電路基礎(chǔ)(第4版)教學(xué)資源4第6章諧振電路課件

1、 第6章 諧振電路 諧振或共振是機械、建筑、電子等領(lǐng)域經(jīng)常發(fā)生的物理現(xiàn)象，它既有利也有害。 電路中對諧振問題的研究也很重視，電力系統(tǒng)研究諧振是為了預(yù)防諧振現(xiàn)象的方式，電子技術(shù)研究諧振是為了選擇或突出、濾除或抑制特定頻率的信號 章前絮語共振的作用 諧振的概念，串聯(lián)與并聯(lián)諧振的條件、特征，諧振電路的頻率特性，諧振電路的應(yīng)用。本章教學(xué)內(nèi)容概述：諧振是正弦電路中可能發(fā)生的一種特殊現(xiàn)象。由于回路在諧振狀態(tài)下呈現(xiàn)某些特征，因此在工程中特別是電子技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，但在電力系統(tǒng)中卻常要加以防止。熟練掌握串聯(lián)諧振的條件與特征。 重點內(nèi)容:諧振的概念，串聯(lián)諧振的條件、特征。 教學(xué)要求:深刻理解諧振的概念。6-

2、1 串聯(lián)諧振電路6-1 串聯(lián)諧振電路6-1-1 諧振現(xiàn)象 諧振概念：含有電感和電容的電路，如果無功功率得到完全補償，使電路的功率因數(shù)等于1，即：u、 i 同相，稱此電路處于諧振狀態(tài)。諧振串聯(lián)諧振：L 與 C 串聯(lián)時 u、i 同相并聯(lián)諧振：L 與 C 并聯(lián)時 u、i 同相此時阻抗角uRLCi6-1-2 串聯(lián)電路的諧振條件與諧振頻率因為若電路諧振串聯(lián)電路諧振條件：感抗=容抗 諧振角頻率 和諧振頻率 諧振條件諧振角頻率諧振頻率三種調(diào)諧方法： （1）調(diào)頻調(diào)諧：（2）調(diào)容調(diào)諧：（3）調(diào)感調(diào)諧：例6-1 某個收音機串聯(lián)諧振電路中，C=150pF，L=250H，求該電路發(fā)生諧振的頻率。解:因為所以有附加題

3、RLC串聯(lián)電路中，已知 L=500H， R=10，f=1000kHz，C在12290pF間可調(diào)，求C調(diào)到何值時電路發(fā)生諧振。解:因為有答：當(dāng)C調(diào)到50.7pF時電路發(fā)生諧振。6-1-3 串聯(lián)諧振電路的基本特征2.電路的電抗為零，感抗與容抗相等并等于電路的特性阻抗1.電路阻抗最小,且為純電阻3.當(dāng)電源電壓一定時， 諧振電流最大4.當(dāng)品質(zhì)因數(shù)此時5.無功功率為零，電源供給的能量全部消耗在電阻上。電感電壓和電容電壓遠遠超過電源電壓一般情況下:Q 1電壓諧振定義 品質(zhì)因數(shù) 討論定義 特性阻抗諧振時的感抗、容抗Q物理意義 在諧振狀態(tài)下,若 RXL、RXC ，Q則體現(xiàn)了UC或UL比U高出的倍數(shù)。例6-2

4、圖示RLC串聯(lián)電路，已知R =9.4 ，L=30H ，C =211pF，電源電壓U =0.1mV。求電路發(fā)生諧振時的諧振頻率f0 ，回路的特性阻抗 和品質(zhì)因數(shù)Q及電容上的電壓UC0 。 電路的諧振頻率 解:回路的特性阻抗電路的品質(zhì)因數(shù)電容電壓UC0=QU=400.1 mV =4 mV 1.在含有電抗元件的電路中，當(dāng)端口電壓與電流同相時，電路發(fā)生諧振。 小結(jié): 2.串聯(lián)諧振電路品質(zhì)因數(shù)特性阻抗（電壓諧振）串諧特征諧振條件諧振頻率阻抗最小 Z0=Zmin=R； 電流最大 I0=Imax；電壓 UL0=UC0=QU，U=UR掌握并聯(lián)諧振的條件與特征。 重點內(nèi)容:并聯(lián)諧振的條件、特征。 教學(xué)要求:6-

