一、实验目的
1. 研究单一元件的阻抗频率特性；
2. 研究RC、RL串联电路中电压、电流的基本关系； 3. 熟悉Multisim仿真软件的使用方法。
二、预习要求
1. 阅读附录中有关Multisim仿真软件的使用说明； 2. 阅读各项实验内容，理解有关原理，明确实验目的；
3. 设图2-1所示电路中,R1k,C20nF,L100mH,f3kHz,U5V,试计算
UC,UR,I及电路的阻抗角的数值，并画出相量图。
三、原理与说明
元件的阻抗频率特性是指元件阻抗随频率变化的规律。在正弦电路中，感抗与频率成正比，容抗与频率成反比。为了减少接线和调节次数，本实验依次将L、C 、R 3个元件串联起来，保持电阻R两端的电压不变，调节函数发生器输出正弦信号频率，同时完成电感电压、电容电压的测量及感抗、容抗的计算。
频频频频频频频频频频频频频频 频uLC频 u 频R频 c频频R 频四、实验仪器设备
1. 计算机；
1台
2. 仿真软件；
频 频uu
图2-1 实验测量电路
1套
五、实验任务
1．测定XL、Xc～f关系曲线
测量电路如图2-1所示，其中R=1kΩ，L＝100mH，C= 20nF。
按表2.1要求调节信号源的频率，始终保持UR＝1V（改变频率时应保持UR不变，即I不变），测出相应的UL、Uc，计算得出XL、Xc值。
注意：每改变1次频率，首先测出UR=1V后，再分别测UL和UC的值。
表2-1 XL、Xc～f关系曲线测定
测量结果 f (kHz) UL(V) UC(V) UR(V) 1 2 3 4 5 1V 6 7 8 9 10 计算结果 XL(kΩ) XC(kΩ)
2．RC串联电路研究
（1）按图2-2接线，其中R=1kΩ，C=0.5F，示波器Y1显示u的波形，Y2显示uR的波形。
示波器Y1信号输出频率输出Y2C＋ u －R＋ uc－＋ uR－（2）调节函数发生器输出的正弦信号频率和幅度，使f=600Hz，U=2V，分别测量和记录
U,UR,ui（用示波器测量），并与预习内容比较。
改变函数发生器输出频率，定性观察的相位差及波形幅度的变化情况。
＋ － 图2-2 RC串联电路
3．RL串联电路研究
将图2-2中的电容C换成100mH的电感，调节函数发生器，使f=10KHz，U=2V，重复实验2的过程。
六、实验步骤
1.
设置Multisim10的界面
在绘制电路图和仿真之前，有必要对软件的基本界面进行设置，可方便调用元件、绘制电路。下面给出常用的参数设置方法。
设置Global Preferences项参数
在菜单栏中选择Options/Global Preferences项, 将弹出如图2-3所示对话框。
图2-3
默认的电路保存路径是： C:\\Documents and Settings\\Administrator\\My Documents\\National Instruments\\Circuit Design Suite 10.0\\ ，如需更改，可自己设置路径。
在Preferences/parts（见图2-4）中，设置元件的放置方式为连续放置（Continuous placement）模式；元件符号标准（Symbol standard）有美国标准（ANSI）和欧洲标准（DIN）两种。我国的元件符号与DIN模式相同，故将其设置为DIN。
图2-4
设置电子图纸属性（sheet Properties）
在主菜单栏中选择Option/sheet Properties, 将出现如图2-5所示电子平台参数对话框。
图2-5
在circuit页（见图2-5），可设置电子图纸显示的元件信息，一般默认的可显示Label、
RefDes、Values、Initial Conditions，也可根据实际需要选择需要显示的信息； 默认的显示所有的节点名称；
还可以根据个人喜好选择电子图纸的背景颜色；
在Workspace页，可设置是否显示栅格、图纸边框、边界，以方便绘图；设置电子图纸的大小；
在Wirong页，可设置线的宽度及总线布线形式； 在Font页，可设置设置字体及字体大小 ；
设置完成后保存。
2. 创建仿真电路
第一个实验任务是测量RLC串联电路中XL、Xc～f关系曲线。按照图2-6所示电路测试。
XMM1XFG2AgilentXMM21L118mHC122nF3XMM32R11kΩ0
图2-6
（1）调入电感、电容和电阻元件
电感、电容和电阻位于基本元件库中。调用方法为：点击用户界面中元件库的基本原件库（Basic）按钮
，将出现如图2-7所示的Select a Component对话框。在family栏下显
