电路仿真课程设计

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1、电路仿真课程设计设计题目：基于Multisim 的并联谐振电路的仿真分析姓 名：李浩指导老师：李勇峰专业班级： 2011应用电子班实验时间2014年7月6日2014年7月6日基于 Multisim的并联谐振电路的仿真分析1并联谐振电路的理论分析串联谐振电路适用于信号源内阻等于零或很小的情况，如果信号源内阻很 大，将严重降低回路的品质因数，使选择性显著变差，此时必须采用并联谐振电 路。LC并联电路如图1所示，它由信号源、电感、电容并联组成,R1是线圈 L/勺直流损耗电阻R1=1QC1 = 1pf ,1 = 10 mH电流源频率为1591 Hz（并 联谐振电路只适用于高内阻信号源，电感线圈与电容并

2、联的谐振频率不仅与L , C有关，而且与损耗电阻有关。相同的电感线圈和电容组成的并联电路的谐振 频率小于其串联电路的谐振频率。根据理论公式计算出它的谐振频率为1591 Hz，所以图1中电流源的频率为1 591 Hz），电流峰值为10 mA（有效值为 7. 07 mA） , LC并联谐振电路两端和电流源相连。电路的等效阻抗为图1 LC并联谐振电路通常要求线圈电阻很小，发生谐振时，3LR,则式（1）可写成LC并联电路的谐振条件可简化为w(lf? - =则有2tt /LC并联谐振电路有以下特征:1）发生并联谐振时，信号源电压与总电流I。相位相同，LC并联电路对电源呈现出纯电阻特性，即谐振阻抗| Z。

3、|相当于一个纯电阻，图1所示电路中发生并联谐振时,|Z0 | = 10 kQ。阻抗值由电路参数决定，与电源频率无关。2）发生并联谐振时，并联的2条支路的电流是总电流I。的Q倍，即Ic = IL =QI0，不过，1 cOL的相位相反，总电流I0与非谐振时相比达到最小值。因此，并联谐振又称为电流谐振。3）并联谐振电路的特性阻抗p和品质因数Q。Q的定义为发生谐振时线圈的感抗（或电容的容抗）与电阻R的比值，即./W= too (n) rn?_ ,/k)xio-3VC=-J I xto-rt严s上p i rtj g = I = J L R R C I v I xio从图1所示的电路参数可计算出该谐振电路

4、的特性阻抗p = 100 Q,品质因数Q = 102，Q的大小取决于电路的参数，Q值越大(在L和C值不变时，R值越小)，谐振时电路的阻抗| Z0|也越大。4)由于阻抗在谐振时最大，在LC并 联电路两端产生的电压也最大。并联谐振要求电源的内阻越大越好。在无线电工程和电子技术中，正是利用并联 谐振回路的阻抗高、产生的电压也最大等特点选择所需的信号或消除干扰的。但 在电力工程中，发生并联谐振，电气设备必须承受高压带来的危害。通过对电路 发生并联谐振条件的分析，可以在生产实践中更好地用其所长，避其所短。2并联谐振电路的仿真分析1)测量发生并联谐振时的总电流I。，电感电流IL，电容电流IC , LC并联

5、电 路的电压，以及谐振电压和总电流I。的相位关系。图2中，发生并联谐振时丄C 并联电路两端电压U = 70.264 V ,10 =7.06 mA，根据U =IQ|ZQ|，可知|Z卜9.95 kQ,和理论分析值(10kQ)基本一致。谐振时，电感支路上的电流IL = 0.702 A, 电容支路上的电流IC=0.703 A根据IL=Ic二QI。可知Q=99.4和理论分析值(100) 相差很小。可见，当电源的电流一定时，电感支路和电容支路的电流是I。的Q倍， 所以并联谐振又称为电流谐振。图2谐振电流的测量图3是用示波器测量并联谐振时LC并联电路两端电压和总电流的相位关系，则 量结果显示两者基本上为同相

