竇勤耘

(貴州大學(xué) 電氣工程學(xué)院，貴陽 550025)

R、L、C串聯(lián)諧振實驗是大二學(xué)生開設(shè)的實驗課程，學(xué)生通過正確連線和解決實驗中遇到的設(shè)備故障等問題,提高了實驗操作技能和數(shù)據(jù)處理能力，利用EDA進(jìn)行電路設(shè)計仿真，強(qiáng)大的虛擬功能讓幅頻特性、相頻特性曲線及實驗數(shù)據(jù)的獲得更加便捷，采用虛實兩種方法進(jìn)行實驗，加深了學(xué)生對串聯(lián)電路頻率特性及品質(zhì)因數(shù)Q的理解。

1 實驗原理

圖1 R、L、C串聯(lián)電路實驗中，當(dāng)外加正弦交流電壓的頻率可變時，電路中的感抗、容抗和電抗都隨著外加電源頻率的改變而變化，電路中的電流也隨著頻率而變化。頻率特性曲線如圖2。

圖1 R、L、C串聯(lián)電路實驗Fig.1 R,L,C series circuit experiments

圖2 R、L、C串聯(lián)電路頻率特性曲線Fig.2 Frequency characteristic curves of R,L,C series circuits

圖3 串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)曲線Fig.3 Quality factor curve of series resonant circuit

2 R、L、C串聯(lián)諧振仿真實驗

2.1 幅頻特性曲線

設(shè)計仿真實驗電路如圖4，將信號源的輸出電壓調(diào)至10 V、電感10 mH，f=50 kHz諧振時計算電容C，選取電阻使品質(zhì)因數(shù)處于合適范圍內(nèi)，利用Multisim提供的交流分析功能對電路進(jìn)行分析。

圖4 R、L、C串聯(lián)諧振仿真實驗圖Fig.4 R, L, C series resonance simulation experiment diagram

執(zhí)行菜單命令Simulate→Analyses→AC Analysis出現(xiàn)交流分析對話框，根據(jù)實驗要求對Frequency Parameters頁面上的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，在Output variables頁面中選取需要分析的節(jié)點，按下Simulate鍵得到交流分析測試曲線，顯示出電路的幅頻特性和相頻特性曲線，如圖5。

圖5 交流分析測試曲線Fig.5 AC analysis test curve

2.2 諧振頻率測試

在幅頻特性曲線上移動游標(biāo)1，使其與幅值最高點重合，通過數(shù)據(jù)窗口觀測到該點電壓的幅值在頻率f=50.118 7 kHz時達(dá)到最大，即被測電路在該頻率下出現(xiàn)諧振，獲得諧振頻率、上限頻率和下限頻率，進(jìn)而得出通頻帶和品質(zhì)因數(shù)Q。

2.3 完成仿真并分析實驗結(jié)果

R、L、C串聯(lián)電路仿真實驗，能準(zhǔn)確跟蹤顯示頻率f等參數(shù)變化對應(yīng)的頻率特性曲線及品質(zhì)因數(shù)曲線，具有良好的動態(tài)響應(yīng)能力，獲得各測量數(shù)據(jù)更清晰、便捷和高效。

3 R、L、C串聯(lián)諧振硬件實驗

3.1 幅頻特性曲線

參照圖1進(jìn)行連線，取R=1 kΩ，在保證電壓不變的條件下，將測量數(shù)據(jù)記錄表記入表1中。

表1 實驗數(shù)據(jù)記錄表Tab.1 Experimental data recording table

根據(jù)測量數(shù)據(jù)，即可繪出幅頻特性曲線：

UR=f(f)、UC=f(f)與UL=f(f)。

3.2 諧振頻率測試

3.3 完成實際操作并分析實驗結(jié)果

學(xué)生通過連接線路，正確使用各種電工設(shè)備，針對實驗中遇到的設(shè)備故障、接線問題、器件偏差、電磁干擾等問題進(jìn)行排除，并對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，提高了學(xué)生實驗操作技能和數(shù)據(jù)處理能力，這也是傳統(tǒng)實驗的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

R、L、C串聯(lián)諧振采用虛實相結(jié)合進(jìn)行實驗，引入EDA技術(shù)實現(xiàn)了虛擬仿真，為設(shè)計性實驗的順利開設(shè)創(chuàng)造了條件。通過實際動手操作的培養(yǎng)和鍛煉，提高了學(xué)生綜合分析和解決問題的能力，給學(xué)生營造了一個創(chuàng)造潛能和可以自由發(fā)揮的天地，體現(xiàn)了實驗技術(shù)的先進(jìn)性。