串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路諧振時的特性演示文稿

1、串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路諧振時的特性演示文稿第一頁，共二十九頁。（優(yōu)選）串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路諧振時的特性.第二頁，共二十九頁。 一、RLC串聯(lián)諧振電路 圖1215(a)表示RLC串聯(lián)諧振電路，圖1215(b)是它的相量模型，由此求出驅(qū)動點阻抗為 圖1215第三頁，共二十九頁。 其中 第四頁，共二十九頁。 當(dāng) ，即 時，()=0, 式中 稱為電路的固有諧振角頻率。 |Z(j)|=R,電壓u(t)與電流i(t)相位相同，電路發(fā)生諧振。也就是說，RLC串聯(lián)電路的諧振條件為 1. 諧振條件第五頁，共二十九頁。 當(dāng)電路激勵信號的頻率與諧振頻率相同時，電路發(fā)生諧振。用頻率表示的諧振條件為 RLC串聯(lián)電路在諧振時的

2、感抗和容抗在量值上相等，其值稱為諧振電路的特性阻抗，用表示，即 第六頁，共二十九頁。 2. 諧振時的電壓和電流 RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振時，阻抗的電抗分量 導(dǎo)致 即阻抗呈現(xiàn)純電阻，達(dá)到最小值。若在端口上外加電壓源，則電路諧振時的電流為 第七頁，共二十九頁。 電流達(dá)到最大值，且與電壓源電壓同相。此時電阻、電感和電容上的電壓分別為 其中 Q 稱為串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)，其數(shù)值等于諧振時感抗或容抗與電阻之比。第八頁，共二十九頁。 從以上各式和相量圖可見，諧振時電阻電壓與電壓源電壓相等， 。電感電壓與電容電壓之和為零，即 ，且電感電壓或電容電壓的幅度為電壓源電壓幅度的Q倍，即 若Q1,則UL=UCUS=

3、UR，這種串聯(lián)電路的諧振稱為電壓諧振。圖1216第九頁，共二十九頁。 3.諧振時的功率和能量 設(shè)電壓源電壓為uS(t)=Usmcos(0t)，則： 第十頁，共二十九頁。 由于 u(t)=uL(t)+uC(t)=0 (相當(dāng)于虛短路)，任何時刻進(jìn)入電感和電容的總瞬時功率為零，即pL(t)+pC(t)=0。電感和電容與電壓源和電阻之間沒有能量交換。電壓源發(fā)出的功率全部為電阻吸收，即pS(t)=pR(t)。 電感和電容吸收的功率分別為： 第十一頁，共二十九頁。 電感和電容之間互相交換能量，其過程如下:當(dāng)電流減小時，電感中磁場能量WL=0.5Li2減小，所放出的能量全部被電容吸收，并轉(zhuǎn)換為電場能量，如圖

4、12-17(a)所示。當(dāng)電流增加時，電容電壓減小，電容中電場能量WC=0.5Cu2減小，所放出的能量全部被電感吸收，并轉(zhuǎn)換為磁場能量，如圖1217(b)所示。圖1217串聯(lián)電路諧振時的能量交換 第十二頁，共二十九頁。 能量在電感和電容間的這種往復(fù)交換，形成電壓和電流的正弦振蕩，這種情況與 LC串聯(lián)電路由初始儲能引起的等幅振蕩相同(見第九章二階電路分析)。其振蕩角頻率 ，完全由電路參數(shù)L和C來確定。 諧振時電感和電容中總能量保持常量，并等于電感中的最大磁場能量，或等于電容中的最大電場能量，即 第十三頁，共二十九頁。 可以從能量的角度來說明電路參數(shù) R、L、C變化對電感和電容電壓UL= UC的影響