5、2 并聯(lián)諧振電路6-2 并聯(lián)諧振電路 iCiRL+uS -iC R L 6-2-1 諧振條件虛部=0，則 、 同相諧振條件諧振角頻率諧振頻率R很小R很小如果，0實數(shù)電路可能諧振，0虛數(shù)電路不可能諧振6-2-2 并聯(lián)諧振電路的基本特征iCiRL+u-iC R L 1.諧振時，回路 與 同相。當(dāng)R 0L IC=U 0C 而總電流與電壓同相位 當(dāng)R I0 ， 電感線圈與電容并聯(lián)，諧振時， ILIC I0 線圈電阻很小2.諧振時，回路導(dǎo)納最小且為純電導(dǎo)在R 0 L條件下，3.并聯(lián)諧振時，電路的特性阻抗與串諧一樣4.當(dāng)品質(zhì)因數(shù)此時R 0 L與Q 1同含義電感電流和電容電流遠遠超過總電流電流諧振回路阻抗最

6、大5.若電源為電流源注意：由和推出iCiRL+u-iC R L +u-iL C 例6-3 線圈與電容器并聯(lián)電路，已知線圈的電阻R =10，電感L=0.127mH，電容C =200pF，諧振時總電流I0=0.2mA。求：（1）電路的諧振頻率f0和諧振阻抗Z0，（2）電感支路和電容支路的電流IL0 、IC0。 諧振回路的品質(zhì)因數(shù) 解:因Q 1，有電路的諧振阻抗=Q 2R =80210=64000 = 64 k 電感支路和電容支路的電流IL0 、IC0 IL0 IC0= Q I0=800.2mA=16mA 例6-4 收音機的中頻放大耦合電路是一個線圈與電容器并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率為465 kHz

7、,電容C =200 pF，回路的品質(zhì)因數(shù)Q =100。求線圈的電感L和電阻R 。 因為Q 1，所以電路的諧振頻率 解:因此回路諧振時的電感和電阻分別為 H =0.57810-3 H =17 并聯(lián)諧振電路品質(zhì)因數(shù)特性阻抗（電流諧振）諧振條件諧振頻率電感線圈并聯(lián)電容且滿足R0L時：并諧特征小結(jié): 阻抗最大 ；對電流源電壓最大 U0=Umax； 電流 IL0=IC0=QI重點內(nèi)容:串聯(lián)與并聯(lián)諧振的頻率特性等。 教學(xué)要求:理解諧振電路的幅頻特性和相頻特性。6-3 諧振電路的頻率特性6-3 諧振電路的頻率特性 頻率特性是指電路中的電壓、電流、阻抗或?qū)Ъ{及阻抗角或?qū)Ъ{角等各量隨頻率變化的關(guān)系。 6-3-1

8、 串聯(lián)諧振電路的頻率特性LXZ YZ ,Y, XR0R-L-C串聯(lián)電路的X- 和Z - 曲線 X隨 變化情況當(dāng) 0時，X 為正值，電路呈感性。 LXZ YZ ,Y, XR0 Z隨 變化情況Z 隨 的變化呈凹形，并在 =0 時有最小值。 1.幅頻特性和相頻特性 幅頻特性和相頻特性，分別表示幅度隨的變化關(guān)系和相位隨的變化關(guān)系。0000阻抗的模Z 隨的變化關(guān)系 阻抗角隨的變化關(guān)系 選擇性：突顯0附近的電流00I0電流的諧振曲線 當(dāng)偏離0時，電流下降，而且偏離0越遠，電流下降程度越大。 當(dāng) = 0時 ，電流最大 2. 選擇性與通頻帶 整理后得 結(jié)論：選擇性與品質(zhì)因數(shù)Q有關(guān)，品質(zhì)因數(shù)Q越大，曲線越尖銳，

9、選擇性越好。 通用電流諧振曲線 1Q=1Q=10Q=100/0I/I01A1A20.707f1 f0 f2f0I/I0B1是回路電流I 的頻率范圍。通頻帶通頻帶 f1為下邊界頻率 f2為上邊界頻率B =f2 - f1 =結(jié)論： 通頻帶B與品質(zhì)因數(shù)Q成反比。 Q值越高， B越窄；反之，Q值越低， B越寬。 例6-5 串聯(lián)諧振回路的諧振頻率f0 =7105Hz，回路中的電阻R=10，要求回路的通頻帶B=104Hz，試求回路的品質(zhì)因數(shù)，電感和電容。 解:回路的品質(zhì)因數(shù) 因為所以 電容 F =325pF H =159H電感6-3-3 并聯(lián)諧振電路的頻率特性 電流源作用下的并聯(lián)諧振電路 若Q 1（或R 0 L） +u -iSC R L 電壓幅頻特性和相頻特性 1Q1Q2/0U/U0Q1 Q21Q1 Q20Q1 Q2通用電壓諧振曲線圖1.諧振電路的頻率特性頻率特性是指電路中的電壓、電流、阻抗或?qū)Ъ{及阻抗角或?qū)Ъ{角等各