谐振电路的谐振条件

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
21讲 第21讲 谐振电路
重点: 重点: 1、谐振的概念; 谐振的概念; 2、谐振电路的谐振条件; 谐振电路的谐振条件; 3、谐振时电路的电压、电流关系; 谐振时电路的电压、电流关系; 4、谐振电路的频率特性。 谐振电路的频率特性。
10.3 RLC串联谐振电路 串联谐振电路
一、谐振及谐振条件 1、谐振 、 下图所示为R 组成串联谐振电路。 下图所示为R、L和C组成串联谐振电路。
通频带
谐振电路频率选择性的好坏可以 用通频带宽度△ 来衡量。 用通频带宽度△f来衡量。在谐振频 f0两端 当电流I 两端, 率f0两端,当电流I下降至谐振电流 I0的 0.707倍时所覆盖的频 I0的1/ 2 = 0.707倍时所覆盖的频 率范围,称为通频带△f=f2–f1(或 率范围,称为通频带△ f 其中f △w=w2–w1),其中f2、f1分别叫做通 w ),其中 频带的上限截止频率和下限截止频率。 频带的上限截止频率和下限截止频率。 越小,谐振曲线越尖锐, △f越小,谐振曲线越尖锐,表明电 路的频率选择性越好。 路的频率选择性越好。
2、谐振条件 、 由以上分析可以得出串联谐振电路的谐振条件为
w = w0 = 1 LC
w0称为电路的固有谐振角频 简称谐振角频率, 率,简称谐振角频率,它由元 件参数L和 确定 确定。 件参数 和C确定。
用频率表示的谐振条件为
f = f0 = 1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2 π LC
RLC串联电路在谐振时的感抗和容抗相等, RLC串联电路在谐振时的感抗和容抗相等,其值 串联电路在谐振时的感抗和容抗相等 称为谐振电路的特性阻抗 用表示, 特性阻抗, 称为谐振电路的特性阻抗,用表示,即
所以总电流为
U 10 = = 10 4 A = 0 1 mA I0 = Z 0 100 × 10 3
(3)支路电流 100× IC0=IL0= QI0= 100×0.1=10mA (4)电阻为
100 × 10 3 = 10 R= 2 = 2 100 Q Z0
本讲小结
谐振是正弦交流电路中一种物理现象, 1、谐振是正弦交流电路中一种物理现象,它在 电工和电子技术中得到广泛应用, 电工和电子技术中得到广泛应用,但它也可能给电路 系统造成危害。因此,研究电路的谐振现象, 系统造成危害。因此,研究电路的谐振现象,有着重 要的实际意义。 要的实际意义。 RLC串联谐振电路和RL串联谐振电路和RL 2、RLC串联谐振电路和RL-C并联谐振电路的谐振 条件是
f 0 800 × 10 3 Q= = = 80 4 f 10
w0 L 1 Q= = R w0 CR
QR 80 × 10 = = 159 × 10 6 H = 159 H w0 2 × 3 14 × 800 × 10 3
1 1 C= = = 249 × 10 12 F = 249 pF w0 RQ 2 × 3 14 × 800 × 10 3 × 10 × 80
w = w0 = 1 LC = 1 10 4 × 10 8 = 10 6 rad/s
(2)电路的品质因数为
w0 L 10 6 × 0.1 × 10 3 = = 100 Q= R 1

=100× UL= UC = QUS =100×10 =1000V
(3) 通频带为
w0 1 1 f = f 0 = × ≈ 1 6 kHz Q 100 2 π
由于Q 解: 由于Q
100>> >>1 所以上述条件成立。 = 100>>1,所以上述条件成立。
(1)谐振频率为
f0 = 1 2 π LC = 1 2π 100 × 10 6 × 100 × 10 12 = 1 59 × 10 6 Hz = 1 59 MHz
(2)谐振电路的阻抗为
100 × 10 6 L Z0 = Q = 100 × = 100 × 10 3 = 100 k C 100 × 10 12
