劉梓祿　柳鈺琪

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院　廣東 廣州　510006)

在教育教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是非常重要的環(huán)節(jié)．實(shí)驗(yàn)教學(xué)始終是高校教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，然而許多院校實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多不足：一是儀器設(shè)備更新太慢，儀器老化嚴(yán)重；二是儀器設(shè)備由于數(shù)量不夠，功能落后；三是缺乏維護(hù)儀器設(shè)備[1]．虛擬儀器技術(shù)作為未來儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向，綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和軟件過程技術(shù)，克服了傳統(tǒng)儀器無法靈活配置的缺點(diǎn)，為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)儀器建設(shè)提供了一條可行的途徑[2]．

本文擬討論一種利用虛擬儀器LabVIEW仿真RLC串聯(lián)電路諧振的仿真實(shí)驗(yàn)，該方法相比其他方法具有數(shù)據(jù)誤差小、操作簡(jiǎn)便、靈活快捷的優(yōu)點(diǎn)，在本文中我們利用LabVIEW對(duì)RLC串聯(lián)電路的幅頻特性曲線測(cè)量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)演示.

1　理論介紹

1.1　RLC串聯(lián)電路諧振原理

諧振電路在無線電電子技術(shù)中獲得廣泛的應(yīng)用，在大學(xué)普通物理實(shí)驗(yàn)中RLC串聯(lián)電路諧振特性研究是學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn)[3]，圖1為電路原理圖.

圖1　RLC串聯(lián)電路

當(dāng)電源輸出的正弦交流電壓的有效值保持不變時(shí)，電流的有效值I隨頻率變化的特性曲線，稱為RLC串聯(lián)電路的幅頻特性曲線.

2　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

2.1　系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)

圖2和圖3為系統(tǒng)的前面板，系統(tǒng)的前面板設(shè)計(jì)主要結(jié)合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能要求來進(jìn)行，在滿足實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上注重前面板界面的簡(jiǎn)潔、美觀和操作方便[4]，主要由以下3部分組成：信號(hào)發(fā)生源，由NI 9263輸出，可調(diào)節(jié)其輸出波形、幅度、頻率等參數(shù)；信號(hào)采集，由NI 9205采集輸出[5，6]，在前面板上以李薩如圖和波形圖顯示，使得采集到的信號(hào)清晰明了；信號(hào)處理，獲取采集信號(hào)的基本參數(shù)．

圖2　仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)前面板

圖3　仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)前面版

2.2　系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中各相應(yīng)量的理論關(guān)系以及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)框圖如圖4所示.

圖4　仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)程序框圖

3　結(jié)果與分析

在實(shí)驗(yàn)測(cè)量中，選取C=0.1 μF，L=0.1 H，Rd=37 Ω，RL=13 Ω，其中Rd為電阻箱的阻值，RL為標(biāo)準(zhǔn)電感的電阻．根據(jù)計(jì)算的諧振頻率，選擇1 000 Hz到2 000 Hz的頻率范圍，從低到高調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率，每間隔50 Hz測(cè)量電阻兩端的電壓值，測(cè)得一系列不同頻率下的電壓值，如圖5所示.

由圖5可知，運(yùn)用虛擬儀器，模擬RLC串聯(lián)電路的諧振特性曲線尖銳，通頻帶更窄，得出的數(shù)據(jù)誤差更小，快捷地實(shí)現(xiàn)了RLC串聯(lián)電路的幅頻特性曲線的測(cè)量．故采用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)儀器測(cè)試精度、穩(wěn)定性和可靠性能夠得到充分保證．

圖5　RLC串聯(lián)電路的幅頻特性曲線

4　結(jié)束語

利用虛擬儀器工作平臺(tái)LabVIEW,演示RLC串聯(lián)電路諧振原理，并利用數(shù)據(jù)采集卡NI cDAQ-9217，用NI 9263進(jìn)行模擬輸出，NI 9205進(jìn)行模擬輸入，結(jié)合虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行RLC串聯(lián)電路的幅頻特性曲線測(cè)量，調(diào)試此測(cè)量制成一個(gè)RLC串聯(lián)電路的相關(guān)特性測(cè)量的小儀器．模擬RLC串聯(lián)電路的諧振特性比傳統(tǒng)儀器得出的數(shù)據(jù)誤差更小，操作簡(jiǎn)便，可快捷地實(shí)現(xiàn)了RLC串聯(lián)電路的幅頻特性曲線的測(cè)量．

但基于虛擬儀器的仿真實(shí)驗(yàn)更偏向于理想化，從而無法完全代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)，故以采集卡為支撐，基于虛擬儀器的仿真實(shí)驗(yàn)，可用作課堂演示和學(xué)生實(shí)驗(yàn)前的預(yù)演，使學(xué)生更容易掌握物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示和預(yù)習(xí)提供了一種可借鑒的模式，也為實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的實(shí)用性做出了有益的探索．