基于仿真分析的串联谐振电路的教法研讨

摘 要： 电路分析中串联谐振电路的特征十分适合于用电路仿真软件分析，利用仿真技术易于教师讲明这些特征，也有利于学生对其的理解。本文探讨了利用仿真工具讲解串联谐振电路特性的教法。

关键词： 仿真 谐振频率 谐振曲线

一、用仿真描述串联谐振的概念

将R、L、C串联电路输入端口接入频率可调的幅值为1V的正弦电压源，如图1所示，改变其频率f，观察R、L、C串联电路中正弦电流幅值随频率变化的现象，如图2所示。

图中显示电流幅值在某一个频率点（16Hz）处出现峰值，这就是R、L、C串联电路中的谐振现象。谐振时电流幅值最大（此时的频率称为谐振频率），会烧毁电路中的电器，应予以防范。

二、用仿真描述串联谐振电路中的电压频率特性

1.电阻元件上的电压

电阻元件上的电压频率特性仿真图如图3所示，图中显示电阻电压和其电流波形一致，谐振时（f=16Hz）出现峰值，其值等于外部电压源的电压（1V）。

2.电容元件上的电压

电容元件上的电压频率特性仿真图如图4所示，图中显示电容电压具有低通特性，且峰值点（22Hz）与谐振点（16Hz）不一致。

3.电感元件上的电压

电感元件上的电压频率特性仿真图如图5所示，图中显示电感电压具有高通特性，且峰值点（11Hz）与谐振点（16Hz）不一致。

4.电阻、电容、电感电压的比较

电阻、电容、电感电压的频率特性如图6所示，图中电阻电压峰值点即谐振频率（16Hz）居中，电感峰值点（11Hz）与电容峰值点（22Hz）分列左右两侧，三者不重合。

三、用仿真图分析电阻值对串联谐振电路频率特性的影响

当电路中电阻值变化时会引起各个变量谐振曲线形状的变化，如图7所示。图7为电阻取2Ω、1Ω、0.5Ω、0.25Ω值时，电阻电压、电容电压与电感电压的各组谐振曲线。显然随着电阻值的减小，曲线越尖锐，电容、电感电压峰值点越来越靠近谐振点（电阻电压的峰值点）。

当电阻取2Ω、1Ω、0.5Ω、0.25Ω值时，电路中电流的各谐振曲线如图8所示。图中显示随着电阻的减小电流的峰值增大，且曲线越来越尖锐。

四、结语

以上利用美国仿真软件PSPICEA/D对串联谐振电路进行了分析，显然这种方式会使得教师对谐振电路特征的讲解变得生动形象、通俗易懂，使得学生对抽象的概念更易理解。在课堂教学中利用仿真曲线讲解抽象的概念，使得教师易教，学生易学。