RLC滤波电路论文

2024-06-05

RLC滤波电路论文（精选5篇）

RLC滤波电路论文篇1

整流电路是一种把交流电能转换为直流电能的电路。根据电路的结构, 整流电路可以分为:零式电路和桥式电路。零式电路指带零点或中性点的电路, 又称半波电路。桥式电路是对二极管半波整流的一种改进, 它实际上是由两个半波电路串联而成, 故又称全波电路。桥式整流器利用四个二极管, 两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通, 得到正的输出;输入正弦波的负半部分时, 是另两只管导通, 由于这两只管是反接的, 所以输出还是得到正弦波的正半部分, 所以桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。一般在桥式整流电路中加入电感或者电容即可构成桥式整流滤波电路。其中RLC整流滤波电路与桥式整流电容滤波电路和桥式整流电感滤波电路相比, 有较强的适应性。所以在本文中选取RLC桥式整流滤波电路, 在考虑二极管伏安特性影响的情况下, 通过建立电路方程来分析该电路的特性, 采用数值分析的方法来模拟该电路在非理想条件下的整流滤波效果, 并且与单相桥式整流电路进行比较。

1 电路的方程的建立

图1是RLC桥式整流滤波电路, 建立电路的微分方程。设输入电压为Ui, 输出电压Uo=Ur, 流经二极管的电流为Id, 二极管电压为Ud, 电感为L, 电容为C, 电阻为R, 则根据基尔霍夫定律, 并且在充分考虑了二极管正向电流电压的影响下, 可以列出原始方程组如下:

其中"g () "函数是二极管的伏安特性函数。

根据以上方程组, 可以化为关于Uo的常微分方程:

由于这是一个二阶方程, Uo用x代替, 且有, 则得到方程组:

2 数值仿真和分析

本文采用改进的欧拉折线法进行数值仿真和分析。改进的欧拉折线法求解一阶微分方程组的方法如下:

设一阶方程组为:

改进的欧拉法:

预测:

校正:

本文采用Matlab编程的办法对电路的方程组进行计算:

设定的初始参数如下:

器件工作温度为300K, 那么可知Ut=26m V, 角频率=100 rad/s, 输出电压的初始值为0V

数值仿真结果如下:

Ui=3V, 电容C=0.00005F, Ui=3V, 电容C=0.00005F, 电感L=50H, 电阻R=1000:电感L=500H, 电阻R=1000:

Ui=3V, 电容C=0.001F, Ui=3V, 电容C=0.001F,

电感L=5H, 电阻R=1000:电感L=50H, 电阻R=1000:

下面将考虑二极管伏安特性函数的影响:

Ui=3V, 电容C=0.001F, Ui=3V, 电容C=0.001F,

电感L=500H, 电阻R=1000:电感L=50H, 电阻R=1000:

Ui=3V, 电容C=0.001F, Ui=3V时的单相桥整流电路

电感L=5H, 电阻R=1000:输出波形:

从数值分析的结果可以看出, 增大电感的感抗, 可以有效抑制电路开始工作之后产生的脉冲干扰, 使输出变得平滑, 如图 (a) 和 (b) 所示。而当电感感抗过小时, 输出电压的波形类似RC整流滤波电路的输出波形, 如图 (c) 所示, 差别在于由于输出电压初始值为零, 由波形可以看出前期有一个明显的充电的过程。当电容容抗值增大时, 可以发现在相同电感感抗的情况下, 脉冲干扰加剧, 输出波形波动性增强, 如图 (a) 与 (d) 对比所示。本文还考虑电桥中二极管的伏安特性函数, i=Is[exp (u/Ut) -1], 其中i是流经二极管的电流, Is是反向饱和电流值, u是二极管的俩端电压值, Ut在300K温度下约为26m V。当考虑二极管伏安特性之后, 与理想情况下的结果对比, 我们发现输出电压中少了二极管导通电压的部分, 并且由于二极管本身的伏安特性会分担一部分的输入电压的变化, 所以考虑二极管的伏安特性之后输出电压的波动会有所减少, 如图 (k) 与 (c) ; (j) 与 (d) 所示。最后, 本文对RLC整流滤波电路和单相桥整流电路进行了对比, 桥式整流电路完成了全波整流, 输出电压是单一方向的, 但是仍有较大的交流成分, 而RLC桥式整流滤波电路是输出电压是平滑的直流电压, 如图 (j) 与 (i) 所示, 可见RLC桥式整流滤波电路较单相桥整流电路的性能有很明显的提升。

