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串聯諧振電路仿真分析首先要從串聯諧振電路原理開始,在電阻、電感及電容所組成的串聯電路內,當容抗XC與感抗XL相等時,即XC=XL,電路中的電壓U與電流I的相位相同,電路呈現純電阻性,這種現象叫串聯諧振。當電路發生串聯諧振時電路的阻抗Z=√R^2 +(XC-XL)^2=R,電路中總阻抗最小,電流將達到最大值。
1、創建串聯諧振電路。從元器件庫中選擇電壓源、電阻、電容、電感連接成串聯諧振電路,如圖1所示;選擇頻率特性儀XBP1,將其輸入端和電源連接,輸出端和負載連接 。
2、串聯諧振電路的相頻特性:在Mode選項組中單擊Phase(相頻特性)按鈕,可得到該電路的相頻特性。
3、從串聯諧振電路的相頻特性可以看出,電路的以諧振頻率f0為分界點,當信號頻率低于f0時,相位超前;當信號頻率高于f0時,相位滯后。因為當信號頻率低于f0時,整個電路呈容性,電流相位(負載電阻上的電壓相位)超前于電壓(外加電源)的相位;而當信號頻率高于f0時,整個電路呈感性,電流相位(負載電阻上的電壓相位)滯后于電壓(外加電源)的相位。該仿真結果與理論分析一致。
4、串聯諧振電路的幅頻特性。單擊運行(RUN)按鈕,雙擊頻率特性儀XBP1的圖標,在Mode選項組中單擊Magnitude(幅頻特性)按鈕,可得到該電路的幅頻特性,如圖2所示。 從電路的幅頻特性可以看出,電路的諧振頻率f0=1.605 kHz。在信號頻率接近f0時幅值(增益)很大,而遠離時增益卻大大減少。電路的電源所選頻率為1 kHz,若選擇其他頻率,該電路的幅頻特性不變。
5、串聯諧振電路的品質因素Q值和電路的選擇性關系:在保持串聯諧振頻率不變的情況下,即L,C不變,改變元件參數,可改變電路的品質因素Q值。在如圖1所示的電路中R=1 kΩ,L=1 H,C=1 μF,則Q=[1RLC=1,]對應的幅頻特性如圖2所示,若選擇電容C1=1 μF,電感L1=1 H電阻R1=100 Ω,則Q=[1RLC=10,]仿真得到幅頻特性如圖4所示。從幅頻特性圖可以看出,對于RLC串聯諧振電路來說,不同的Q值對應的幅頻特性曲線不同,Q值越大,對應的幅頻特性曲線越尖,電路的選擇性越好,若用串聯選擇電路作為無線電檢波電路,其靈敏度越高,抗干擾能力就越低;Q值越小,對應的幅頻特性曲線越鈍,電路的選擇性變差,若作為無線電檢波電路,其靈敏度降低,但它的抗干擾能力會提高,所以串聯諧振電路的Q值大小,要根據具體的應用情況具體選擇。