6、位关系，而且谐振电压的峰值接近100 V(即有效 值70.7 V)。若稍微改变电源的频率，电压和电流不再是同相位关系。发生谐振 时，LC并联电路对电源而言相当于1个阻值很大的纯电阻。(a )测量电路(b)测量结果图3端电压和总电流的相位关系图4所示电路用来观察发生并联谐振时，I。, IL和IC的相位关系IL和IC大小基本 相等，相位差为180(严格讲，发生并联谐振时L和IC的相位差略小于180。)。2S|等示a-isci时间66.046 ms通道丿-4.794 V通道丄遁道工-878.364 V 883.15S V通道_D反向厂时间轴GND比例 1100 us/DivX位置(0A/B I A+

7、B I逋道A比例|10 VyVivY位置5n|D Q EcAC | 0|dc J e a 籽厂边沿外部厂电平 |o|V正迦标堆|自动页 河外部1(b)测量结果图4 总电流和支路电流的相位关系2） 用仿真分析法测量并联谐振电路的频率特性曲线。在小信号调谐放大器 中，并联谐振电路总是作放大器的负载，输出电压取自LC并联电路的端电压。 因此，研究并联电路的端电压与频率的关系具有实际意义。图5 是仿真分析电路， 在电路中放置1个“测量探针”运用AC Analysis法进行分析。执行菜单命 令SimulateAnalysisAC Analysis /在弹出的分析参数菜单中/设置Start frequen

8、cy”（ 起始频率） 为1. 2 kHz，“Stop frequency”（ 终止频率） 为2 kHz，Sweep type（扫描方式）选择 “Linear（线性）,Number of points （ 每10 倍频中计算的点数）改为1 000，数值越大，描绘出来的曲线越光滑，Vertical scale（纵坐标）选择Linear，如图5（ b）所示。设置后，单击同 窗口的Output标签页，选择分析对象，选择V probel 为输出项， 单击左下角的Simulate 按钮，得出并联谐振电路两端电压随频率变化的曲 线和相频特性曲线，如图5（ c） ，图5（ c） 所示。拖动测量探针可以读出当信

9、 号源频率为1591 Hz 时，并联电路两端电压最大，偏离该频率，并联电路两端 的电压迅速下降。用交流分析法也可以测量出并联谐振电路的谐振频率。从 图5（ c） 看出，当信号源频率小于谐振频率时，阻抗角为正值，电路呈感性; 当 信号源频率大于谐振频率时，阻抗角为负值，电路呈容性。II Frobel1prn：1591 Hz0：1 uF(a)谐振电压分析电路(b)设置交流分析参数|口丄技|歹查看记录伏电路1用离同広 為髦百ET曲百脸盪包弦瓦唸爾遑 朋1团圖也 交疣小信昌少析丨ok1.6k- o o o O 5 5 O aim频率(HZ)SpI prt prt TrarpV fl 1C)幅频、相频特

10、性曲线图5并联谐振电路的频率特性根据图6分析I。大小随信号源频率变化的曲线，和图5不同，这里信号源不是电流源，而是电压源，内阻为1 kQ。分析过程和参数设置与图5完全一样。分析对象由“V probelf改为“I probel ，单击“Simulate”按钮，得到图6(b)，图中显示并联谐振电路10随频率变化的情况，可以看出发生并联谐振时I。为最小值，大约为50pA。 V:-V(Ug-US):，甫熬值”址值疏): I;I文託;i 删率：V1-尸IQtSE |傩雀)：(a)分析电路熔查看记录伏文件 编辑视图工具 y a a抽髦念 曲亡加題包越呂 喘爾逡建 代凱 团圖胡交流小信号分析交流小信号分析交流小信号分析 變蜃隨号迹弓路1IDE7 J.LMLrlrLTLrLrlr囂9&IU- T8k2k5 V J J J 1 7zm4kL 6k频率(HZ)Selected Trace : I (Frubel)(b)电流谐振曲线图6并联谐振时的总电流