串联谐振电路仿真分析

居家隔离，闲来无事，仿真一下串联谐振电路，如下：

1、XMM1、XMM2、XMM3，XMM5测量交流电压

2、XMM4测量交流电流

3、XFG1信号发生器，输出正弦波，频率赋值都可调

4、XSC1两个通道分别测量电容和电感两端波形

5、XSC2测量电容和电感串联后两端波形

谐振频率计算公式如下：

1、电路参数：

L1= 1mH

C1= 100nF

R2 = 可调电阻调整到30R

2、首先观察谐振状态现象：

根据以上公式计算此电路谐振频率f=15924Hz。配置信号发生器为正弦波，频率15924Hz，振幅为2V，也就是输出有效值是1.414V。仿真数据如下：

1)电阻两端电压为1.408V接近1.414V输出电压，也就是LC两端的总电压几乎为0，电路呈现纯电阻特性。

2)电流约47mA。

3)电容和电感两端电压几乎相等，4.7V左右，这里是交流有效值，比信号发生器输出高出不少。

4)L和C两端波形，大小相等相位相反，见下面仿真波形。

LC串联后两端波形，峰峰值不到400mV，有效值约0.14V很小。

3、调整R2电阻观察现象：

1)R2调整到10欧姆，基本还是在谐振状态，L和C两端电压明显增大，电流也增大。

2)R2调整到50欧姆，基本还是在谐振状态，L和C两端电压明显减小，电流也减小。

由此可见调整R2电阻能够明显改变L和C的电压，基本不会影响谐振状态。为什么会出现这种状态呢?因为理想状态下，谐振状态时电路呈现纯电阻特性，电路电流取决于R2，R2两端的电压就是信号发生器输出电压，R2减小电流增大，因为频率、容值、感值都没有变化，所以L和C的感抗和容抗没有变化，电流增大后，L和C两端电压也增大。R2增加同理。L和C阻抗计算公式如下：

4、尝试更改频率，观察现象。

1)调整输出频率为10KHz，频率减小后容抗增大，感抗减小，电路呈现容性，L和C波形如下，电容的幅值大。

2)调整输出频率为20KHz，频率增大后容抗减小，感抗增大，电路呈现感性，L和C波形如下，电感幅值大。

5、串联谐振总结

和非谐振状态相比，谐振状态阻抗是最小的，电流是最大的，电路呈现纯电阻特性，电流和电压同相位，电感和电容两端可能出现比输入电压高很多倍的电压，因此串联谐振又称为电压谐振。