基于仿真分析的串聯諧振電路的教法研討

摘 要： 電路分析中串聯諧振電路的特征十分適合于用電路仿真軟件分析，利用仿真技術易于教師講明這些特征，也有利于學生對其的理解。本文探討了利用仿真工具講解串聯諧振電路特性的教法。

關鍵詞： 仿真 諧振頻率 諧振曲線

一、用仿真描述串聯諧振的概念

將R、L、C串聯電路輸入端口接入頻率可調的幅值為1V的正弦電壓源，如圖1所示，改變其頻率f，觀察R、L、C串聯電路中正弦電流幅值隨頻率變化的現象，如圖2所示。

圖中顯示電流幅值在某一個頻率點（16Hz）處出現峰值，這就是R、L、C串聯電路中的諧振現象。諧振時電流幅值最大（此時的頻率稱為諧振頻率），會燒毀電路中的電器，應予以防范。

二、用仿真描述串聯諧振電路中的電壓頻率特性

1.電阻元件上的電壓

電阻元件上的電壓頻率特性仿真圖如圖3所示，圖中顯示電阻電壓和其電流波形一致，諧振時（f=16Hz）出現峰值，其值等于外部電壓源的電壓（1V）。

2.電容元件上的電壓

電容元件上的電壓頻率特性仿真圖如圖4所示，圖中顯示電容電壓具有低通特性，且峰值點（22Hz）與諧振點（16Hz）不一致。

3.電感元件上的電壓

電感元件上的電壓頻率特性仿真圖如圖5所示，圖中顯示電感電壓具有高通特性，且峰值點（11Hz）與諧振點（16Hz）不一致。

4.電阻、電容、電感電壓的比較

電阻、電容、電感電壓的頻率特性如圖6所示，圖中電阻電壓峰值點即諧振頻率（16Hz）居中，電感峰值點（11Hz）與電容峰值點（22Hz）分列左右兩側，三者不重合。

三、用仿真圖分析電阻值對串聯諧振電路頻率特性的影響

當電路中電阻值變化時會引起各個變量諧振曲線形狀的變化，如圖7所示。圖7為電阻取2Ω、1Ω、0.5Ω、0.25Ω值時，電阻電壓、電容電壓與電感電壓的各組諧振曲線。顯然隨著電阻值的減小，曲線越尖銳，電容、電感電壓峰值點越來越靠近諧振點（電阻電壓的峰值點）。

當電阻取2Ω、1Ω、0.5Ω、0.25Ω值時，電路中電流的各諧振曲線如圖8所示。圖中顯示隨著電阻的減小電流的峰值增大，且曲線越來越尖銳。

四、結語

以上利用美國仿真軟件PSPICEA/D對串聯諧振電路進行了分析，顯然這種方式會使得教師對諧振電路特征的講解變得生動形象、通俗易懂，使得學生對抽象的概念更易理解。在課堂教學中利用仿真曲線講解抽象的概念，使得教師易教，學生易學。