当电源频率正好等于谐振 频率w 电流的值最大, 频率 0时,电流的值最大,最 大值为I 大值为 0 = U/R;当电源频率 ; 向着w> 或 < 向着 >w0或w<w0方向偏离 谐振频率w 阻抗∣ ∣ 谐振频率 0时,阻抗∣Z∣都 逐渐增大, 逐渐增大,电流也逐渐变小至 说明只有在谐振频率附近, 零。说明只有在谐振频率附近, 电路中电流才有较大值, 电路中电流才有较大值,偏离 这一频率,电流值则很小, 这一频率,电流值则很小,这 种能够把谐振频率附近的电流 选择出来的特性称为频率选择 性。
通频带与品质因数之间有以下关系
1 f = f 0 Q
(或
1 w = w0 Q

由上式可见,通频带与谐振电路的品质因数Q 由上式可见,通频带与谐振电路的品质因数Q成反 比,Q越高通频带越窄,选择性越好。所以说,品质因 越高通频带越窄,选择性越好。所以说, 是衡量谐振回路频率选择性的参数。 数Q是衡量谐振回路频率选择性的参数。 以I/I0为纵坐 标,以w/w0为横坐 标画出不同Q 标画出不同Q值下 电流的谐振曲线, 电流的谐振曲线, 如下图所示, 如下图所示,这种 谐振曲线又叫通用 谐振曲线。 谐振曲线。
在电源电压一定时, (2)在电源电压一定时,端口电流最小且与电
I 源电压同相,其值为: 源电压同相,其值为:0 = U U = = IR Z R

流过电感和电容上的电流相等, (3)流过电感和电容上的电流相等,且为端口 总电流的Q 总电流的Q倍。即 U U R IC = I L = = = QI 0 w0 L R w0 L
上式中的Q为并联谐振电路的品质因 上式中的 为并联谐振电路的品质因
R = w0 CR 。 数,其值为 Q = w0 L
结论:
谐振时电感和电容支路上的电流可能远远大于端 口电流,所以并联谐振又叫电流谐振。 口电流,所以并联谐振又叫电流谐振。由于电感和电 容上的电流大小相等,相位相反,故两者完全抵消。 容上的电流大小相等,相位相反,故两者完全抵消。
U R = R I = US
w0 L U S = jQ U S U L = j wL I = j R
1 1 UC = I =j U S = jQU S j w0 C w0 RC
电感上电压
电容上电压
其中
w0 L ρ 1 Q= = = R w0 RC R
结论:
谐振时电感和电容电压的大小相等,符号相反, 谐振时电感和电容电压的大小相等,符号相反, 其大小都等于电源电压的Q倍。电阻电压等于电源电 其大小都等于电源电压的Q 压。 谐振电路的品质因数: 谐振电路的品质因数: Q称为串联谐振电路的品质因数,它是衡量电路 称为串联谐振电路的品质因数, 特性的一个重要物理量,它取决于电路的参数。 特性的一个重要物理量,它取决于电路的参数。谐振 电路的Q值一般在50 200之间 50~ 之间, 电路的Q值一般在50~200之间,因此外加电源电压即 使不很高,谐振时电感和电容上的电压仍可能很大。 使不很高,谐振时电感和电容上的电压仍可能很大。
电路的等效阻抗为
1 Z = Z R + Z L + Z C = R + j( wL ) wC
当正弦电压的频率w 当正弦电压的频率 变化时, 变化时,电路的等效复 阻抗Z 随之变化。 阻抗 随之变化。
当感抗wL等于容抗(1/wC) 复阻抗Z 当感抗wL等于容抗(1/wC)时,复阻抗Z = wL等于容抗 串联电路的等效复阻抗变成了纯电阻, R,串联电路的等效复阻抗变成了纯电阻,端电 压与端电流同相, 压与端电流同相,这时就称电路发生了串联谐 振。
【例21-2】
串联谐振回路的谐振频率f =800kHz,回路电阻R 串联谐振回路的谐振频率f0=800kHz,回路电阻R =10Ω,要求回路的通频带△ 104Hz, =10Ω,要求回路的通频带△f= 104Hz,试求回路的 品质因数Q 电感L和电容C 品质因数Q、电感L和电容C。
解:
因为 所以
L=
【由于Q = 100>>1,所以式(3.66) 成立。 21-4】 在下图所示电路中,已知L 在下图所示电路中,已知L
= 100 H,C = 100 pF,回路品质因数Q 100,电源电压即端电压U pF,回路品质因数Q = 100,电源电压即端电压U = V,回路已对电源频率谐振。试求:( :(1 10 V,回路已对电源频率谐振。试求:(1)谐振频 f0;( ;(2 总电流I ;(3 支路电流I ;(4 率f0;(2)总电流I0;(3)支路电流IC0、IL0;(4) 电阻R 电阻R。
