電路設(shè)計(jì) RLC串聯(lián)電路課件

11.2RLC串聯(lián)電路的諧振諧振現(xiàn)象的研究有重要的實(shí)際意義。 一方面諧振現(xiàn)象得到廣泛的應(yīng)用，另一方面在某些情況下電路中發(fā)生諧振會(huì)破壞正常工作。一、RLC串聯(lián)電路R11.2RLC串聯(lián)電路的諧振諧振現(xiàn)象的研究有重要的實(shí)際意義1OO+1+j|Z|電抗隨頻率變化的特性曲線阻抗隨頻率變化時(shí)在復(fù)平面上表示的圖形OO+1+j|Z|電抗隨頻率變化的特性曲線阻抗隨頻率變化時(shí)2二、串聯(lián)諧振的定義由于串聯(lián)電路中的感抗和容抗有相互抵消作用，所以，當(dāng)ω=ω0時(shí)，出現(xiàn)X(ω0）=0，這時(shí)端口上的電壓與電流同相，工程上將電路的這種工作狀況稱為諧振，由于是在RLC串聯(lián)電路中發(fā)生的，故稱為串聯(lián)諧振。三、串聯(lián)諧振的條件Im[Z(jω)]=0二、串聯(lián)諧振的定義由于串聯(lián)電路中的感抗和容抗3使RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件（1）.LC不變，改變w。（2）.電源頻率不變，改變L或C(常改變C

)。w0由電路本身的參數(shù)決定，一個(gè)RLC串聯(lián)電路只能有一個(gè)對(duì)應(yīng)的w0,當(dāng)外加頻率等于諧振頻率時(shí)，電路發(fā)生諧振。通常收音機(jī)選臺(tái)，即選擇不同頻率的信號(hào)，就采用改變C使電路達(dá)到諧振。使RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件（1）.LC不變，改變4四、諧振頻率角頻率頻率諧振頻率又稱為電路的固有頻率，是由電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的。串聯(lián)諧振頻率只有一個(gè)，是由串聯(lián)電路中的L、C參數(shù)決定的，而與串聯(lián)電阻R無關(guān)。Im[Z(jω)]=0四、諧振頻率角頻率頻率諧振頻率又稱為電路的固有頻率，是由電路5五、諧振的特征1、阻抗=R諧振時(shí)阻抗為最小值。2、電流在輸入電壓有效值U不變的情況下，電流為最大。3、電阻電壓實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)此特點(diǎn)判別串聯(lián)諧振電路發(fā)生諧振與否。LC上串聯(lián)總電壓為零，即RjL+_+++___五、諧振的特征1、阻抗=R諧振時(shí)阻抗為最小值。2、電流在輸6串聯(lián)諧振時(shí)，電感上的電壓和電容上的電壓大小相等，方向相反，相互抵消，因此串聯(lián)諧振又稱電壓諧振。諧振時(shí)的相量圖4.功率P=RI02=U2/R，電阻功率達(dá)到最大。即L與C交換能量，與電源間無能量交換。串聯(lián)諧振時(shí)，電感上的電壓和電容上的電壓大小相等，方向相反，相7六、諧振曲線 除了阻抗Z和頻率的特性外，還應(yīng)分析電流和電壓隨頻率變化的特性，這些特性稱為頻率特性，或稱頻率響應(yīng)，它們隨頻率變化的曲線稱為諧振曲線。ωOI(ω)六、諧振曲線 除了阻抗Z和頻率的特性外，還應(yīng)分析電流和電8七、品質(zhì)因數(shù)串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)如果Q>1，則有

