipIrii图 13-3频率由小逐渐变大l.f=5khz图 13-4fUrUcUl5khz165.833mV1.802V95.508mV2.f=10khz4H nV; 临- l rl DWJiOWSrrf/D1IF Jj *12_7 _1L_S_ r .*-Aji*图 13-5fUrUcUl10khz431.823mV1.402V499.754mV3.f=15khz图 13-6fUrUcUl15khz919.257mV1.989V1.596V4.f=16.97khz图 13-7由图可以观察得到卩与UR同相位,即发生谐振,此时谐振频率SRf=16.97khzfUrUcUl16.97khz99
6、8.637mV1.91V1.961V5.f=20khz图 13-8fUrUcUl20khz822.415mV1.335V1.904V6.f=25khz图 13-9fUrUcUl25khz531.196mV689.697mV1.537V7.f=30khzft_J I mi* .1 MR-MM 3IMA2xue-lra-TiEHC11 VflM |14Mlr图 13-10fUrUcUl30khz385.976mV417.626mV1.34V8.当Ur=0.707Us时,得到对应的f2与.如下图所示* E审如L脚MM2也Pl.L:.:1 # I p tKT VMS I21A2KHI图 13-12图
7、13T1f1UcUlUr12.98khz1.769V1.063V707.573mVf2UcUlUr21.62khz1.061V1.769V706.811mV五、设计数据及结果总结表格R=2.2kQf (khz)5101519.6202530Ur (mV)165.833431.823919.257998.637822.415531.196385.976Uc (V)1.0821.4021.9891.911.3350.689690.41762uL (V)0.095510.499751.5961.9611.9041.5371.340C=2200pF备注f0=16.97khz当 Ur=0.707Us 时
8、,其中 f=12.98khz, U =1.769V, U =1.063V, U =707.573mV1 CLR其中 f =21.62khz, U =1.061V, U =1.769V, U =706.811mV2 CLR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。URUSff0x=f/f0y=UR/US0. 165S331519. 60.2551020410. 1658330. 431S2311019. 60.5102040820. 4318230. 707573112. 9819. 60.6622448980.7075730.
9、9192571IE19. 60.7653061220 9192570. 99B637119. 619. 610.9986370. 02241512019. 61.0204081S30. 8224150. 706S11121.6219. 61.1030612240.7060110. 53119612519. 61.2755102040.5311960. 3S597613019. 61.5306122450.385976V=UR/US x=f/fOy=URAJ5图 13-13六、总结分析1、电路处于谐振状态时的特性。(1) 、回路阻抗Z=R,|Z |为最小值,整个回路相当于一个纯电阻0 0电路。(
10、2) 、回路电流I的数值最大,I二U/R。0OS(3) 、电阻上的电压U的数值最大,U二U。RR S(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, U =U =QU oL C S2、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:Q = U (w )/U = U (w )/U =e L/RjL/CL 0 S C 0 S 0(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I = U /JR2 +(wL-l/wC)2SU
11、 = RI = RU /.R2 + (wL-1/wC)2RS VU =wLI =wLU /.;R2 +(wL 1/wC)2LSU = I/wC = U /wC R2 + (wL-1/wC)2CS改变电源角频率3,可得到响应电压随电源角频率3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,U的最大值在谐R振角频率3处,此时,U =U =QU o UC的最大值在33处。0七、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MultisimlO.O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。