电路课程设计

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。探究品质因数Q对电路的影响，并理解其物理意义。用双踪示波器观察谐振电路的相位幅值关系。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00U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。iL£+O 1I Q十Ui E Uo图13-1RLC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0 LC 0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i 0 i L C i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LLi Ci LC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210Q值。其中f为谐振频率，f和f分别是U下降到0.707U时对应0 2 1 0 0max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S R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S R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 « | \、~milEyiA -WHIP->:■■：ip~~Irii图13-3频率由小逐渐变大l.f=5khz图13-4fUrUcUl5khz165.833mV1.802V95.508mV2.f=10khz4H⑼nV；临-l«rl^DWJiOWSrrf/D1IFJj*12_'7_1L_S_r^~—.■*-Aji*4H⑼nV；临-l«rl^DWJiOWSrrf/D1IFJj*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S Rf=16.97khzfUrUcUl16.97khz998.637mV1.91V1.961V5.f=20khz图13-8fUrUcUl20khz822.415mV1.335V1.904V6.f=25khz

图13-9fUrUcUl25khz531.196mV689.697mV1.537V7.f=30khzft_JImi*.1MR-MM3IMA2xue-lra-Tift_JImi*.1MR-MM3IMA2xue-lra-TiEHC11VflM〜|14Mlr图13-10fUrUcUl30khz385.976mV417.626mV1.34V

8.当Ur=0.707Us时，得到对应的f2与.如下图所示*E8.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¥ptK^"TVMSI21A2KHI图13-12f1UcUlUr12.98khz1.769V1.063V707.573mVf2UcUlUr21.62khz1.061V1.769V706.811mV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，其中f=12.98khz,U=1.769V,U=1.063V,U=707.573mVC L R其中f=21.62khz,U=1.061V,U=1.769V,U=706.811mVC L R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/US0.165S331519.60.2551020410.1658330.431S2311019.60.5102040820.4318230.707573112.9819.60.6622448980.7075730.9192571IE19.60.7653061220・9192570.99B637119.619.610.9986370.02241512019.61.0204081S30.8224150.706S11121.6219.61.1030612240.7060110.53119612519.61.2755102040.5311960.3S597613019.61.5306122450.385976V=UR/USx=f/fOy=URAJ5图13-13六、总结分析1、电路处于谐振状态时的特性。、回路阻抗Z=R,|Z|为最小值，整个回路相当于一个纯电阻00电路。、回路电流I的数值最大，I二U/R。0 OS、电阻上的电压U的数值最大，U二U。R RS、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=QUoLCS2、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=eL/RjL/CL0SC0S0(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=RI=RU/.R2+(wL-1/wC)2TOC\o"1-5"\h\zR SVU=wLI=wLU/.'；R2+(wL—1/wC)2L SU=I/wC=U/wCR2+(wL-1/wC)2C S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=QUoUC的最大值在3