实验三RLC串联谐振仿真实验.docx

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实验三RLC串联谐振仿真实验

实验三--RLC串联谐振仿真实验

实验三RLC串联谐振仿真实验

一、实验目的

1、验证RLC串联电路谐振条件及谐振电路的特点。

2、学习使用MULTISIM11仿真软件进行电路模拟。

2、实验原理

1）理论分析

1．发生谐振时满足

；

2．复阻抗

，可见谐振时复阻抗的模最小，即

；

3．谐振电流

，可见谐振时电流值最大。

（2）实例

RLC串联电路图如图1所示。

图1（原理图）图2（相量图）

设电源电压

理论计算，因为：

所以：

电路发生谐振；

电流：

电阻R的电压：

电感L的电压：

电容C的电压：

电流、电阻R的电压、电感L的电压、电容C的电压的相量图如图2所示。

3、仿真实验

1、谐振条件的验证：

通过设计当

和

的两种情况对比得出谐振发生的条件，根据原理图1设计仿真实验当

时的电感与电容的电压数值，和此时电源电压与电阻电压的波形图相位，如图3和图4所示，

图3（仿真图并测量电感与电容的电压）

图4（电源电压与电阻电压的波形图）

改变电容C的值，其他条件不变时即：

时设计仿真图如图5

图6（当电路不发生谐振时的电源电压与电阻电压的波形）

根据仿真实验的结果可以知道：

当

时电感与电容的电压数值相等，并且此时电源电压与电阻电压的波形图相位相同，当

时电感与电容的电压数值不相等，并且此时电源电压与电阻电压的波形图相位不相同（有相位差如图6）。

根据两种情况的比较可以知道：

谐振发生的条件是

。

2、RLC串联谐振电路的特点的验证：

在电路中串联一个电流表，并改变电容和电感的数值，记下每一次仿真的电流值的大小，并判断是否发生谐振。

仿真图如图7所示，

电感（mH）

1.07

4.07

5.07

8.07

100.07

电容（mF）

2

2

2

3

3

电流（A）

21.829

21.973

22.000

21.765

6.870

是否发生谐振

否

否

是

否

否

表1

图7（在谐振和非谐振时测量电流大小）

1）有仿真实验图7和表1可知：

当电路发生谐振时，电路为阻性，阻抗最小，电流最大。

2）有仿真图4可以观察到电源电压和电阻负载两端电压的波形同相位，又因为电阻和电流同相位，所以可知：

当电路发生谐振时，电源电压与电流同相位。

红色为电容

蓝色为电感

图8（电感和电容的电压波形图）

3）通过观察仿真图8可知：

当电路发生谐振时，电感电压与电容电压大小相等，相位相反。

四、结论与误差分析

1、在误差允许的范围内，理论结果与仿真结果相同；

2、在用交流电压表测量电感电压与电容电压有微小的误差，主要原因是：

电压表有内阻，和在理论计算时对

的取值不精确造成的。

五、实验总结

1.注意仿真仪表的接线是否正确。

2.仿真实验时应注意频率和角频率之间换算关系，即

；

3.由于电流和频率都为近似值，实验值与理论值之间存在误差，应尽量保证数据的准确性。

4.每次要通过按下操作界面右上角的“启动/停止开关”接通电源，或者暂停来观察波形。