实验七频率特性和谐振现象的分析

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1、实验七频率特性和谐振现象的分析一、实验目的1.进一步学习设置仿真类型和参数——交流扫描分析（ACSweep）。2.理解滤波器的工作原理。3.理解谐振的原理和特点。图2.59例1电路二、范例例1：研究如图2.59所示的RC电路，R=100Ω，分析当电容C分别为0.1μF、0.01μF和0.001μF时电容电压uC的频率特性曲线。步骤：1.绘制仿真电路图启动OrCADCapture→新建项目→打开绘图页→载入元件库→编辑电路图（1）交流电压源的编辑图中V1为交流电压源VAC/SOURCE，振幅（ACMAG）设为1V，初相（ACPHASE）设为0。（2）电容元件的编

2、辑由于要对电容C的容量进行参数扫描，所以该元件的Value属性设置为{**}，这里不防设为{rval}。放置元件PARAM/SPECIAL，双击该元件调出其“PropertyEditor”窗口，单击按钮调出“AddNewColumn”对话框，在Name栏输入rval，在Value栏输入0.01uF（该值只在直流工作点分析时用到，对扫描分析没有影响，但一定要设置）。2.设置交流扫描分析类型及参数单击PSpice工具栏的按钮以建立模拟类型分组，设置分析类型如图2.60所示。AnalysisType栏设为ACSweep(交流扫描分析）；Options栏默认为Gene

3、ralsettings(一般设置)；ACSweepType栏设置起始频率1Hz（不允许设为0），终止频率为100MEGHz，按数量级(Decade)进行扫描，每个数量级计算1000个点(默认值为101个点)。然后，单击Option栏的ParametricSweep(参数扫描)设置扫描参数，如图2.61所示。在SweepVariable栏选取GlobalParameter(全局变量参数），在Parameter(参数名)栏填rval；在SweepType栏选ValueList（参数取值列表），填入参数取值依次分别为0.1uF，0.01uF，0.001uF。3.执行

4、仿真，观察频率特性。单击仿真工具栏的按钮执行仿真。单击按钮，在“AddTrace”-39-对话框中选择V(UC)，可以看到电容电压的振幅随频率变化的曲线，如图2.62所示。可以看出这是一个低通滤波器电路，而且电容的容量越小，截止频率越高，通频带越宽，这可以用电路的理论进行分析。图2.60交流扫描分析类型设置图2.61交流扫描参数设置图2.62不同参数下电容电压的幅频特性曲线-39-例2：分析图2.63所示的RLC串联电路中各元件电压的频率特性，并研究电阻参数分别取500Ω、1kΩ、2kΩ时频率特性的变化情况。图2.63RLC串联电路的频率特性步骤：1.绘制仿真

5、电路图启动OrCADCapture→新建项目→打开绘图页→载入元件库→编辑电路图（1）交流电压源的编辑图中V1为交流电压源VAC/SOURCE，振幅（ACMAG）设为10V，初相（ACPHASE）设为0。（2）电阻元件的编辑由于要对电阻的阻值进行参数扫描，所以该元件的Value属性设置为{**}，这里不防设为{rval}。放置元件PARAM/SPECIAL，双击该元件调出其“PropertyEditor”窗口，增加新属性rval，在其Value栏输入500Ω。2.设置交流扫描分析类型及参数设置方法与例1的相似，只是扫描范围为1Hz~1000kHz，，按线性扫描

6、，每数量级计算100个点；为了观察不同阻值情况下的频率特性，进一步设置参数扫描，参数名为rval，参数按列表取值即500Ω、1kΩ、2kΩ。3.执行仿真，观察分析结果单击仿真工具栏的按钮执行仿真。单击按钮，在“AddTrace”对话框中选择电阻电压[V(R:1)-V(R:2)]、电感电压[V(L:1)-V(L:2)]和电容电压[V(C:1)-V(C:2)]。可以看到各元件电压的振幅随频率变化的曲线，如图2.64所示。从中可以看出这是一个带通滤波器电路，中心频率(即谐振频率)约为500kHz，电阻越大，品质因数越小，通频带越宽，但是频率选择性越差。电容电压和电感

7、电压的振幅在谐振时相等，但它们的最大值并不发生在谐振频率点，而是分别出现在谐振频率的前后。-39-5005005001k1k1k2k2k2k图2.64不同电阻参数下uR、uL、uC的频率特性曲线三、实验内容（任选其一）1.自拟一个高通滤波器电路，要求其低频截止频率为1kHz。并分析在不同参数下（不同R值或不同C值）输出电压的频率特性。2.自拟一个R、L、C并联谐振电路，要求谐振频率为100kHz。并分析不同R值即不同品质因数下，电路中各元件电流的频率特性曲线。要求：（1）总结分析电路频率特性时交流扫描分析的设置方法。（2）打印电路图及输出的频率特性曲线。（3）

8、得出实验结论，并用电路理论知识加以解释