3 结语

本文通过对RLC桥式整流滤波电路的原理分析和电路微分方程的列写, 通过数值分析的方法对该电路的整流滤波特性, 并且将二极管在实际工作中的伏安特性情况纳入考虑之中, 不失为一种创新。通过对该电路的研究, 是我们在模拟电子技术课程学习之外的一种扩展, 锻炼了分析能力, 并且提高我们在模拟电子技术上的造诣。

参考文献

[1]童诗白, 华成英.模拟电子技术基础 (第4版) [M].北京:高等教育出版社, 2006.

[2]李庆扬, 王能超, 易大义.数值分析 (第4版) [M].武汉:华中科技大学出版社, 2006.

RLC滤波电路论文篇2

巴特沃思(Butterworth)滤波器[1]是一种通频带内的频率响应曲线最大限度平坦,没有起伏,而且在通频带则逐渐下降为零。在振幅的对数对角频率的波特图上,从某一边界频率开始,振幅随着角频率的增加而逐渐减少趋于负无穷大。它在线性相位、衰减斜率和加载特性三方面具有特性均衡的优点,特点是随着阶数的增加,衰减斜率回逐渐增加。因此,巴特沃思滤波器已被广泛使用。设计一个四阶巴特沃思带通滤波器,合理设计电路结构并利用Mathematica 7.0[2]编程进行元件参数的计算.绘制出幅频特性曲线,最后进行参数的优化。

2 巴特沃思模拟带通滤波器的原理[3]

巴特沃思低通滤波器系统函数为:

其中,N为巴特沃思滤波器的阶数,N只能取自然数,Ωc为3dB截止频率,Sk为Ha(s)的极点,

Sk均匀分布在左半平面半径Ωc的半圆周上,且对称于实轴。当公式(1)的s=jΩ时,可得到巴特沃思低通滤波器的频率响应函数:

由(1)～(3)式可见,巴特沃思低通滤波器系统函数完全由阶数N和3dB截止频率Ωc确定,所以设计巴特沃思低通滤波器就是根据设计指标求阶数N和3dB截止频率Ωc然后按(2)式求出极点,按(1)式得到系统函数。实际设计更为方便,滤波器设计手册一般会以表格形式列出各巴特沃思归一化(Ωc)低通滤波器的各种参数(见表1)。

由表1中参数可以写出N阶巴特沃思归一化低通原型系统函数G(p)为

只要将G(p)中的每个p用

替换,就将G(p)转换为带通滤波器系统函数Hd(s),Ω1和Ωh分别为带通滤波器的通带下截止频率和通带上截止频率,为通带上下截止频率之差,即

3 四阶巴特沃思模拟带通滤波器的设计

3.1 四阶巴特沃思带通滤波器的系统函数

四阶巴特沃思带通滤波器的系统函数是将二阶巴特沃思归一化低通滤波器的系统函数中的每个q用替换,就得到四阶巴特沃思带通滤波器的系统函数为:

3.2 四阶巴特沃思模拟带通滤波器的RLC电路模型

考虑到电阻、电容、电感特性,即当输入信号的频率相当低时,电感元件可以近似视为短路,电容元件可以近似视为开路;当输入信号的频率相当高时,电感元件可以近似视为开路,电容元件可以近似视为短路;并且RLC滤波电路的阶数与电路中的独立动态元件个数一致;实际电感元件自身有电阻效应。因此四阶模拟带通滤波器RLC网络最优电路应如图1.

信号频率很高时,实际电感元件还有电容电阻效应、电容元件还电感和漏电导效应,因而在图1所示电路中要加上电阻R1和R2,这样还便于通过调节R1和R2使电路能够实现四阶Butterworth模拟带通滤波器的功能,消除LC谐振带来的通带和阻带波纹,使得电路的可操作性增强,又易于搭建实际电路,实现非常简单,造价也较低,更重要的是为选择电感元件的电感量大小提供了一定程度的灵活性。如果加入到电路中的信号频率很高时,还要考虑到实际电感元件有电容效应、实际电容元件还有电感和漏电导效应.为了计算该模拟电路的系统函数,图1中左虚线框内的s域阻抗为z1,右虚线框内的阻抗为z2。利用Mathemtica 7.0内部函数编写程序可以快速导出RLC滤波电路的s域系统函数,导出该RLC滤波电路的s域系统函数所需程序语句为:

z1=R1+s L1+1/(s c1);(*左虚线框的阻抗*)z2=1/(1/R2+1/(s L2)+s c2);(*右虚线框的阻抗*)

