RLC串联谐振电路Multisim仿真实训.docx

1、RLC串联谐振电路Multisim仿真实训新疆大学课 程 设 计 报 告所属院系： 电气工程学院 专 业： 热能与动力工程课程名称： 电工综合课程设计 设计题目： RLC串联谐振电路设计 班 级： 热动12-1 * *学生学号： * 指导老师 : 杨建庭 玛依拉 完成日期： 2014/12/292015/1/8 课程设计题目：RLC串联谐振电路设计要求完成的内容：（1）自行设计一串联电路，选择合适的参数。应用万用表及示波器进行测量。输出数据并进行理论计算验证。以及最高谐振点频率。（2）设计一个RLC串联谐振电路，在Multsim软件平台上自选元器件。（3）设计不同频率下的串联谐振电路，并作出输

2、出波形。（4）设计并测定频率特性。作出相频特性图和幅频特性图。指导教师评语： 评定成绩为： 指导教师签名： 年 月 日目录 3绪论 4设计原理 6RLC串联谐振电路 71.设计目的 72.设计仪器和设备 73.设计题目 74.设计内容与步骤 71.测试电路的谐振频率 72.用波特图示仪观察幅频特性 10误差分析 12结论 13参考文献 13绪论Multisim仿真软件的简要介绍Multisim是Interctive Image Technologies公司推出的一个专门用于电子电路仿真和设计的软件，目前在电路分析、仿真与设计等应用中较为广泛。该软件以图形界面为主，采用菜单栏、工具栏和热键相结合

3、的方式，具有一般Windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟练程度自如使用。尤其是多种可放置到设计电路中的虚拟仪表，使电路的仿真分析操作更符合工程技术人员的工作习惯。下面主要针对Multisim8.0软件中基本的仿真与分析方法做简单介绍。EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计再到PCB钻孔图、自动贴片

4、、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。EDA已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。功能：1直观的图形界面 整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的； 2丰富的元器件 提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。 3强大的仿真能力 以SPICE3F5和Xspi

5、ce的内核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench 带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。 4丰富的测试仪器 提供了22种虚拟仪器进行电路动作的测量： Multimeter(万用表) Function Generatoer(函数信号发生器) Wattmeter(瓦特表) Oscilloscope(示波器) Bode Plotter(波特仪) Word Generator(字符发生器 Logic Analyzer(逻辑分析仪) Logic Converter(逻辑转换仪) Distorti

6、on Analyer(失真度仪) Spectrum Analyzer(频谱仪) Network Analyzer(网络分析仪) Measurement Pribe(测量探针)Four Channel Oscilloscope(四踪示波器) Frequency Counter(频率计数器) IV Analyzer(伏安特性分析仪) Agilent Simulated Instruments(安捷伦仿真仪器) Agilent Oscilloscope(安捷伦示波器) Tektronix Simulated Oscilloscope(泰克仿真示波器) Voltmeter(伏特表) Ammeter(安

7、培表) Current Probe(电流探针) Lab VIEW Instrument(Lab VIEW仪器) 这些仪器的设置和使用与真实的一样，动态互交显示。除了Multisim提供的默认的仪器外，还可以创建LabVIEW的自定义仪器，使得图形环境中可以灵活地可升级地测试、测量及控制应用程序的仪器。 5 完备的分析手段 Multisimt提供了许多分析功能： DC Operating Point Analysis（直流工作点分析 ） AC Analysis（交流分析） Transient Analysis（瞬态分析） Fourier Analysis（傅里叶分析） Noise Analysi

8、s（噪声分析） Distortion Analysis（失真度分析） DC Sweep Analysis（直流扫描分析） DC and AC Sensitvity Analysis（直流和交流灵敏度分析） Parameter Sweep Analysis（参数扫描分析） Temperature Sweep Analysis（温度扫描分析） Transfer Function Analysis（传输函数分析） Worst Case Analysis（最差情况分析） Pole Zero Analysis（零级分析） Monte Carlo Analysis（蒙特卡罗分析） Trace Width

