第6章谐振与频率响应案例.ppt

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第6章 谐振与频率响应 RLC串联电路的谐振及特性 6.1 RLC并联谐振电路及特性 6.2 其他谐振电路 6.3 本章重点 无源 电压超前电流,电路呈感性; 电压滞后电流,电路呈容性 一定条件下,电路的等效电抗 或等效电纳 ,即电压电流同相,电路表现为电阻性。这种现象称为谐振。 谐振 串联谐振:L 与 C 串联时 u、i 同相 并联谐振:L 与 C 并联时 u、i 同相 §6.1 串联电路的谐振 谐振角频率 XL=-XC时,串联谐振 谐振频率 R j? L + _ 仅与电路 参数有关 作业:P168 —6-4,5,6,9 RLC串联电路谐振时的特征 (1) 特性阻抗ρ 谐振时 则此时XL 特性阻抗 单位:Ω (2) 品质因数 Q 谐振时特性阻抗 与电阻 的比值,称之为串联谐振电路的品质因数,即 输入阻抗为纯电阻性,即阻抗Z=R,阻抗|Z|最小 电流I 和电阻电压UR达到最大值 I0=U/R (U一定时) (3) 谐振时, 与 同相 最大值 LC上的电压大小相等,相位相反,二者串联 总电压为零。串联谐振也称电压谐振,即 (4) 谐振时各元件上的电压 + + + _ _ _ R j? L + _ 这时 LC串联的效果之间相当于短路 电压源电压全部加在电阻上: 考查 电容和电感上的 “过电压” 有效值关系: 测量品质因数 当 ?=w0L=1/(w0C )R 时,Q1 UL= UC =QU U 例 某收音机输入回路 L=0.3mH,R=10?,为收到中央电台560kHz信号,求:(1)调谐电容C值; (2)如输入电压为1.5?V,求谐振电流和此时的电容电压。 解 + _ L C R u (5) 谐振时的功率 P=UIcos?=UI=RI02=U2/R, 电源向电路输送电阻消耗的功率,电阻功率达最大。 电源不向电路输送无功。电感中的功率与电容中的功率大小相等,互相补偿,彼此进行能量交换。 P 补偿 注意 + _ L C R us (6) 品质因数与储能的关系 设 则 电场能量 磁场能量 电感和电容能量按周期规律变化,最大值相等 WLm=WCm。L、C的电场能量和磁场能量作周期振荡性的交换,而不与电源进行能量交换。 表明 总能量是不随时间变化的常量 电感、电容储能的总值与品质因数的关系: Q是反映谐振回路中电磁振荡程度的量,Q越大,电路中存储的总能量就越大,相对而言,维持振荡所消耗的能量愈小,振荡程度越剧烈,则振荡电路的“品质”愈好。一般在要求发生谐振的回路中希望尽可能提高Q值。 谐振时电路存储的电磁能量总和 电路在一个周期内消耗的能量 (7) 频率特性 当电路中激励源的频率变化时,电路中的感抗、容抗将跟随频率变化,从而导致电路的工作状态亦跟随频率变化。这种现象称为电路的频率特性,又称频率响应。 A.阻抗的频率特性 容 性 感性 电阻性 幅频特性 相频特性 |Z(w)|-频率响应曲线 X(?) |Z(?)| XL(?) XC(?) R ?0 ? o ?Z (?) ?0 ? o –?/2 ?/2 B. 的频率响应 为比较不同谐振回路,令 横坐标采取相对于谐振点的比值,便于比较不同RLC参数下电路的性能 考虑到谐振电流最大,将电流归一化处理 归一化电流 相对频率 归一化电流的幅频特性 Q=10 Q=1 Q=0.5 1 0 ? 归一化电流 在谐振点响应出现峰值。当?偏离?0时,输出下降,即串联谐振电路对不同频率信号有不同 谐振电路具有选择性 表明 谐振电路的选择性与品质因数Q的关系 Q越大,谐振曲线越陡。电路对非谐振频率的信号具有强的抑制能力,所以选择性好。因此Q是反映谐振电路“选择性”一个重要指标。 Q=10 Q=1 Q=0.5 1 0 ? 的响应:对谐振频率的信号响应最大,而对远离谐振频率的信号具有抑制能力。这种对不同频率信号的选择能力称为频率“选择性”。 谐振电路的有效工作频段 半功率点 电路消耗频率恰好是谐振时最大功率一半时对应的频率点。 1 ?2 ?1 0.707 Q=10 Q=1 Q=0.5 0 ? 半功率点 令 可得 解得 (a)通频带(带宽)决定了谐振电路允许通过信号的频率范围。是比较和设计谐振电路的指标。 通频带 或 带宽 (b)带宽越窄,选择性越好 由于 故 由于 ,而ω是真正的频率 1 ?2 ?1 0.707 0 ? 半功率点 信号只有在两个半功率点之间输出最大 串联谐振应用举例 收音机接收电路 接收天线 与 C :组成谐振电路 将选择的信号送 接收电路

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