基于Mulitisim的諧振電路研究?

吳凌燕 王守權 吳春林

（海軍航空工程學院青島校區 青島 266041）

基于Mulitisim的諧振電路研究?

吳凌燕 王守權 吳春林

（海軍航空工程學院青島校區 青島 266041）

論文通過Multisim軟件仿真平臺，實現了對串、并聯諧振電路特性的仿真研究。仿真了串并聯諧振情況下，電路的電源電壓與電阻兩端電壓的關系、諧振電路的相頻和幅頻特性曲線。軟件仿真，對于電子類的專業課程的學習，起到了很大的輔助作用，形象直觀，使得學習內容更容易被學員理解和接受，值得推廣。

Multisim；諧振

1 引言

Multisim軟件是NI公司下屬的Electronics Workbench Group發布的交互式SPICE仿真和電路分析的軟件。該軟件具有直觀的圖形界面和豐富的元器件數據庫，并提供原理圖輸入接口，全部的數模Spice防真功能，且具有大量的測試儀器，為電子類課程的學習和實驗提供了廣闊的平臺［1～7］。

文章以串、并聯電路的諧振研究為切入點，分析了串并聯電路的諧振特點，并采用軟件對其特點進行了仿真驗證，為該軟件的其他使用者提供參考。

2 串、并聯諧振電路特點

在含有R、L、C的交流電路中，端口電壓與總電流的相位一般不同。但在電路元件的參數或電源頻率為某一數值時，可使二者同相，此后時電路呈純阻性，這種狀態稱為諧振。

器件串聯諧振時，總阻抗最小，總電流最大，會在電感和電容上可能產生比電源電壓大很多倍的高電壓，因此串聯諧振也稱電壓諧振；器件并聯時，出現電路端電壓和總電流同相位的現象，電源無需提供無功功率，只提供電阻所需要的有功功率，諧振時，支路電流大于電路中的總電流，因此，并聯諧振也叫電流諧振。研究諧振的目的就是要認識這種客觀現象，并在科學和應用技術上充分利用諧振的特征，同時又要預防它所產生的危害［8］。

以下對串并聯電路的諧振進行軟件分析。

3 串聯諧振電路

RLC串聯電路如圖1所示，電路器件及電源的參數可以根據需要設置。

電路的總阻抗為：Z=R+(XL-XC)j，當阻抗取得最小值時，電路進入諧振狀態，此時Z=R，XL=XC，設置電路參數，令電源的頻率 f=919Hz，電容容量為1.5μF，電感為20mF，則有：

圖1 RLC串聯諧振電路

3.1 串聯諧振電路仿真

根據式（1～2）的計算可知，電路參數的設置，使得 XC=XL，滿足諧振條件，即電路大致在頻率919Hz附近諧振。

3.2 諧振電壓的觀測

在電路中接入示波器，如圖2所示。可見串聯諧振時，電源電壓全部加載在電阻兩端，電阻兩端電壓與電源兩端電壓同相且大小相等，此時整個電路阻抗最小，等于電阻阻值，電路電流最大。為便于觀察，調節示波器XSC1的AB通道的每格所代表的電壓數值。

圖2 諧振時電源與電阻兩端的電壓

3.3 幅頻、相頻特性的觀測

用波特圖儀觀測其幅頻和相頻特性。運行程序，選擇“模式”下的幅度，水平設置中點擊對數，即可觀測信號的幅頻特性，如圖3，點擊下側左右箭頭移動縱軸，可以讀出期中心頻905Hz，與理論計算919Hz基本相符。點擊波特圖儀界面右側的“相位”，即可觀測信號的相位特性，移動縱軸，可觀測到諧振點大約在922Hz，與理論計算值919Hz大致接近。波特圖儀的測量結果存在一定的誤差，若要提高精度可將掃描波形的點數設置大一點，則諧振頻率更為接近理論計算值［9～10］。

圖3 信號的幅頻及相位特性

4 并聯諧振電路

圖4 RLC并聯諧振電路

4.1 諧振電壓的觀測

并聯諧振時，電路呈純阻性。電阻R1兩端電壓與電源兩端電壓同相位。示波器分別連接在電源與電阻兩端。如圖5所示，為諧振時電源與電阻兩端的電壓，通道A顯示的是電源兩端的電壓，通道B為電阻兩端的電壓。可以看出，兩者同相位且幅值相等。