當(dāng)Q>>1，表明在諧振時(shí)或接近諧振時(shí)，會(huì)在電感和電容兩端出現(xiàn)大大高于外施電壓U的高電壓，稱為過電壓現(xiàn)象，往往會(huì)造成元件的損壞。無量綱它是說明諧振電路性能的一個(gè)指標(biāo)，同樣僅由電路的參數(shù)決定。七、品質(zhì)因數(shù)串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)如果Q>1，則有當(dāng)Q9(a)電壓關(guān)系：品質(zhì)因數(shù)的意義：即UL0=UC0=QUQ是諧振時(shí)電感電壓UL0(或電容電壓UC0)與電源電壓之比。即表明諧振時(shí)的電壓放大倍數(shù)。電壓諧振(a)電壓關(guān)系：品質(zhì)因數(shù)的意義：即UL0=UC010(b)功率關(guān)系：電源發(fā)出功率：無功電源不向電路輸送無功。電感中的無功與電容中的無功大小相等，互相補(bǔ)償，彼此進(jìn)行能量交換。有功+_PQLCR(b)功率關(guān)系：電源發(fā)出功率：無功電源不向電路輸送無功。電11八、功率諧振時(shí)，電路的無功功率為零，這是由于阻抗角為零，所以電路的功率因數(shù)=1整個(gè)電路的復(fù)功率=P但分別不等于零。諧振時(shí)電路不從外部吸收無功功率八、功率諧振時(shí)，電路的無功功率為零，這是由于阻抗角為零，所以12但電路內(nèi)部的電感與電容之間周期性地進(jìn)行磁場(chǎng)能量和電場(chǎng)能量的交換，諧振時(shí)，有并有這一能量的總和為但電路內(nèi)部的電感與電容之間周期性地進(jìn)行磁場(chǎng)能量和電場(chǎng)能量的交13=常量所以能量的總和另外還可以得出串聯(lián)電阻的大小雖然不影響串聯(lián)諧振電路的固有頻率，但有控制和調(diào)節(jié)諧振時(shí)電流和電壓幅度的作用。=常量所以能量的總和另外還可以得出串聯(lián)電阻的大小雖然不影響141.阻抗的頻率特性幅頻特性相頻特性2.電流諧振曲線諧振曲線：表明電壓、電流大小與頻率的關(guān)系。幅值關(guān)系：可見I(w)與|Y(w)|相似。九、通用諧振曲線1.阻抗的頻率特性幅頻相頻2.電流諧振曲線諧振曲線：表15X()|Z()|XL()XC()R0Z()O阻抗幅頻特性()0O–/2/2阻抗相頻特性電流諧振曲線0O|Y()|I()I()U/RX()|Z()|XL()XC()R016為了突出電路的頻率特性，常分析輸出量與輸入量之比的頻率特性。而這些電壓比值可以用分貝表示將電路的阻抗Z變換為下述形式令11-3RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng)為了突出電路的頻率特性，常分析輸出量與輸入量之比的頻率特性。17 上述關(guān)系式可以用于不同的RLC串聯(lián)諧振電路，它們都在同一個(gè)坐標(biāo)（η）下，根據(jù)Q取值不同，曲線將僅與Q值有關(guān)，并明顯地看出Q值對(duì)諧振曲線形狀的影響。下圖給出3個(gè)不同Q值的諧振曲線，該諧振曲線稱為通用諧振曲線。O1 上述關(guān)系式可以用于不同的RLC串聯(lián)諧振電路，它們都在同一個(gè)18一、電路的選擇性 串聯(lián)諧振電路對(duì)偏離諧振點(diǎn)的輸出有抑制能力，只有在諧振點(diǎn)附近的頻域內(nèi)，才有較大的輸出幅度，電路的這種性能稱為選擇性。O1一、電路的選擇性 串聯(lián)諧振電路對(duì)偏離諧振點(diǎn)的輸出有抑制能力，19Q值大，曲線在諧振點(diǎn)附近的形狀尖銳，當(dāng)稍偏離諧振頻率，輸出就急劇下降，說明對(duì)非諧振頻率的輸入具有較強(qiáng)的抑制能力，選擇性能好。反之，Q值小，在諧振頻率附近曲線頂部形狀平緩，選擇性就差。 電路選擇性的優(yōu)劣取決于對(duì)非諧振頻率的輸入信號(hào)的抑制能力。