RLC串联电路谐振特性的Multisim仿真

元件参数的选取为电感L=100 mH、电容C=100 nF,电阻R=2 kΩ，分析电阻大小对品质因数的影响时再改变电阻值。

　　反映电路频率特性的参数有谐振频率f0、通频带宽BW和品质因数Q,其定义如下：

　　其中，fH,fL分别是回路电流由最大值减小3dB时所对应的上限频率和下限频率。

       双击波特图仪图标，打开波特图仪的面板，面板上各项参数设置如图2所示，运行电路仿真开关，在波特图仪面板上显示出电阻两端电压的幅频特性曲线。

图2 波特图仪的显示及参数设置

　　移动红色游标指针使之对应在幅值最高点0 dB处，此时在面板上显示出谐振频率f0=1 585 Hz;再移动红色游标指针使之分别对应幅值最高点左右两侧的-3 dB处，读出上限频率和下限频率为fH=3 824 Hz、fL=661.36 Hz.

　　可计算出通频带宽BW=fH-fL=3824-661.36=3 162.64Hz,品质因数。

　　将图1所示电路参数改为R=5 kΩ，使回路的电阻增大，运行电路仿真开关后在波特图仪面板上显示出电阻两端电压的幅频特性曲线如图3所示。

图3 电阻增大后波特图仪的显示

　　由式（1）、（3）及图3测试表明，电阻的改变对电路的谐振频率不产生影响，但影响电路的品质因数，从而影响频率特性曲线的平坦度。

　　通过红色游标指针可读出谐振频率f0=1 585 Hz,fH=8 302 Hz,fL=301.85 Hz,计算出通频带宽BW=fH-fL=8 302-301.85=8 000.15 Hz, 品质因数，表明频率选择性变差。

　　1.2 用AC交流分析功能进行频率特性的Multisim仿真测试

　　创建仿真实验电路如图1所示，其中的波特图仪可去掉不用。

　　启动Simulate菜单中Analyses下的AC Analyses…命令，在AC Analyses对话框中，改动Output为节点3、VerticalScale为Liner.

　　点击AC Analyses对话框上的Simulate按钮，出现一个AC Analyses窗口，如图4所示。

图4 AC交流分析功能的频率特性

　　通过游标指针可读出谐振频率、限频率和下限频率，其结果和波特图仪的结果基本一致。

　　将图1所示电路参数增大，频率特性曲线的平坦度发生变化。

　　2 结束语

　　用硬件实验仪器对RLC串联电路谐振特性进行测试时，仪器输出参数调整较为繁琐，信号频率偏高或偏低时波形显示不稳定。由于受实验仪器的限制无法进行电路的AC交流频率特性分析，用Multisim软件仿真解决了这一问题，将计算机仿真软件Multisim引入到电路实验中，使电路的分析、仿真、测试非常方便，特别便于电路参数改变时的测试。所述方法具有实际应用意义，创新点是解决了RLC串联电路谐振特性的工作波形及参数不易或无法用电子实验仪器进行分析测试的问题。

　　将电路的硬件实验方式向多元化方式转移，利于培养知识综合、知识应用、知识迁移的能力，使电路分析更加灵活和直观。