基于Multisim11.0的RLC电路特性研究
基于Multisim11.0的RLC电路特性研究[20200406130550]
摘 要
电路中最常见的元件有电阻、电容、电感等，弄清楚它们的特性，对电路的分析和设计有很大的帮助。为了准确、直观且方便的研究RLC电路的特性，可以使用Multisim11.0软件来实现RLC电路特性的仿真。本文研究了RLC电路的暂态过程和稳态特性，设置相同的电路和相同的元件参数，分别使用FB318型RLC电路实验仪和Multisim11.0进行实验，分析它们得到的数据，可以看出FB318型RLC电路实验仪的数据和Multisim11.0的仿真数据有一定的差距，而Multisim11.0的仿真数据更接近理论的数据，显然Multisim11.0软件中的元件参数和仿真实验都很准确。并且后者实验所用的时间远小于前者。由此，学会使用Multisim11.0对我们的学习有很大的帮助。
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关键字:Miltisim11.0仿真电路RLC电路特性
目 录
1 绪论 1
2 RLC电路特性理论研究 3
2.1 RLC电路的构成元件 3
2.1.1 电阻元件 3
2.1.2 电容元件 4
2.1.3 电感元件 6
2.2 RLC电路的暂态过程 7
2.3 RLC电路的稳态特性 10
2.3.1 RLC串联电路的幅频特性 10
2.3.2 RLC串联电路的相频特性 11
3 Multisim11.0仿真测量 13
3.1 建立Multism11.0的模型 13
3.2 RLC串联电路暂态过程的仿真 14
3.2.1 RLC串联电路的阻尼振荡 14
3.2.2 RLC串联电路的临界阻尼状态 15
3.2.3 RLC串联电路的过阻尼状态 15
3.2.4 RLC串联电路的自由振荡 16
3.3 RLC串联电路稳态特性的仿真 17
3.3.1 RLC串联电路的幅频特性仿真 17
3.3.2 RLC串联电路相频特性仿真 19
4电路实验仪的实验 22
4.1 实验仪器 23
4.2 测量RLC串联电路稳态特性的步骤和数据 23
4.2.1 RLC串联电路的幅频特性 23
4.2.2 RLC串联电路的相频特性 24
5 分析与总结 26
5.1 RLC串联电路的稳态特性 26
5.1.1 谐振电压的观测 26
5.1.2 RLC串联电路幅频特性分析 27
4.1.3 RLC串联电路相频特性分析 28
5.2 总结 29
参考文献 31
1 绪论
随着科学的发展,电器越来越多，电路的运用也越来越广泛，构成这些电路的元件中使用最多的就是电阻器、电容器和电感器。电器给人类的生活带来了翻天覆地的变化，生活质量和生产水平提高了很多，世界变得丰富多彩，人们的日常生活日益离不开各种电器。我们习惯了使用电器，却很少有人了解电器中的电路，这样在使用电器的过程中可能会因为操作不当而造成事故。
电阻器具有阻碍电流流通的作用，实际应用中，常见的作用是发热，电路串联时，电阻器可用来分压，电路并联时，电阻器可以用来分流，此外也有光敏电阻、热敏电阻等应用在特定电路中；电容器具有在电路中实现充电、放电的功能的作用，特性为通交流、阻直流,可以用来滤波或者谐振；电感器能够抵抗通过它的电流的改变，产生磁通，并产生电动势，特性为通直流、阻交流，有滤波、延迟等作用。