O1Q值大，曲線在諧振點(diǎn)附近的形狀尖銳， 電路選擇性的優(yōu)劣取決于20工程中為了定量地衡量選擇性，常用發(fā)生二、通頻帶時(shí)的兩個(gè)頻率之間的差說明。這個(gè)頻率差稱為通頻帶。O10.707可以證明：工程中為了定量地衡量選擇性，常用發(fā)生二、通頻帶時(shí)的兩個(gè)頻率之2111.2RLC串聯(lián)電路的諧振諧振現(xiàn)象的研究有重要的實(shí)際意義。 一方面諧振現(xiàn)象得到廣泛的應(yīng)用，另一方面在某些情況下電路中發(fā)生諧振會(huì)破壞正常工作。一、RLC串聯(lián)電路R11.2RLC串聯(lián)電路的諧振諧振現(xiàn)象的研究有重要的實(shí)際意義22OO+1+j|Z|電抗隨頻率變化的特性曲線阻抗隨頻率變化時(shí)在復(fù)平面上表示的圖形OO+1+j|Z|電抗隨頻率變化的特性曲線阻抗隨頻率變化時(shí)23二、串聯(lián)諧振的定義由于串聯(lián)電路中的感抗和容抗有相互抵消作用，所以，當(dāng)ω=ω0時(shí)，出現(xiàn)X(ω0）=0，這時(shí)端口上的電壓與電流同相，工程上將電路的這種工作狀況稱為諧振，由于是在RLC串聯(lián)電路中發(fā)生的，故稱為串聯(lián)諧振。三、串聯(lián)諧振的條件Im[Z(jω)]=0二、串聯(lián)諧振的定義由于串聯(lián)電路中的感抗和容抗24使RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件（1）.LC不變，改變w。（2）.電源頻率不變，改變L或C(常改變C

)。w0由電路本身的參數(shù)決定，一個(gè)RLC串聯(lián)電路只能有一個(gè)對(duì)應(yīng)的w0,當(dāng)外加頻率等于諧振頻率時(shí)，電路發(fā)生諧振。通常收音機(jī)選臺(tái)，即選擇不同頻率的信號(hào)，就采用改變C使電路達(dá)到諧振。使RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件（1）.LC不變，改變25四、諧振頻率角頻率頻率諧振頻率又稱為電路的固有頻率，是由電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的。串聯(lián)諧振頻率只有一個(gè)，是由串聯(lián)電路中的L、C參數(shù)決定的，而與串聯(lián)電阻R無關(guān)。Im[Z(jω)]=0四、諧振頻率角頻率頻率諧振頻率又稱為電路的固有頻率，是由電路26五、諧振的特征1、阻抗=R諧振時(shí)阻抗為最小值。2、電流在輸入電壓有效值U不變的情況下，電流為最大。3、電阻電壓實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)此特點(diǎn)判別串聯(lián)諧振電路發(fā)生諧振與否。LC上串聯(lián)總電壓為零，即RjL+_+++___五、諧振的特征1、阻抗=R諧振時(shí)阻抗為最小值。2、電流在輸27串聯(lián)諧振時(shí)，電感上的電壓和電容上的電壓大小相等，方向相反，相互抵消，因此串聯(lián)諧振又稱電壓諧振。諧振時(shí)的相量圖4.功率P=RI02=U2/R，電阻功率達(dá)到最大。即L與C交換能量，與電源間無能量交換。串聯(lián)諧振時(shí)，電感上的電壓和電容上的電壓大小相等，方向相反，相28六、諧振曲線 除了阻抗Z和頻率的特性外，還應(yīng)分析電流和電壓隨頻率變化的特性，這些特性稱為頻率特性，或稱頻率響應(yīng)，它們隨頻率變化的曲線稱為諧振曲線。ωOI(ω)六、諧振曲線 除了阻抗Z和頻率的特性外，還應(yīng)分析電流和電29七、品質(zhì)因數(shù)串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)如果Q>1，則有