设其系统函数为H[s],则

H[s＿]=(z2/(z2+z1)//ExpandAII//Ca nce//Together)/(*构造出RLC电路的s域系统函数*)

运行以上程序,由计算可得四阶模拟带通RLC滤波电路的传输(系统)函数为

H[s]=(c1 L2 R2 s2)/(R2+L2 s+c1 R1 R2 s+c1 L2R1 s2+c1 L1 R2 s2+c1 L2 R2 s2+c2 L2 R2s2+c1 L1 L2 s3+c1 c2 L2 R1 R2 s3+c1 c2 L1L2 R2 s4)将系统函数分子分母同除以(c1 c2L1 L2 R2)的系统函数的等价式为:

其中可以先取定R1和R2,留下四个待定参数L1,L2,c1,c2.

3.3 给定参数的四阶巴特沃思模拟带通滤波器的设计[4]。

带通滤波器的参数设置为:R1=100Ω,R2=20000Ω,通带上限截止频率fd=5×103Hz,通带上限截止频率fu=2×104Hz,则可知ΩL=2π×fd,ΩH=2π×fu,利用Mathemtica 7.0内部函数编写程序可以快速导出RLC滤波电路的s域系统函数,导出该RLC滤波电路的s域系统函数所需程序语句:ΩL=5000×2π;ΩH=20000×2π;B=ΩH-ΩL;Ωα=(ΩHΩL)^0.5,(*用户对滤波器的要求*)Hq[q＿]=1/(1+1.414q+q2);(*低通滤波器*)Hd[s＿]=Hq[(s2+ΩHΩL)/(s B)]//FullSimplify//Together (*带通滤波器*)运行以上程序得:

Hd[s＿]=(8.87364×109 s2)/(1.55539×1019+5.25394×1014 s+1.67613×1010 s2+133219s3+s4)并画出带通滤波器的幅频特性曲线图如图2:

令Hd[s]与(7)式相等得到高次代数方程组为:

就可确定L1,L2,c1,c2的值分别为:

就能够根据以上的参数值选择元件,以搭接RLC电路实现四阶巴特沃思模拟带通滤波器的设计,同时也可以根据用户的实际需要改变参数,设计专用的带通滤波器。

4 结论

根据给定巴特沃思模拟带通滤波器的技术指标,先设计标准的巴特沃思模拟带通滤波器,再根据设计特点合理搭建RLC电路,利用Mathematica7.0编写程序找出RLC模型电路中各元件参数的约束关系,计算出RLC电路中各动态元件的参数值。使搭建的RLC电路能够实现巴特沃思模拟带通滤波器的功能,并提供解决此类问题的系统方法,为设计用户定制特性的模拟滤波器提供系统可行的解决方案。

参考文献

[1]邵朝,阴亚芳,卢光跃.数字信号处理.北京:北??京邮电大学出版社,2003 P160-P164.

[2]龙姝明,朱杰武数学物理方法&Mathemtica西安:陕西人民教育出版社,2002 P358-P456

[3]丁玉美,高西全.数字信号处理西安;西安电子科技大学出版社,2005 P147-P162

RLC二阶串联电路的分析与仿真篇3

文中以RLC二阶串联电路为例,介绍Multisim10在电路基础实验教学中的应用。

1 Multisim10的仿真应用

1.1 原理图的创建

启动Multisim10,创建如图1所示的RLC二阶串联电路。电路的特征方程为

LCs2+rCs+1=0

特征根为

$s_{1, 2} = - \frac{R}{2 L} \pm \sqrt{\frac{R^{2}}{4 L^{2}} - \frac{1}{L C}} = - α \pm \sqrt{α^{2} - ω_{0}^{2}}$

电路的衰减因子 $α = \frac{R}{2 L}$ ,回路的谐振频率 $ω_{0} = \frac{1}{\sqrt{L C}}$ ,品质因数 $Q = \frac{1}{R} \sqrt{\frac{L}{C}}$ 。