以往的课堂教学中，对电路的各种参数只是进行理论的推导，很少对推导出的数据进行即时的实验验证，这对于学生来说未免有些抽象，甚至会让一些学生缺失追求真理的精神，觉得这些都是理所当然的，却从来不想是否真的是这样，实验结果是否和理论吻合？这对今后的学习和发展很不利。RLC电路实验做起来是相对简单的，但是由于实验设备、环境等因素的影响，我们在实验室中用RLC电路实验仪做实验时，即使操作没有问题，能够得到的结果也并不理想，同时在各元件参数的选择上也有很多限制，很难立即将所需的元件备齐。而像示波器这样的昂贵的仪器，实验室能够提供的很少会是理想的，我们缺少先进的设备。在大学里，有些学生不是很勤奋，有些人会因为实验难做而放弃钻研，甚至有些人都不愿花时间去实验室做实验，这样的话用电脑做的仿真实验更适合他们。
经过了几十年的发展，电路仿真技术已经十分成熟，包含的内容和应用范围非常广泛，它能够建立实际电路的模型，并且可以对这个模型进行仿真，代替使用实际的元器件进行研究，是一个十分方便、有效的手段。Multisim可以实现上述的功能，是一个非常实用的仿真软件。它采用直观的图形界面创建电路，提供了丰富的元器件库，大多数元器件模型参数可以设置为理想值；所提供的测试仪器、仪表，其外表、面板布局以及操作方法与实际的实验仪器、仪表十分接近，便于操作；具有很强大的电路分析能力。所以Multism很适合在课堂教学和学生的自主学习中使用，能显著的提高教学质量和教学效率，学生也不必东奔西跑的去实验室，节省了时间，也减少了实验器材费用的支出，且能得到精确是实验结果。
2 RLC电路特性理论研究
电路中有储能元件时，接通电路后有一个暂态过程。电路中的电感和电容会使电压或电流无法突变，呈现从开始发生变化到趋于稳态的过程，稳态时电流会达到一个稳定值，这一过程称为暂态过程。一般来说暂态过程很短，所以也常称为瞬态过程或是过渡过程，它的流程是稳态到过渡再到稳态。
2.1 RLC电路的构成元件
2.1.1 电阻元件
电阻器在电路中的模型是一个理想的二端线性电阻元件，当电流和电压的参考方向相同时，电阻元件两端的电流和电压服从欧姆定律
（2.1－1）
图1.1是线性电阻元件在电路中的图形符号。式（2.1－1）中 是电阻的参数，是一个实数且必为正数。当电压单位为 ，电流单位为 时，则电阻的单位为 。
电阻元件的特性称为伏安特性，如图1.2所示，为过原点的一条直线，它的斜率即是 的大小。
“电导”是线性电阻元件的另一种表征方式。电导的大小直观的反映了电阻元件导电能力强弱，电阻元件的电导越大，导电能力越强，与电阻正好相反[2]。令 ，则式（2.1－1）转换成了
（2.1－2）
式（2.1－2）中的 称为电阻元件的电导参数，它的单位是 （Siemens，西门子，简称西）。欧姆定律的适用范围有条件限制，它只适用于线性电阻，并且如果所选取的电阻 上的电流、电压的参考方向为非关联方向，则在公式中应加上负号，即
或
当一个线性电阻元件的端电压不论为何值时，流过它的电流恒为0，就称之为“开路”。开路的伏安特性曲线如图2.3所示，与电压轴重合，相当于 或 。当流过一个线性电阻元件的电流不论为何值时，它的端电压恒为0，就把它称为“短路”[5]。短路的伏安特性曲线如图2.4所示，与电流轴重合，相当于 或 。
2.1.2 电容元件
在电路板上，电容器的出现次数非常多。电容器的制造工艺、规格、参数有很多，但它运用的原理都是相同的，都是由两块分开相对的金属板组成，中间隔着相应的介质，这两块金属板叫做极板。由于电容器极板间区域所充的理想介质是不导电的，当电容器与外电源相连接时，在其的作用下两块极板能分别储存上等量异号的电荷。然后即使撤走外电源，虽然异号电荷间有相互吸引的电场力存在，但在极板间绝缘介质的隔离作用下，电荷无法穿越介质到达对方极板，也就是说彼此不可能中和，这就使得电荷能够长久的在极板上存储下去[6]。所以电容器可以当作储能元件。
线性电容元件的图形符号如图1.5所示，当电压的方向与极板上的电荷形成的磁场方向是一致的，则线性电容元件的特性为
