R、L、C串联电路谐振实验与仿真

窦勤耘

(贵州大学 电气工程学院，贵阳 550025)

R、L、C串联谐振实验是大二学生开设的实验课程，学生通过正确连线和解决实验中遇到的设备故障等问题,提高了实验操作技能和数据处理能力，利用EDA进行电路设计仿真，强大的虚拟功能让幅频特性、相频特性曲线及实验数据的获得更加便捷，采用虚实两种方法进行实验，加深了学生对串联电路频率特性及品质因数Q的理解。

1 实验原理

图1 R、L、C串联电路实验中，当外加正弦交流电压的频率可变时，电路中的感抗、容抗和电抗都随着外加电源频率的改变而变化，电路中的电流也随着频率而变化。频率特性曲线如图2。

图1 R、L、C串联电路实验Fig.1 R,L,C series circuit experiments

图2 R、L、C串联电路频率特性曲线Fig.2 Frequency characteristic curves of R,L,C series circuits

图3 串联谐振电路的品质因数曲线Fig.3 Quality factor curve of series resonant circuit

2 R、L、C串联谐振仿真实验

2.1 幅频特性曲线

设计仿真实验电路如图4，将信号源的输出电压调至10 V、电感10 mH，f=50 kHz谐振时计算电容C，选取电阻使品质因数处于合适范围内，利用Multisim提供的交流分析功能对电路进行分析。

图4 R、L、C串联谐振仿真实验图Fig.4 R, L, C series resonance simulation experiment diagram

执行菜单命令Simulate→Analyses→AC Analysis出现交流分析对话框，根据实验要求对Frequency Parameters页面上的内容进行设置，在Output variables页面中选取需要分析的节点，按下Simulate键得到交流分析测试曲线，显示出电路的幅频特性和相频特性曲线，如图5。

图5 交流分析测试曲线Fig.5 AC analysis test curve

2.2 谐振频率测试

在幅频特性曲线上移动游标1，使其与幅值最高点重合，通过数据窗口观测到该点电压的幅值在频率f=50.118 7 kHz时达到最大，即被测电路在该频率下出现谐振，获得谐振频率、上限频率和下限频率，进而得出通频带和品质因数Q。

2.3 完成仿真并分析实验结果

R、L、C串联电路仿真实验，能准确跟踪显示频率f等参数变化对应的频率特性曲线及品质因数曲线，具有良好的动态响应能力，获得各测量数据更清晰、便捷和高效。

3 R、L、C串联谐振硬件实验

3.1 幅频特性曲线

参照图1进行连线，取R=1 kΩ，在保证电压不变的条件下，将测量数据记录表记入表1中。

表1 实验数据记录表Tab.1 Experimental data recording table

根据测量数据，即可绘出幅频特性曲线：

UR=f(f)、UC=f(f)与UL=f(f)。

3.2 谐振频率测试

3.3 完成实际操作并分析实验结果

学生通过连接线路，正确使用各种电工设备，针对实验中遇到的设备故障、接线问题、器件偏差、电磁干扰等问题进行排除，并对实验数据进行分析整理，提高了学生实验操作技能和数据处理能力，这也是传统实验的优势。

4 结语

R、L、C串联谐振采用虚实相结合进行实验，引入EDA技术实现了虚拟仿真，为设计性实验的顺利开设创造了条件。通过实际动手操作的培养和锻炼，提高了学生综合分析和解决问题的能力，给学生营造了一个创造潜能和可以自由发挥的天地，体现了实验技术的先进性。