1.2 4种状态响应曲线的仿真

图1所示电路中,通过改变电阻R的值使电路处于不同的工作状态。用函数信号发生器产生方波以激励RLC串联电路,如对应方波的前半周是零状态响应,那么后半周则是零输入响应。为了能完整地观察到响应曲线,在选择方波周期时,应当满足下列条件:

(1) 当过阻尼,即 $R ＞ 2 \sqrt{\frac{L}{C}}$ 时,其零输入响应的模式为uc(t)=K1e-s1t+K2e-s2t,则T/2应>4～5倍的1/s1和1/s2中的较大者;

(2) 当欠阻尼,即 $R ＜ 2 \sqrt{\frac{L}{C}}$ 时,其零输入响应的模式为uc(t)=K1e-stcos(ωdt+φ),则T/2应>4～5倍的1/s1和1/s2;

$s = α = \frac{R}{2 L}, ω_{d} = - \frac{R}{2 L} \pm \sqrt{\frac{1}{L C} - \frac{R^{2}}{4 L^{2}}} = \frac{2 π}{Τ_{d}}$

(3) 当 $R = 2 \sqrt{\frac{L}{C}}$ 时,对应的是临界阻尼情况;

(4) 当R=0时,对应的是等幅振荡情况。

使电阻R分别等于6 kΩ,4 kΩ,500 Ω,0 Ω,适当调整方波的周期和幅值,观察到过阻尼、临界阻尼、欠阻尼、等幅振荡4种情况下的响应曲线,如图2所示[2]。

1.3 零极点分析

零极点是系统本身的特性,与外施激励无关。现分别讨论R=6 kΩ,R=4 kΩ,R=500 Ω,R=0时二阶RLC串联电路的零极点。启动Simulation/Analysis/Pole Zero命令,在出现的对话框中进行相应的设置,从仿真结果中看到4种情况下的零极点分布。零极点的分布情况不同,对应的时域响应模式也不同。当极点为负实部时,系统处于稳定状态,这与前面观察的结果一致。

1.4 观察3种状态的状态轨迹

为了观测二阶电路的状态轨迹[3],建立如图3所示电路。图中,函数发生器输出方波信号幅值为2 V,频率为1 kHz。将电容两端电压送入示波器的A端子,电感电流送入示波器的B端子,原理与显示李萨育图形一样。取样电阻R1的作用是将电感电流转变为成正比的电压量。由于电阻R1的引进,电容电压值比实际值大,但由于电容的阻抗,所以电阻R1带来的影响可以忽略不计。改变R值,便可以观察到振荡与非振荡情况下的状态轨迹。图4分别是R=6 kΩ,1 kΩ,0 Ω时,这3种情况下,观察到过阻尼、欠阻尼、等幅振荡的状态轨迹。

1.5 研究在冲激等多种信号激励下的过渡过程

当脉宽Δ比电路的时间常数小很多时,可以用脉宽很窄的脉冲来近似代替理想的冲激信号。图1所示的电路中,函数信号发生器的产生频率为1 kHz,幅值为2 V,占空比为2%的方波信号,当R分别等于6 kΩ,2.5 kΩ,500 Ω时的冲激响应,如图5所示。同理,可以观测RLC串联电路在不同电路状态时的阶跃响应。

1.6 测试电路频率特性

1.6.1 用波特图仪测试幅频特性和相频特性[4]

电路窗口创建如图6(a)所示的电路。函数信号发生器设置为正弦激励,当R=4 kΩ时,测得的幅相特性曲线如图6(b)所示。用光标拖动波特图仪面板上的红色指针,可测得谐振频率为8.066 kHz,多次点击面板上的箭头按钮,读出约-3 dB时所对应的两个频率fH,fL分别为19 055 Hz和32 Hz,由此计算串联谐振电路的带宽BW=19 055-3 211=15 844 Hz,品质因数

$Q = \frac{f_{0}}{B W} = \frac{8 066}{15 844} = 0.509$

理论计算的结果

$Q = \frac{1}{R} \sqrt{\frac{L}{C}} = \frac{1}{4 \times 10^{3}} \sqrt{\frac{40 \times 10^{- 3}}{10 \times 10^{- 9}}} = 0.5$