當(dāng)Q>>1，表明在諧振時(shí)或接近諧振時(shí)，會(huì)在電感和電容兩端出現(xiàn)大大高于外施電壓U的高電壓，稱為過電壓現(xiàn)象，往往會(huì)造成元件的損壞。無量綱它是說明諧振電路性能的一個(gè)指標(biāo)，同樣僅由電路的參數(shù)決定。七、品質(zhì)因數(shù)串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)如果Q>1，則有當(dāng)Q30(a)電壓關(guān)系：品質(zhì)因數(shù)的意義：即UL0=UC0=QUQ是諧振時(shí)電感電壓UL0(或電容電壓UC0)與電源電壓之比。即表明諧振時(shí)的電壓放大倍數(shù)。電壓諧振(a)電壓關(guān)系：品質(zhì)因數(shù)的意義：即UL0=UC031(b)功率關(guān)系：電源發(fā)出功率：無功電源不向電路輸送無功。電感中的無功與電容中的無功大小相等，互相補(bǔ)償，彼此進(jìn)行能量交換。有功+_PQLCR(b)功率關(guān)系：電源發(fā)出功率：無功電源不向電路輸送無功。電32八、功率諧振時(shí)，電路的無功功率為零，這是由于阻抗角為零，所以電路的功率因數(shù)=1整個(gè)電路的復(fù)功率=P但分別不等于零。諧振時(shí)電路不從外部吸收無功功率八、功率諧振時(shí)，電路的無功功率為零，這是由于阻抗角為零，所以33但電路內(nèi)部的電感與電容之間周期性地進(jìn)行磁場(chǎng)能量和電場(chǎng)能量的交換，諧振時(shí)，有并有這一能量的總和為但電路內(nèi)部的電感與電容之間周期性地進(jìn)行磁場(chǎng)能量和電場(chǎng)能量的交34=常量所以能量的總和另外還可以得出串聯(lián)電阻的大小雖然不影響串聯(lián)諧振電路的固有頻率，但有控制和調(diào)節(jié)諧振時(shí)電流和電壓幅度的作用。=常量所以能量的總和另外還可以得出串聯(lián)電阻的大小雖然不影響351.阻抗的頻率特性幅頻特性相頻特性2.電流諧振曲線諧振曲線：表明電壓、電流大小與頻率的關(guān)系。幅值關(guān)系：可見I(w)與|Y(w)|相似。九、通用諧振曲線1.阻抗的頻率特性幅頻相頻2.電流諧振曲線諧振曲線：表36X()|Z()|XL()XC()R0Z()O阻抗幅頻特性()0O–/2/2阻抗相頻特性電流諧振曲線0O|Y()|I()I()U/RX()|Z()|XL()XC()R037為了突出電路的頻率特性，常分析輸出量與輸入量之比的頻率特性。而這些電壓比值可以用分貝表示將電路的阻抗Z變換為下述形式令11-3RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng)為了突出電路的頻率特性，常分析輸出量與輸入量之比的頻率特性。38 上述關(guān)系式可以用于不同的RLC串聯(lián)諧振電路，它們都在同一個(gè)坐標(biāo)（η）下，根據(jù)Q取值不同，曲線將僅與Q值有關(guān)，并明顯地看出Q值對(duì)諧振曲線形狀的影響。下圖給出3個(gè)不同Q值的諧振曲線，該諧振曲線稱為通用諧振曲線。O1 上述關(guān)系式可以用于不同的RLC串聯(lián)諧振電路，它們都在同一個(gè)39一、電路的選擇性 串聯(lián)諧振電路對(duì)偏離諧振點(diǎn)的輸出有抑制能力，只有在諧振點(diǎn)附近的頻域內(nèi)，才有較大的輸出幅度，電路的這種性能稱為選擇性。O1一、電路的選擇性 串聯(lián)諧振電路對(duì)偏