（2.1－3）
摘 要
电路中最常见的元件有电阻、电容、电感等，弄清楚它们的特性，对电路的分析和设计有很大的帮助。为了准确、直观且方便的研究RLC电路的特性，可以使用Multisim11.0软件来实现RLC电路特性的仿真。本文研究了RLC电路的暂态过程和稳态特性，设置相同的电路和相同的元件参数，分别使用FB318型RLC电路实验仪和Multisim11.0进行实验，分析它们得到的数据，可以看出FB318型RLC电路实验仪的数据和Multisim11.0的仿真数据有一定的差距，而Multisim11.0的仿真数据更接近理论的数据，显然Multisim11.0软件中的元件参数和仿真实验都很准确。并且后者实验所用的时间远小于前者。由此，学会使用Multisim11.0对我们的学习有很大的帮助。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:Miltisim11.0仿真电路RLC电路特性
目 录
1 绪论 1
2 RLC电路特性理论研究 3
2.1 RLC电路的构成元件 3
2.1.1 电阻元件 3
2.1.2 电容元件 4
2.1.3 电感元件 6
2.2 RLC电路的暂态过程 7
2.3 RLC电路的稳态特性 10
2.3.1 RLC串联电路的幅频特性 10
2.3.2 RLC串联电路的相频特性 11
3 Multisim11.0仿真测量 13
3.1 建立Multism11.0的模型 13
3.2 RLC串联电路暂态过程的仿真 14
3.2.1 RLC串联电路的阻尼振荡 14
3.2.2 RLC串联电路的临界阻尼状态 15
3.2.3 RLC串联电路的过阻尼状态 15
3.2.4 RLC串联电路的自由振荡 16
3.3 RLC串联电路稳态特性的仿真 17
3.3.1 RLC串联电路的幅频特性仿真 17
3.3.2 RLC串联电路相频特性仿真 19
4电路实验仪的实验 22
4.1 实验仪器 23
4.2 测量RLC串联电路稳态特性的步骤和数据 23
4.2.1 RLC串联电路的幅频特性 23
4.2.2 RLC串联电路的相频特性 24
5 分析与总结 26
5.1 RLC串联电路的稳态特性 26
5.1.1 谐振电压的观测 26
5.1.2 RLC串联电路幅频特性分析 27
4.1.3 RLC串联电路相频特性分析 28
5.2 总结 29
参考文献 31
1 绪论
随着科学的发展,电器越来越多，电路的运用也越来越广泛，构成这些电路的元件中使用最多的就是电阻器、电容器和电感器。电器给人类的生活带来了翻天覆地的变化，生活质量和生产水平提高了很多，世界变得丰富多彩，人们的日常生活日益离不开各种电器。我们习惯了使用电器，却很少有人了解电器中的电路，这样在使用电器的过程中可能会因为操作不当而造成事故。
电阻器具有阻碍电流流通的作用，实际应用中，常见的作用是发热，电路串联时，电阻器可用来分压，电路并联时，电阻器可以用来分流，此外也有光敏电阻、热敏电阻等应用在特定电路中；电容器具有在电路中实现充电、放电的功能的作用，特性为通交流、阻直流,可以用来滤波或者谐振；电感器能够抵抗通过它的电流的改变，产生磁通，并产生电动势，特性为通直流、阻交流，有滤波、延迟等作用。
以往的课堂教学中，对电路的各种参数只是进行理论的推导，很少对推导出的数据进行即时的实验验证，这对于学生来说未免有些抽象，甚至会让一些学生缺失追求真理的精神，觉得这些都是理所当然的，却从来不想是否真的是这样，实验结果是否和理论吻合？这对今后的学习和发展很不利。RLC电路实验做起来是相对简单的，但是由于实验设备、环境等因素的影响，我们在实验室中用RLC电路实验仪做实验时，即使操作没有问题，能够得到的结果也并不理想，同时在各元件参数的选择上也有很多限制，很难立即将所需的元件备齐。而像示波器这样的昂贵的仪器，实验室能够提供的很少会是理想的，我们缺少先进的设备。在大学里，有些学生不是很勤奋，有些人会因为实验难做而放弃钻研，甚至有些人都不愿花时间去实验室做实验，这样的话用电脑做的仿真实验更适合他们。