非常接近。电路发生谐振时,电容和电感上电压大小相等,相位相反,因此相互抵消,信号源电压全部加到电阻R上,电阻R上的电压最大。通过示波器观察信号源的波形和电阻的波形,二者完全一致,说明此时电路发生了谐振。改变电源频率,则电阻R上的电压降低,说明没有发生谐振,电感和电容未相互抵消,并分得部分信号源电压,因此电阻R上的电压降低了。

1.6.2用参数扫描分析法测试幅/相特性[5]

从原理分析中可知,电阻R对电路的谐振频率不产生影响,但会影响电路的品质因数,从而影响频率特性曲线的平坦度即电路的选择性。因此,谐振电路中的Q值(Q=f0/Δf)随R的变化而变化,利用交流扫描分析法对此现象进行观察和分析。选择Simulation/Analysis/Parameter Sweep…,在打开的对话框中选择Output variables选项卡并将$3设为输出节点,在Analysis Parameter选项卡里分别选择和设置各项,其中在Values栏里键入R=6 kΩ,4 kΩ,500 Ω,仿真结果如图7所示。

利用相频特性可以方便地确定电路的性质。当f<f0时,相频特性相角为正,表明电流超前于电压,RLC串联电路表现为容性;当f>f0时,相频特性相角为负,表明电流滞后于电压,RLC串联电路表现为感性;当f=f0时,相频特性相角为零,表明电流同相电压,RLC串联电路表现为纯电阻性。

1.6.3 傅里叶分析

在图1所示的电路中可以用傅里叶分析法查看其他谐波的幅频响应情况[6]。单击Simulation/Analysis/Fourier Analysis,在傅里叶分析对话框将$3节点设置为输出节点,在Analysis Parameters选项卡中,将Frequency Resolution(Foundamental)项根据波特图仪的仿真结果设置为7 958 Hz,即为谐振频率,并将交流激励频率也设置为7 958 Hz。单击Simulation铵钮,得到仿真结果如图8所示。从仿真结果中可以看到电路的选频作用及其他高次谐波的幅频响应。

3 结束语

通过对RLC二阶串联电路的仿真分析,使学生通过实验的方法观察到不同电路条件下的响应曲线、状态轨迹、零极点的分布情况,掌握电路参数对电路性能的影响;进一步理解谐振频率、品质因数、衰减因子、时间常数等物理量的意义及测量方法;领会Multisim10中多种多样的电路分析方法。教师还可以,让学生计算电路参数,进行电路设计,还可以设置故障,让学生排除。采用Multisim10开发电路实验,可以拓宽学生的思路,从验证性实验的传统思维过渡到对电路的分析、故障的排除和电路的设计,不受时间和空间的限制,仿真结果准确,图像精彩。

Multisim10仿真软件虽然功能强大,但不是有了Multisim,一切问题就迎刃而解。Multisim应用于电路仿真,有些使用技巧仍需要摸索,而且培养学生的实际操作能力是无法用仿真软件来获得的,因此它并不能代替传统的实验方法,只有将传统实验与仿真实验相结合,充分发挥现代化的教育方式,才能更好地为实验教学服务,有利于培养应用型人才。

参考文献

[1]邱光源.电路[M].4版.北京:高等教育出版社,2001.

[2]郑步生,吴渭.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用[M].北京:电子工业出版社,2002.

[3]李如琦,陈军灵.Multisim仿真软件在电工电子实验教学中的应用[J].广西大学学报:哲学社会科学版,2005,11(27):85-87.

[4]丛宏寿,程卫群,李绍铭.Multisim8仿真与应用实例开发[M].北京:清华大学出版社,2007.

[5]周凯.EWB虚拟电子实验室——Multisim7&Ultiboard7电子电路设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2005.

[6]王冠华,王伊娜.Multisim8电路设计及应用[M].北京:国防工业出版社,2006.