1 时,并联电路 wC
可见,当 wL =
的等效阻抗是一个纯电阻,这时就称电 路发生了并联谐振。
并联谐振电路的谐振条件为: 并联谐振电路的谐振条件为:
w = w0 = 1 LC
注意:
上式成立的条件是R 上式成立的条件是R <<
L C
,此时电路的品
质因数Q>>1 在电子技术中使用的并联谐振电路, 质因数Q>>1。在电子技术中使用的并联谐振电路, 通常都满足Q>>1的条件, 通常都满足Q>>1的条件,因此并联谐振条件就满 足。这说明回路的品质因数Q>>1时,并联谐振回 这说明回路的品质因数Q>>1 路的谐振频率就和串联谐振回路的谐振批女近似相 等。 二、并联谐振电路的特点 电路的导纳最小或接近最小( (1)电路的导纳最小或接近最小(阻抗最大或 接近最大),电路为纯电阻性。 ),电路为纯电阻性 接近最大),电路为纯电阻性。
L ρ C = Q= = R R
200 × 10 6 400 × 10 12 = 70 7 10
所以通频带
f 0 563 × 10 3 f = = = 7 96 kHz Q 70 7
10.4 RL-C并联谐振电路 并联谐振电路
一、谐振条件 右图所示是电感线圈 和电容器并联的电路模型。 和电容器并联的电路模型。 电路的等效复阻抗为
【例21-1】
电路如下图所示。已知u =10sin(wt) 电路如下图所示。已知uS(t)=10sin(wt)V。求: 频率w为何值时,电路发生谐振。( 。(2 (1)频率w为何值时,电路发生谐振。(2)电路谐振 为何值。( 。(3 通频带△ 时,UL和UC为何值。(3)通频带△f。
解: (1)电压源的角频率应为
三、频率特性 定义: 定义: 谐振回路中,电流和电压随频率变化的特性, 谐振回路中,电流和电压随频率变化的特性,称 为频率特性。 为频率特性。 回路电流
I=
U 1 R + j( wL j(wL ) wC
U R 2 + ( wL 1 2 ) wC
电流有效值为
I=
谐振曲线: 谐振曲线: 当电源电压U及元件参数R 当电源电压U及元件参数R、L、C都不改变时,由 都不改变时, 式上式可作出电流幅值(有效值)随频率变化的曲线, 式上式可作出电流幅值(有效值)随频率变化的曲线, 如下图所示。 如下图所示。
【例21-3】
200μH、 pF及 10Ω组成的串 由L = 200μH、C = 400 pF及R = 10Ω组成的串 联回路,试求其通频带△ 联回路,试求其通频带△f。
解:
f0 = 1 2 π LC = 1 2 × 3 14 × 200 × 10 6 × 400 × 10 12 = 563 × 10 3 Hz = 563 kH z
Z = ( R + j wL) //
( R + j wL) ( j/ wC ) 1 = j wC R + j( wL 1 / wC )
由于电感线圈中R一般很小,故下面算式一般能成立: 由于电感线圈中R一般很小,故下面算式一般能成立:
R L C
于是可以得到
Z≈
L/C 1 R + j( wL ) wC
注意:
在无线电技术方面, 在无线电技术方面,正是利用串联谐振的这一特 将微弱的信号电压输入到串联谐振回路后, 点,将微弱的信号电压输入到串联谐振回路后,在电 感或电容两端可以得到一个比输入信号电压大许多倍 的电压,这是十分有利的。但在电力系统中, 的电压,这是十分有利的。但在电力系统中,由于电 源电压比较高, 源电压比较高,如果电路在接近串联谐振的情况下工 在电感或电容两端将出现过电压, 作,在电感或电容两端将出现过电压,引起电气设备 的损坏。所以在电力系统中必须适当选择电路参数L 的损坏。所以在电力系统中必须适当选择电路参数L 以避免发生谐振现象。 和C,以避免发生谐振现象。
1 ρ = w0 L = w0 C L C
二、谐振时的电压和电流 谐振时的电流: 谐振时的电流:
US US I= = Z R
可见谐振时 电路中电流最大, 电路中电流最大, 且与电压源电压 同相。 同相。这就是收 音机选择节目的 原理。 原理。
有效值为
U I= Z
谐振时的电压: 谐振时的电压: 电阻上电压
相关文档
最新文档