RLC串聯諧振電路設計報告

ID:348711 · 發表于 2018-6-10 13:26

串聯諧振實驗報告包含電路圖，實驗數據，實驗結果

大學實驗報告

院系：電子信息學院班級：16通信工程姓名：袁* 學號：16128404014

指導老師：金* 同組實驗者：無實驗日期：2018

實驗名稱：串聯諧振電路

基礎實驗

實驗目的

加深對串聯諧振電路條件及特性的理解.
掌握諧振頻率的測量方法.
理解電路品質因數Q和通頻帶的物理意義及其測定方法.
測定RLC串聯諧振電路的頻率特性曲線.
深刻理解和掌握串聯諧振的意義及作用.
掌握電路板的焊接技術以及信號發生器、交流毫伏表等儀表的使用方法.
掌握Multisim軟件中的Function Generator Voltmeter、Bode Plotter等儀表的使用方法以及AC Analysis等SPICE的仿真分析方法.
掌握Origin軟件的使用方法.

實驗原理

RLC串聯電路如圖3.6.1所示，改變電路參數L、C或電源頻率時，都可能使電路發生諧振.

該電路的阻抗使電源角頻率

的函數

（3.6.1）

當

時，電路中的電流與激勵電壓同向，電路處于諧振狀態.

諧振角頻率

，諧振頻率

.

諧振頻率僅與元件L、C的數值有關，而與電阻R和激勵電源的角頻率

無關.當

時，電路呈容性，阻抗角

；當

時，電路呈感性，阻抗角

.

電路處于諧振狀態時的特性.

回路阻抗，為最小值，整個回路相當于一個純電阻電路.
回路電路的數值最大，
電阻的電壓的數值最大，
電感上的電壓與電容上的電壓數值相等，相位相差180°，

電路的品質因數Q和通頻帶B.

電路發生諧振時，電感上的電壓（或電容上的電壓）與激勵電壓之比稱為電路的品質因數Q，即

（3.6.2）

定義回路電流下降到峰值的0.707時所對應的頻率為截至頻率，介于兩截止頻率間的頻率范圍為通頻帶B，即

（3.6.3）

諧振曲線

電路中電壓與電流隨頻率變化的特性稱為頻率特性，它們隨頻率變化的曲線稱為頻率特性曲線，也稱為諧振曲線.

Q值越大，曲線尖峰值愈陡峭，其選擇性就愈好，但電路通過的信號頻帶越窄，即通頻帶越窄.

實驗設備與器件

計算機一臺.
通用電路板一塊.
低頻信號發生器一臺.
交流毫伏表一臺.
雙蹤示波器一臺.
萬用表一只.
可變電阻一只.
電阻、電感、電容若干（電阻1000Ω，電感10mH、4.7mH，電容100nF）.

實驗內容

Multisim仿真.

創建電路：從元器件庫中選擇可變電阻、電容、電感創建如圖3.6.4所示的電路.

圖3.6.4 串聯諧振電路

分別用Multisim軟件（AC仿真、波特表、交流電壓表均可）測量串聯諧振電路的諧振曲線、諧振頻率、-3dB帶寬.
當電阻時，用Multisim軟件仿真串聯諧振電路的諧振曲線、觀測R對Q的影響.
利用諧振的特點設計選頻網絡，在串聯諧振電路（上輸入頻率為3.5kHz、占空比為30%、脈沖幅度為5V的方波電壓信號，用Multisim軟件測試諧振電路輸入信號和輸出信號（電阻上電壓）的頻譜，并觀察兩者的差別.

測量元件值，計算電路諧振頻率和品質因數Q的理論值.
在電路板上根據圖3.6.1焊接電路，信號電壓有效值設置為1v
用兩種不同的方法測量電路的值.
測試電路板（交流電壓表）上串聯諧振電路的諧振曲線、諧振頻率、-3dB帶寬.
隨頻率變化，測量電阻電壓、電感電壓、電容電壓的值，按表3.6.1記錄所測數據.

表3.6.1 RLC電路響應的諧振曲線的測量

頻率f/kHz	0.5	1.0	2.0	4.0	7.0	7.4	10.0	12.0	14.0
電壓
電壓
電壓

實驗步驟、數據記錄、結論

Multisim仿真.
- 創建電路：從元器件庫中選擇可變電阻、電容、電感創建如圖3.6.4所示的電路.

圖3.6.4 串聯諧振電路

分別用Multisim軟件（AC仿真、波特表、交流電壓表均可）測量串聯諧振電路的諧振曲線、諧振頻率、-3dB帶寬.

諧振頻率為7.197kHz

-3dB帶寬為33.749kHz（35.277-1.528）

（3）當電阻

時，用Multisim軟件仿真串聯諧振電路的諧振曲線、觀測R對Q的影響.

結論：R越大，Q越小

利用諧振的特點設計選頻網絡，在串聯諧振電路（上輸入頻率為3.5kHz、占空比為30%、脈沖幅度為5V的方波電壓信號，用Multisim軟件測試諧振電路輸入信號和輸出信號（電阻上電壓）的頻譜，并觀察兩者的差別.

在Multisim上畫出如上圖所示

結論：由諧振電路輸入信號和輸出信號的頻譜可知，輸出信號已出現失真。

測量元件值，計算電路諧振頻率和品質因數Q的理論值.

電阻R（Ω）	電感L（mH）	電容C（nF）
1000	4.7	94

電路諧振頻率：

品質因數：

在電路板上根據圖3.6.1焊接電路，信號電壓有效值設置為1v

用兩種不同的方法測量電路的值.

維持信號源的輸出幅度不變，令信號源的頻率由小逐漸變大，測量R兩端的電壓，當的讀數為最大時，讀得的頻率值即為電路的諧振頻率.讀到的最大值為710mV，此刻的頻率值為.
根據電路發生諧振時，輸入信號和電阻電壓相位一致的特性，將這兩路信號分別接入示波器的兩個通道，并把示波器設定在X-Y模式.調節輸入信號發生器的信號頻率，可以在示波器上看到一個極距變化的橢圓，當橢圓變成一條直線時，此時的電路發生了諧振，輸入信號的頻率就是諧振頻率.此刻輸入信號的頻率為.

測試電路板（交流電壓表）上串聯諧振電路的諧振曲線、諧振頻率、-3dB帶寬.

測得

，BW=3.5kHz.

隨頻率變化，測量電阻電壓、電感電壓、電容電壓的值，按表3.6.1記錄所測數據.

表3.6.1 RLC電路響應的諧振曲線的測量

頻率f/kHz	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0	6.0	7.0	8.0	9.0	10.0
電壓	515	786	903	956	982	994	999	999	997	992
電壓	15	46	80	113	145	176	207	236	265	293
電壓	872	665	510	405	332	281	242	211	188	168
頻率f/kHz	20.0	30.0	40.0	50.0	60.0	70.0	80.0	90.0	100.0	/
電壓	892	770	659	569	478	439	393	354	322	/
電壓	527	682	780	841	882	908	928	942	952	/
電壓	76	43	28	19	14	11	8	7	5	/