RLC滤波电路论文篇4

一、二阶R L C串联电路

二阶RLC电路如图1所示, 该电路的教学内容一般包括稳态分析和暂态分析两大方面, 而稳态分析中又包含频率特性和谐振现象两方面的内容。本文以稳态分析为例, 对该部分内容的一些相关理论进行简要的阐述。

1. RLC串联电路的频率特性

在研究电路的频率特性时, RLC电路具有典型性。它在工程中得到广泛的应用。它的激励是串联电路的总电压, 响应可以是任意元件的电压。但不同的响应电压对应的网络函数具有不同的频率特性[1], 下面分别讨论:

(1) 当以电阻电压为响应时, 其网络函数为具有带通特性;

(2) 当以电容电压为响应时, 其网络函数为具有低通特性;

C (3) 当以电感电压为响应时, 其网络函数为具有高通特性。

为更准确地反映频率特性的特性并便于绘制通用频率特性曲线, 通常将各频率特性表达成谐振角频率和品质因数的函数, 它们与电路参数的关系分别为:

。上面三个网络函数与ω0和Q的关系分别如图2 (a) , (b) 和 (c) 所示。

2. RLC串联电路的谐振分析

含有动态元件的一端口网络在一定的条件下, 端口电压与端口电流同相位, 则称此一端口发生了谐振。对于RLC串联电路, 谐振时的角频率。谐振时电路具有如下特点:

(1) 谐振时Z=R, 电路呈电阻性, 阻抗的模为最小等于R;

(2) 若外施电压一定, 谐振时电流为最大, , 且与电压同相;

(3) 谐振时电容电压和电感电压大小相等, 方向相反相互抵消。

二、采用动画演示软件进行辅助教学

对于二阶RLC这样的电路, 由于频率特性曲线在黑板上描述不是很方便, 又浪费大量的时间, 采用多媒体课件对其进行辅助教学不但可以减少课时, 增大课堂信息量, 同时也能增强学生学习电路理论的兴趣。笔者在此部分教学时, 用VB编制了该部分的动画演示软件, 利用该软件对该部分进行教学, 收到了良好的效果。

1. RLC串联电路频率特性的辅助教学

RLC串联电路频率特性的辅助教学界面 (以带通滤波特性的辅助教学软件界面为例) 如图3所示。该界面分为三个区域, 第一个区域是界面右侧的参数选择区, 在该区域设置电路中的参数R, L, C和ω。将上述参数设置完毕后, 该区域下方会自动显示谐振角频率、品质因数、带宽、电压增益和相移的值。第二个区域是界面左侧上方的频率特性显示区, 该区域显示在上述参数下二阶电路的幅频特性曲线和相频特性曲线, 当电路参数改变时, 该区域会自动更新在新的参数下的曲线。第三个区域是界面左侧下方的波形显示区, 该区域显示电路的输入和输出信号波形。

通过该辅助教学软件, 同学们可以通过调节电路参数来观看电路的频率特性, 输入和输出信号在相位和幅度上的对应关系。对应的低通滤波和高通滤波界面如图4和图5所示。

2.RLC串联电路的谐振现象的辅助教学

RLC串联电路谐振现象的辅助教学界面如图6和图7所示。单击按钮“开始”进行谐振电路的演示。右端第一个图框显示ωL和1/ωC与ω的关系图。右端第一个图框的下方显示在当前电路参数下, 谐振时的角频率ω。右端最下面图框显示电路参数, 电路参数可通过滚动条进行改变, 并在其下放显示参数值。左部图框显示电压及电流的向量图, 波形在改变参数值的同时进行改变, 无需重新开始。程序打开时默认状态为谐振状态, 其参数为ω=5000rad/s, C=0.2uF, R=200Ω, L=200mH。图6和图7分别为为达到谐振状态和谐振状态的的辅助教学界面。

三、结论

二阶电路的频率特性和谐振分析一直是电路教学中的重点和难点。采用传统的黑板+粉笔式教学不仅占用了大量的课时, 还很难将此部分内容生动形象的展现给学生。用动画软件进行辅助教学, 通过改变电路参数, 将电压、电流及网络函数随参数的变化直观的展现出来。学生通过频率特性曲线很容易掌握电路的滤波特性和相移特性, 通过相量图的变化直观地展示出电路中电压、电流的大小和相位的变化规律。采用动画演示软件既提高了学生的学习兴趣, 也降低了老师的教学难度。

摘要：本文对采用动画演示软件对二阶电路的频率特性和谐振现象教学进行了分析, 以此来加深学生对该部分内容的理解。

关键词：二阶电路,辅助教学,动画演示

参考文献

[1]陈希有.电路理论基础 (第三版) [M].北京:高等教学出版社, 2004

[2]周玉坤, 李莉, 冼立勤, 等译.电路 (第六版) [M].北京:电子工业出版社, 2002

RLC滤波电路论文篇5

谐振是正弦稳态交流电路的一种特定工作状态,谐振现象在无线电通信及电工技术中有着非常广泛的应用。谐振电路根据电阻、电感、电容的不同组成形式可分为串联谐振电路、并联谐振电路和复杂谐振电路。下面以RLC串联谐振电路实验为例,将仿真软件引入到实验环节中进行仿真分析。

