西安科技大学EDA实训RLC串联电路的频响仿真.doc

EDA工具训练实训报告 实验一：RLC串联电路的频响仿真 电路设计及功能简介 1.1电路原理、功能、用途简介 RLC串联电路在接通或断开直流电源的瞬间，相当于受到阶跃电压的影响，电路对此要作出响应，会从一个稳定态转变到另一个稳定态，这个转变过程称为暂态过程。此过程变化快慢是由电路中各元件的量值和特性决定的，描述暂态变化快慢的特性参数是放电电路的时间常数或半衰期。 对于含有电感和电容两种储能元件的输入端（一端口）来说，输入电压与电流一般是不同相的。但是，改变输入电压的频率或者调节电路参数，可使电压和电流达到同相位，工程上将电路的这种工作状况称为谐振。 电压放大倍数与频率的关系称为幅频特性,输出信号与输入信号的相位差与频率之间的关系称为相频特性。两者统称频率特性，可以通过绘制波特图来反应这两个指标。 品质因数表示一个储能器件（如电感线圈、电容等）、谐振电路中所储能量同每周期损耗能量之比的一种质量指标；串联谐振回路中电抗元件的Q值等于它的电抗与其等效串联电阻的比值；元件的Q值愈大，用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。选频网络的作用是将一定频率范围的信号与其余频率的信号分离出来。常见的选频网络有滤波器和谐振网络。 1.2 Multisim电路设计图及绘制简介 1.2.1 RLC串联电路的原理图 图1 RLC串联电路原理图（a）和矢量图（b） 1.2.2Multisim电路设计图 图2 RLC串联电路实验图 ①交流电压源：Place Source→POWER_SOURCES→AC_POWER。 ②电阻：Place Basic→RESISTOR,选取阻值为1Ω的电阻。 ③示波器：从虚拟仪器工具栏调取XSC1。 ④电容：Place Basic→CAPACITOR,选取电容并根据电路设置电容值。 ⑤电感：Place Basic→INDUCTOR,选取电感并根据电路设置电感值。 1.3提出设计要求和思考 进行RLC串联电路频响仿真 （1）参数自定（提示：交流信号源不必设置） （2）仿真内容包括幅频、相频特性，给出相应图示 （3）实验分析品质因数与选频作用 电路RLC串联电路分析 2.1 Multisim交流分析简介 交流分析（AC Analysis）是分析电路的小信号频率响应，分析的结果是幅频特性和相频特性。在电路中的所有零件将都被考虑，如果有用到数字零件，将被视同是一个接地的大电阻；而交流分析是以正弦波为输入信号，不管我们在电路的输入端输入何种信号，进行分析时都将自动以正弦波替换，而其信号频率也将以设定的范围替换之。当我们要进行交流分析时，可启动Simulate/Analyses/AC Analysis命令。 2.2说明分析目的、设计实验、预计结果 2.2.1分析目的： 通过交流分析，可以得到幅频特性和相频特性的图像，和用于分析交流信号特点的波特图。并可分析幅频、相频特性、品质因数与选频作用。 2.2.2设计实验 进行通过计算谐振条件得到RLC的谐振峰值为156Hz，并且使用波特分析仪进行波特图的绘制，并采用交流分析法，进行验证。实验图见图2。 2.2.3预计结果 预期在波特图上可以的得到实验的波特图，分析幅频、相频特性、品质因数与选频作用。即可计算通频带和品质因数等参数的值。 2.3设计过程和结果展示 2.3.1幅频、相频特性 （1）使用示波器和波特图示仪的结果 在电路仿真工作区中建立图1所示电路，启动仿真。当f0=156Hz，电路发生谐振时电路呈阻性，外加电压与谐振电流同相位，其波形如图2所示。串联谐振电路的幅频特性曲线和相频特性曲线分别如图3和图4所示。 图2 RLC串联电路谐振时电压、电流波形 图3幅频特性曲线 图4相频特性曲线 在图三上选定通频带（如图3），计算通频带的宽度。谐振频率w0为156Hz，上限频率w2为251.6Hz，下限频率w1为60.4Hz。所以通频带的宽度BW为191.2 Hz。 2.3.2根据公式计算品质因数。 (其中w0为谐振频率，w2和w1为上下限频率) 可得品质因数Q=156/(251.6-60)=0.815。 选频作用：即在上下限频率具有0.707倍以上的幅度值，而其他频率是幅值较小，所以对于w1、w2之间（即60.4 Hz到251.6 Hz），具有较强的选择性。 (2)仿真分析-交流分析 ①执行SimulateAnalysesAC Analysis命令。 ②在AC Analysis对话框中进行设置。设置交流分析的起始频率和终止频率，设置交流分析的扫描方式。 ③在Output选项卡中选定结点4（即电阻两端的电压值）作为分析变量，最后点击Simulate按钮进行仿真，其结果如下图5所示。 图5 AC分析的结果 总结与展望 当输