基于Mulitisim的谐振电路研究∗

吴凌燕 王守权 吴春林

（海军航空工程学院青岛校区 青岛 266041）

基于Mulitisim的谐振电路研究∗

吴凌燕 王守权 吴春林

（海军航空工程学院青岛校区 青岛 266041）

论文通过Multisim软件仿真平台，实现了对串、并联谐振电路特性的仿真研究。仿真了串并联谐振情况下，电路的电源电压与电阻两端电压的关系、谐振电路的相频和幅频特性曲线。软件仿真，对于电子类的专业课程的学习，起到了很大的辅助作用，形象直观，使得学习内容更容易被学员理解和接受，值得推广。

Multisim；谐振

1 引言

Multisim软件是NI公司下属的Electronics Workbench Group发布的交互式SPICE仿真和电路分析的软件。该软件具有直观的图形界面和丰富的元器件数据库，并提供原理图输入接口，全部的数模Spice防真功能，且具有大量的测试仪器，为电子类课程的学习和实验提供了广阔的平台［1～7］。

文章以串、并联电路的谐振研究为切入点，分析了串并联电路的谐振特点，并采用软件对其特点进行了仿真验证，为该软件的其他使用者提供参考。

2 串、并联谐振电路特点

在含有R、L、C的交流电路中，端口电压与总电流的相位一般不同。但在电路元件的参数或电源频率为某一数值时，可使二者同相，此后时电路呈纯阻性，这种状态称为谐振。

器件串联谐振时，总阻抗最小，总电流最大，会在电感和电容上可能产生比电源电压大很多倍的高电压，因此串联谐振也称电压谐振；器件并联时，出现电路端电压和总电流同相位的现象，电源无需提供无功功率，只提供电阻所需要的有功功率，谐振时，支路电流大于电路中的总电流，因此，并联谐振也叫电流谐振。研究谐振的目的就是要认识这种客观现象，并在科学和应用技术上充分利用谐振的特征，同时又要预防它所产生的危害［8］。

以下对串并联电路的谐振进行软件分析。

3 串联谐振电路

RLC串联电路如图1所示，电路器件及电源的参数可以根据需要设置。

电路的总阻抗为：Z=R+(XL-XC)j，当阻抗取得最小值时，电路进入谐振状态，此时Z=R，XL=XC，设置电路参数，令电源的频率 f=919Hz，电容容量为1.5μF，电感为20mF，则有：

图1 RLC串联谐振电路

3.1 串联谐振电路仿真

根据式（1～2）的计算可知，电路参数的设置，使得 XC=XL，满足谐振条件，即电路大致在频率919Hz附近谐振。

3.2 谐振电压的观测

在电路中接入示波器，如图2所示。可见串联谐振时，电源电压全部加载在电阻两端，电阻两端电压与电源两端电压同相且大小相等，此时整个电路阻抗最小，等于电阻阻值，电路电流最大。为便于观察，调节示波器XSC1的AB通道的每格所代表的电压数值。

图2 谐振时电源与电阻两端的电压

3.3 幅频、相频特性的观测

用波特图仪观测其幅频和相频特性。运行程序，选择“模式”下的幅度，水平设置中点击对数，即可观测信号的幅频特性，如图3，点击下侧左右箭头移动纵轴，可以读出期中心频905Hz，与理论计算919Hz基本相符。点击波特图仪界面右侧的“相位”，即可观测信号的相位特性，移动纵轴，可观测到谐振点大约在922Hz，与理论计算值919Hz大致接近。波特图仪的测量结果存在一定的误差，若要提高精度可将扫描波形的点数设置大一点，则谐振频率更为接近理论计算值［9～10］。

图3 信号的幅频及相位特性

4 并联谐振电路

图4 RLC并联谐振电路

4.1 谐振电压的观测

并联谐振时，电路呈纯阻性。电阻R1两端电压与电源两端电压同相位。示波器分别连接在电源与电阻两端。如图5所示，为谐振时电源与电阻两端的电压，通道A显示的是电源两端的电压，通道B为电阻两端的电压。可以看出，两者同相位且幅值相等。

图5 并联谐振的电压观测

4.2 幅频、相频特性的观测

用波特图仪观测其幅频和相频特性。在程序运行情况下，双击波特图仪图标，观看相频与幅频特性，方法同串联谐振。可以读出期中心频率大致为159Hz，与理论计算158Hz基本相符，如图6。

图6 信号的幅频与相位特性

5 结语

通过应用软件Multisim对串并联谐振电路的仿真，以动态测量的方式展现了串并联联谐振电路的特点：电阻两端电压与电源电压同相位，幅频特性曲线和相频特性曲线也显示了谐振点的频率与理论计算值一致，较为直观性，值得在电子类课程的教学中引进。

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Research About Resonance Circuit Based on Mulitisim

WU LingyanWANG ShouquanWU Chunlin
（Qingdao Campus of Naval Aviation Engineering Institute，Qingdao 266041）

The article has realized resonance characteristic research of the series and parallel circuit through the platform of Multisim.Simulation the resonant condition，the relationship between terminal voltage and voltage of the resistor circuit，characteristics curve of the phase and amplitude frequency about resonant circuit.Software simulation，the electronic professional course study，played an important supporting role，image intuitive，make learning content easier to understand and accept for students，it is worth promoting.

Multisim，resonance

TP399

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.10.036

Class Number TP399

2017年4月7日，

2017年5月29日

吴凌燕，女，硕士研究生，副教授，研究方向：单片机，智能仪表。王守权，男，硕士研究生，副教授，研究方向：虚拟仪器。吴春林，男，硕士研究生，讲师，研究方向：软件仿真。