在传统的RLC串联谐振实验过程中,我们通常采用的方法是将实物电阻、电容、电感与信号源相连接,通过不断调节信号源电压的频率,用晶体管毫伏表测量出不同频率时的电压值并根据所测数据制成表格,绘制出曲线,此种方法虽然在某种程度上提高了学生的实践动手能力和分析解决问题的能力,但是在实验环节中会出现很多不可预知的误差,而学生在理论知识点掌握的还不是很牢固的情况下,无法判断出实验结果正确与否,只是盲目的按照指导教师的要求步骤来做实验,无法掌握相关知识点。针对上述问题,我们将Multisim仿真软件引入到实验中,即提高了实验的准确度,激发了学生的学习热情,同时也增强了学生的自信心,提高了实验教学效果。

2 R、L、C串联电路谐振特性的Multisim仿真

2.1搭建R、L、C串联谐振仿真电路

打开Multisim10仿真软件的工作界面,从基本元件库中分别选取电阻、电感和电容,并置电感L=9m H,电容C=0.032μF,电阻R=51Ω,连接成串联电路形式,同时将数字万用表、函数信号发生器接入电路中,如图1所示。

2.2理论分析、计算

R、L、C串联谐振电路如图1所示,根据电路理论可知,RLC串联电路发生谐振时 ,谐振角频率,谐振频率。将R、L、C分别代入上式,则有f0≈9.383KHz。

2.3电路仿真测量、分析

2.3.1测量电路谐振时各元件的电压和电流

图1中,XFG1是函数信号发生器,保持函数信号发生器的输出电压幅值为1V,波形选择正弦波,将数字万用表设置成交流电流档和交流电压档,通过改变函数信号发生器的频率(在f0=9.383KHZ附近选取),单击运行按钮进行仿真,所测各元件的电压和电流见表1。

由表1可以清楚的看到,发生串联谐振时电路中的阻抗最小,电流最大;谐振时电感与电容上电压的有效值相等;电阻两端电压等于信号源的电压。

2.3.2 R、L、C串联谐振电路频率特性的测试

测试方法:采用示波器和波特图仪进行测试。双踪示波器XSC1用来观察谐振电路的输入和输出电压的波形,波特图仪XBP1用来测量电路的幅频和相频特性曲线。测试电路如图2所示。

2.3.2.1波特图仪测试

电路的幅频特性:单击运行按钮,双击波特图仪XBP1的图标,在Mode选项组中单击Magnitude(幅频特性)按钮,可看到如图3所示的幅频特性曲线。

电路的相频特性:在Mode选项组中单击Phase(相频特性)按钮,可看到如图4所示的相频特性曲线。

从波特图仪上可得出,幅频特性曲线在频率为9.33KHZ处幅值最大,而远离时却大大减小;在相频特性曲线中,电路从谐振频率f0为分界点,当信号频率小于f0时,相位超前,当信号频率大于f0时,相位滞后。

2.3.2.2示波器测试

利用示波器观察发生串联谐振时信号源电压与电阻两端电压输出波形。

从仿真结果可以清楚地看到,当电路发生谐振时,电路呈现纯阻性,电阻两端电压的波形与信号源总电压的波形完全重合,即相位相同,如图5所示。

3总结

本文利用Multisim10对谐振电路进行仿真分析,可方便直观的看到其电路的幅频特性、相频特性等各项性能指标和数据,另外,所测数据较实物实验精确许多,基本符合理论结果。从这方面来看,能够帮助学生正确理解并掌握理论知识,并使学生对仿真软件的使用方法和应用技巧有了一定的了解,同时也培养了学生的创新能力和工程应用能力。

摘要：该文将仿真软件Multisim10引入到RLC串联谐振实验中,并对其进行了必要的仿真和测试,通过出现的仿真波形,分析了其幅频特性和相频特性。实践证明,通过引入仿真软件,提高了实验的精确度,并且可以方便直观的测得实验数据,同时能够帮助学生更好地理解和掌握理论知识,也培养了学生的创新能力和工程应用能力。

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