9、Analysis（线宽分析） Nested Sweep Analysis（嵌套扫描分析） Batched Analysis（批处理分析） User Defined Analysis（用户自定义分析） 它们利用仿真产生的数据执行分析，分析范围很广，从基本的到极端的到不常见的都有，并可以将一个分析作为另一个分析的一部分的自动执行。集成LabVIEW和Signalexpress快速进行原型开发和测试设计，具有符合行业标准的交互式测量和分析功能； 6独特的射频(RF)模块 提供基本射频电路的设计、分析和仿真。射频模块由RF-specific（射频特殊元件，包括自定义的RF SPICE模型）、用于创建用

10、户自定义的RF模型的模型生成器、两个RF-specific仪器（Spectrum Analyzer频谱分析仪和Network Analyzer网络分析仪）、一些RF-specific分析（电路特性、匹配网络单元、噪声系数）等组成； 7强大的MCU模块 支持4种类型的单片机芯片,支持对外部RAM、外部ROM、键盘和LCD等外围设备的仿真，分别对4 种类型芯片提供汇编和编译支持；所建项目支持C代码、汇编代码以及16进制代码,并兼容第三方工具源代码； 包含设置断点、编辑内部RAM、特殊功能寄存器等高级调试功能。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器

11、技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。谐振现象是正弦稳态电路的一种特定的工作状态。通常，谐振电路由电容、电感和电阻组成，按照其原件的连接形式可分为串联谐振电路、并联谐振电路和耦合谐振电路等。由于谐振电路具有良好的选择性，在通信与电子技术中得到了广泛的应用。比如，串联谐振时电感电压或电容电压大于激励电压的现象，在无线电通信技术领域获得了有效的应用，例如当无线电广播或电视接收机调谐在某个频率或频带上时，就可使该频率或频带

12、内的信号特别增强，而把其他频率或频带内的信号滤去，这种性能即称为谐振电路的选择性。所以研究串联谐振有重要的意义。在含有电感L 、电容C 和电阻R 的串联谐振电路中，需要研究在不同频率正弦激励下响应随频率变化的情况， 即频率特性。Multisim 仿真软件可以实现原理图的捕获、电路分析、电路仿真、仿真仪器测试等方面的应用， 其数量众多的元件数据库、标准化仿真仪器、直观界面、简洁明了的操作、强大的分析测试、可信的测试结果都为众多的电子工程设计人员提供了一种可靠的分析方法， 同时也缩短了产品的研发时间。设计原理：一个优质电容器可以认为是无损耗的（即不计其漏电阻），而一个实际线圈通常具有不可忽略的电阻

13、。把频率可变的正弦交流电压加至电容器和线圈相串联的电路上。若R、L、C和U的大小不变，阻抗角和电流将随着信号电压频率的改变而改变，这种关系称之为频率特性。当信号频率为时，即出现谐振现象。即电路中的电流最大，因而电路消耗的功率最大。同时线圈磁场和电容电厂之间具有最大的能量互换。工程上把谐振时线圈的感抗压降与电源电压之比称之为线圈的品质因数Q。RLC串联电路如图所示，改变电路参数L、C或电源频率时，都可能使电路发生谐振。 该电路的阻抗是电源角频率的函数：Z=R+j(L-1/C)当L-1/C=0时，电路中的电流与激励电压同相，电路处于谐振状态。谐振角频率0 =1/，谐振频率f0=1/2。谐振频率仅与

14、原件L、C的数值有关，而与电阻R和激励电源的角频率无关，当0时，电路呈容性，阻抗角0时，电路呈感性，阻抗角0。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：Q=UL（0）/ US= UC（0）/ US=0L/R=1/R*RLC串联谐振电路（EDA设

15、计性实验）1.设计目的（1）自行设计一串联电路，选择合适的参数。应用万用表及示波器进行测量。输出数据并进行理论计算验证。以及最高谐振点频率。（2）设计一个RLC串联谐振电路，在Multsim软件平台上自选元器件。（3）设计不同频率下的串联谐振电路，并作出输出波形。（4）设计并测定频率特性。作出相频特性图和幅频特性图。（5）得出结论并写出仿真体会。2.设计仪器和设备Computer计算机一台 Multisim电路仿真软件。Oscilloscope双踪示波器 Multimeter数字万用表 Bode plotter波特仪3.设计题目（1）设计一RLC串联谐振电路，在Multisim软件平台上自选元器件。（2）设计不同频率下的谐振电路，并输出波形。4.设计内容与步骤1.测试电路的谐振频率（1）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：图1 RLC串联谐振电路当电路发生谐振时，或（谐振条件