圖5 并聯諧振的電壓觀測

4.2 幅頻、相頻特性的觀測

用波特圖儀觀測其幅頻和相頻特性。在程序運行情況下，雙擊波特圖儀圖標，觀看相頻與幅頻特性，方法同串聯諧振。可以讀出期中心頻率大致為159Hz，與理論計算158Hz基本相符，如圖6。

圖6 信號的幅頻與相位特性

5 結語

通過應用軟件Multisim對串并聯諧振電路的仿真，以動態測量的方式展現了串并聯聯諧振電路的特點：電阻兩端電壓與電源電壓同相位，幅頻特性曲線和相頻特性曲線也顯示了諧振點的頻率與理論計算值一致，較為直觀性，值得在電子類課程的教學中引進。

［1］劉訓非等.電子EDA技術（Multisim）［M］.北京：北京大學出版社，2011.LIU Xunfei，et al.Electronic EDA Technology（Multisim）［M］.Beijing：Peking University press，2011.

［2］陳潔等.EDA軟件仿真技術快速入門［M］.北京：北京電力出版社，2009：93-95.CHEN Jie，et al.EDA software simulation technology introduction［M］.Beijing：Beijing electric power press，2009：93-95.

［3］熊偉，侯傳教等.Multisim7電路設計及仿真應用［M］.北京：清華大學出版社，2005.XIONG Wei，HOU Chuanjiao，et al.Multisim7 circuit design and simulation application［M］.Beijing：Tsinghua University press，2005.

［4］鄭步生.Multisim 2001電路設計及仿真入門與應用［M］.北京：電子工業出版社，2002.2.ZHENG Busheng.The Multisim 2001 circuit design and Simulation of［M］.Beijing：introduction and application of the electronic industry press，2002.2.

［5］National Inst rument s Corporation.Getting Startedwith NI Circuit Design Suite［Z］.

［6］National Inst rument s Corporation.Multisim MCU Module User Guide［Z］.

［7］吳霞，李敏.電路與電子技術仿真與實踐［M］.北京：中國水利水電出版社，2010.2.WU Xia，LI Min.Simulation and practice of circuit and electronic technology［M］.Beijing：China Water Conservancy and Hydropower Press，2010.2.

［8］吳凌燕.Multisim10在單片機仿真中的應用［J］.國外電子測量技術，2011（3）：67-70.WU Lingyan.Application of Multisim10 in single chip computer simulation［J］.foreign electronic measurement technology，2011（3）：67-70.

［9］馬風格，梁夏，李桂香.MultiSIM在電子線路實驗教學中的應用探索［J］.實驗技術與管理，2005，22（12）：73-75.MA Fengge，LIANG Xia，LI Guixiang.The application of Muhisim in electronic circuit experiment teaching and research［J］.experimental technology and management，2005，22（12）：73-75.

［10］石嘉順.基于Multisim環境下的電路設計與仿真［J］.計算機仿真，2007，24（12）：306-308，323.SHI Jiashun.Circuit design and simulation based on Multisim environment［J］.computer simulation，2007，24（12）：306-308，323.

Research About Resonance Circuit Based on Mulitisim

WU LingyanWANG ShouquanWU Chunlin
（Qingdao Campus of Naval Aviation Engineering Institute，Qingdao 266041）

The article has realized resonance characteristic research of the series and parallel circuit through the platform of Multisim.Simulation the resonant condition，the relationship between terminal voltage and voltage of the resistor circuit，characteristics curve of the phase and amplitude frequency about resonant circuit.Software simulation，the electronic professional course study，played an important supporting role，image intuitive，make learning content easier to understand and accept for students，it is worth promoting.

Multisim，resonance

TP399

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.10.036

Class Number TP399

2017年4月7日，

2017年5月29日

吳凌燕，女，碩士研究生，副教授，研究方向：單片機，智能儀表。王守權，男，碩士研究生，副教授，研究方向：虛擬儀器。吳春林，男，碩士研究生，講師，研究方向：軟件仿真。