示窗口中选择电感（INDUCTOR），则在元件栏中可看到不同的电感值值，选中任意的值，滚动鼠标右键，选择18mH，然后双击鼠标左键或者选择OK，这时鼠标符号就变成了电感的符号，随鼠标移动。将鼠标移至合适位置，然后点左键，电感元件就调入到了电子图纸上。
图
图2-7
同样的操作方法，在family栏下显示窗口中选择电阻（RESISITOR），可调入电阻和电容元件。
不需要调入元件时按下最右侧的Close按钮，就退出添加元件（Select a Component）界面。
如需修改元件的参数，可直接元件。如修改电阻的参数，双击电阻图标，或者先选中电阻符号，然后单击鼠标右键，在出现如图2-8所示的菜单中选择 properties，将出现如图2-9所示的对话框。在对话框的Value页中可修改电阻的参数值及其精度。
图2-8
图2-8
图2-9
另外注意，电路中必须要有地，才能使用测试仪器。在Source元件库中选择power_Source类型，然后在右边的元件栏中选择GROUND就可调入接地符号，如图2-10所示。
图2-10
（2）调整元件的位置
调入所需的元件后，合理调整元件的位置。 如需移动元件位置，可将鼠标放在元件符号上，按下左键直接拖动；如需旋转元件，可先用鼠标选中元件符号，然后按下鼠标右键，将出现如图所示的菜单，选择旋转的方式：顺时针旋转90°、逆时针旋转90°，沿水平线翻转和沿垂线翻转。
图2-10
（3）调入信号源和万用表
本实验所需的正弦信号由函数发生器提供。在测试仪器仪表栏中选择函数发生器（Function Generator）图标，则鼠标符号变为函数发生器的图标，移动鼠标至合适位置，单击鼠标左键，就调入了函数发生器。
也可选择安捷伦函数发生器（Agilent Function Generator），它的界面更接近于实际的仪器。本实验使用安捷伦函数发生器更加方便一些。
用同样的方法再调入万用表(Multimeter)。 （4）连线
用鼠标选择连线的起点，这时鼠标符号变为一个带十字的原点，移动鼠标，自动会产生一根连线，鼠标移至连线的终点，一条线就连接好了。
若想删除连线，用鼠标选中待移除的连线，按“Delete”键；或者选中待移除的连线后，单击鼠标右键，从出现的菜单里选择“Delete”项。
如若看不清楚仪器的接线端子，可双击仪器图标，将出现仪器的面板，面板的端子标识的很清楚。安捷伦函数发生器的下面一个端子是输出端子。函数发生器的地就是系统的地，不需要再接了。
按照图2-6所示电路连线。 （5）仿真
1.双击三个万用表，分别在三个万用表的面板上按下电压按钮、交流按钮，即测量的是交流电压信号；
2.双击函数发生器的图标，出现安捷伦函数发生器的面板，按下面板上电源开关→ 按下正弦波按钮→按下频率按钮，调节右上方的旋钮，使得频率为2kHz→按下幅度按钮，调节右上方的旋钮，直至UR为1V；
3.记录UL、UC值；
4.按照表2-1调节频率及输出幅度，使得UR为1V，记录相应的UL、UC值。
图2-11
第二个实验任务是测量RC串联电路研究。按照如下电路建立电路。
XMM3XFG2AgilentXSC11C1470nF3R11kΩ0A+_+B_Ext Trig+_XMM1XMM2
图2-12
注意：这里要用双通道的示波器观测两个信号，为了在示波器上区分两个信号来，可以
将不同通道的连线设置为不同的颜色。这里将连线分别设置为红色和蓝色，则在示波器上显示的波形也分别是红色和蓝色的。
设置连线颜色的方法：用鼠标左键单击选中连线，然后但鼠标右键，在出现的菜单里选择segment color，然后可选择颜色。
图2-13
按下函数发生器的电源开关和仿真开关，设置函数发生器波形为正弦信号，频率为600Hz，调节输出幅度，值得输出电压u的有效值为2V，分别测量 UC、UR值，并通过示波器来测量输出电压u和电路电流i之间的相位差φui，并将结果填入表2-2中。
图2-14
为了观测波形更加清晰，可调节X轴和Y轴的比例尺，使得波形尽可能大地显示出来。φui=Δt/(T/2)*180°。
第三个实验任务是RL串联电路研究。按照图2-15建立电路。
XMM3XFG2AgilentXSC1Ext Trig+1XMM1L118mH3R11k¦¸0+_A_+B_XMM2
图2-15
仿真时需要设置正弦信号的频率为10kHz，值得函数发生器输出电压u的有效值仍为2V，分别测量 UL、UR及φui，并将结果填入表2-3中。
七、实验报告要求
1. 利用实验数据，画出
XL~f,XC~f曲线，说明各自特点；
2. 用实验数据证明RC和RL串联电路的电压三角形关系；
3. 用实验数据验证实验任务一中电容C是否为20nF，电感是否为18mH； 4. 对RC串联电路，试分析
ui及UC波形幅度随频率变化的原因。
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