经过了几十年的发展，电路仿真技术已经十分成熟，包含的内容和应用范围非常广泛，它能够建立实际电路的模型，并且可以对这个模型进行仿真，代替使用实际的元器件进行研究，是一个十分方便、有效的手段。Multisim可以实现上述的功能，是一个非常实用的仿真软件。它采用直观的图形界面创建电路，提供了丰富的元器件库，大多数元器件模型参数可以设置为理想值；所提供的测试仪器、仪表，其外表、面板布局以及操作方法与实际的实验仪器、仪表十分接近，便于操作；具有很强大的电路分析能力。所以Multism很适合在课堂教学和学生的自主学习中使用，能显著的提高教学质量和教学效率，学生也不必东奔西跑的去实验室，节省了时间，也减少了实验器材费用的支出，且能得到精确是实验结果。
2 RLC电路特性理论研究
电路中有储能元件时，接通电路后有一个暂态过程。电路中的电感和电容会使电压或电流无法突变，呈现从开始发生变化到趋于稳态的过程，稳态时电流会达到一个稳定值，这一过程称为暂态过程。一般来说暂态过程很短，所以也常称为瞬态过程或是过渡过程，它的流程是稳态到过渡再到稳态。
2.1 RLC电路的构成元件
2.1.1 电阻元件
电阻器在电路中的模型是一个理想的二端线性电阻元件，当电流和电压的参考方向相同时，电阻元件两端的电流和电压服从欧姆定律
（2.1－1）
图1.1是线性电阻元件在电路中的图形符号。式（2.1－1）中 是电阻的参数，是一个实数且必为正数。当电压单位为 ，电流单位为 时，则电阻的单位为 。
电阻元件的特性称为伏安特性，如图1.2所示，为过原点的一条直线，它的斜率即是 的大小。
“电导”是线性电阻元件的另一种表征方式。电导的大小直观的反映了电阻元件导电能力强弱，电阻元件的电导越大，导电能力越强，与电阻正好相反[2]。令 ，则式（2.1－1）转换成了
（2.1－2）
式（2.1－2）中的 称为电阻元件的电导参数，它的单位是 （Siemens，西门子，简称西）。欧姆定律的适用范围有条件限制，它只适用于线性电阻，并且如果所选取的电阻 上的电流、电压的参考方向为非关联方向，则在公式中应加上负号，即
或
当一个线性电阻元件的端电压不论为何值时，流过它的电流恒为0，就称之为“开路”。开路的伏安特性曲线如图2.3所示，与电压轴重合，相当于 或 。当流过一个线性电阻元件的电流不论为何值时，它的端电压恒为0，就把它称为“短路”[5]。短路的伏安特性曲线如图2.4所示，与电流轴重合，相当于 或 。
2.1.2 电容元件
在电路板上，电容器的出现次数非常多。电容器的制造工艺、规格、参数有很多，但它运用的原理都是相同的，都是由两块分开相对的金属板组成，中间隔着相应的介质，这两块金属板叫做极板。由于电容器极板间区域所充的理想介质是不导电的，当电容器与外电源相连接时，在其的作用下两块极板能分别储存上等量异号的电荷。然后即使撤走外电源，虽然异号电荷间有相互吸引的电场力存在，但在极板间绝缘介质的隔离作用下，电荷无法穿越介质到达对方极板，也就是说彼此不可能中和，这就使得电荷能够长久的在极板上存储下去[6]。所以电容器可以当作储能元件。
线性电容元件的图形符号如图1.5所示，当电压的方向与极板上的电荷形成的磁场方向是一致的，则线性电容元件的特性为
（2.1－3）
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