5、。若電阻 R減小一半，或電感 L增加到4倍( 增加一倍)，則總能量 增加到4倍，這將造成電壓UL=UC增加一倍。若電容 C減少到 l/4( Q增加一倍)， 總能量不變，而電壓UL= UC增加一倍?？傊?， R、L和 C的改變造成 變化的倍數(shù)與UL= UC變化的倍數(shù)相同。 第十四頁，共二十九頁。例12-7 電路如圖12-18所示。已知 求: (l) 頻率為何值時，電路發(fā)生諧振。 (2)電路諧振時, UL和UC為何值。 圖1218第十五頁，共二十九頁。 解：(l)電壓源的角頻率應(yīng)為 (2)電路的品質(zhì)因數(shù)為 則 第十六頁，共二十九頁。二、RLC并聯(lián)諧振電路 圖12-19(a)所示RLC并聯(lián)電路，其相量

6、模型如圖12-19(b)所示。圖1219第十七頁，共二十九頁。 其中 驅(qū)動點導(dǎo)納為第十八頁，共二十九頁。 1.諧振條件 式中 稱為電路的諧振角頻率。與RLC串聯(lián)電路相同。 當(dāng) 時, Y(j)=G=1/R，電壓u(t)和電流i(t)同相，電路發(fā)生諧振。因此，RLC并聯(lián)電路諧振的條件是 第十九頁，共二十九頁。 2.諧振時的電壓和電流 RLC并聯(lián)電路諧振時，導(dǎo)納Y(j0)=G=1/R，具有最小值。若端口外加電流源 ，電路諧振時的電壓為 電路諧振時電壓達(dá)到最大值，此時電阻、電感和電容中電流為（見下頁） 第二十頁，共二十九頁。 其中 稱為RLC并聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)，其量值等于諧振時感納或容納與電導(dǎo)之比

7、。電路諧振時的相量圖如圖12-20(b)所示。第二十一頁，共二十九頁。 由以上各式和相量圖可見，諧振時電阻電流與電流源電流相等 。電感電流與電容電流之和為零，即 。電感電流或電容電流的幅度為電流源電流或電阻電流的Q倍，即 并聯(lián)諧振又稱為電流諧振。 圖1220第二十二頁，共二十九頁。 3.諧振時的功率和能量 設(shè)電流源電流iS(t)=Ismcos(0t)，則： 電感和電容吸收的瞬時功率分別為： 第二十三頁，共二十九頁。 由于i(t)=iL(t)+iC(t)=0 (相當(dāng)于虛開路)，任何時刻進(jìn)入電感和電容的總瞬時功率為零，即pL(t)+pC(t)=0。電感和電容與電流源和電阻之間沒有能量交換。電流源發(fā)

8、出的功率全部被電阻吸收，即pS(t)=pR(t) 。 能量在電感和電容間往復(fù)交換(圖1221)，形成了電壓和電流的正弦振蕩。其情況和 LC并聯(lián)電路由初始儲能引起的等幅振蕩相同，因此振蕩角頻率也是 ，與串聯(lián)諧振電路相同。 圖1221 并聯(lián)電路諧振時的能量交換 第二十四頁，共二十九頁。 諧振時電感和電容的總能量保持常量，即 圖1221 并聯(lián)電路諧振時的能量交換 第二十五頁，共二十九頁。 由于并聯(lián)電路的電壓相同，即UL=UC=RIS。當(dāng)電阻R增加到2倍，或電容 C 增加到4倍( 增加一倍)時，總儲能增加到4倍，將導(dǎo)致電流IL= IC增加一倍。若電感減小到原值的l/4(Q增加一倍)，總能量 不變，而諧振時的電流IL= IC增加一倍?？傊?，由 R、L和C的改變引起 Q值變化的倍數(shù)與IL= IC變化的倍數(shù)相同。 諧振時電感和電容的總能量保持常量，即 圖1221 并聯(lián)電路諧振時的能量交換 第二十六頁，共二十九頁。例12-8 圖12-22(a)是電感線圈和電容器并聯(lián)的電路模型。 已知R=1, L=0.1mH, C=0.01F。試求電路的諧振 角頻率和諧振