交流电的串并联谐振ppt课件

1、 教学目的：让学生掌握谐振的概念，串并联谐振的条件，以及质量要素的概念，谐振在实践中的运用。 教学安排： (1)旧课复习5分钟 (2)新课讲解80分钟 (3)新课小结5分钟 作业：课本习题 2.4 正弦交流电路的频率特性正弦交流电路的频率特性2.4.1 2.4.1 谐振景象谐振景象2.4.2 2.4.2 网络的频率特性网络的频率特性 含有电感和电容的电路，假设无功功率得到完全含有电感和电容的电路，假设无功功率得到完全补偿，使电路的功率因数等于补偿，使电路的功率因数等于1，即：，即：u、 i 同相，同相，便称此电路处于谐振形状。便称此电路处于谐振形状。谐振谐振串联谐振：串联谐振：L L 与与 C

2、 C 串联时串联时 u u、i i 同相同相并联谐振：并联谐振：L L 与与 C C 并联时并联时 u u、i i 同相同相 谐振电路在无线电工程、电子丈量技术等许多电路中运谐振电路在无线电工程、电子丈量技术等许多电路中运用非常广泛。用非常广泛。谐振概念：谐振概念：2.4.1 2.4.1 谐振景象谐振景象一串联谐振一串联谐振RXXtgXXRZXXjRZCLCLCL122串联谐振的条件串联谐振的条件CURLCURULUI串联谐振电路串联谐振电路IU、 同相同相假设令：假设令：CLXX 0那么：那么：谐振谐振CLXX 串联谐振的条件是：串联谐振的条件是：fCCXfLLXCL211 2谐振频率：谐振

3、频率： ofCL001CLXX LC10LCf210串联谐振的特点串联谐振的特点RXXRZZCL22minCLXX 01RXXtgCLU、I 同相同相 RXXCL 当当时时RIUXIUXIUCCLL000 当电源电压一定时：当电源电压一定时：RUIIImax0UC 、UL将大将大于于电源电压电源电压U注：串联谐振也被称为电压谐振注：串联谐振也被称为电压谐振当当 时，时，RXRXCL 、UUUCLRUI 0谐振时：谐振时：URXXRUXIUURXXRUXIUCCCCLLLL00LUCUIUURCLXX、质量因数质量因数 - Q - Q 值值 定义：电路处于串联谐振时，电感或电容上的定义：电路处于

4、串联谐振时，电感或电容上的电压和总电压之比。电压和总电压之比。UCRURXUURLURXUCCLL001谐振时谐振时:RCRLUUUUQCL001在谐振形状下在谐振形状下, ,假设假设 RXLRXL、RXC RXC ，Q Q 那么表达那么表达了电容或电感上电压比电源电压高出的倍数。了电容或电感上电压比电源电压高出的倍数。串联谐振特性曲线串联谐振特性曲线0I0f20I1f2ffIRUI 0谐振电流谐振电流:0f谐振频率谐振频率下限截止频率下限截止频率上限截止频率上限截止频率1221fffff通频带通频带0关于谐振曲线的讨论关于谐振曲线的讨论0II(a) 不变，不变，00I变化。变化。(b) 不变

5、，不变， 变化。变化。00I(c) 不变，不变， f变化。变化。00I不变，不变，01020II00II 谐振曲线讨论之一谐振曲线讨论之一结论：结论：R的变化引起的变化引起 变化变化 R愈大愈大 愈小选择性差愈小选择性差 R愈小愈小 愈大选择性好愈大选择性好0I0I0IR小小R大大不变，不变，00I变化。变化。0I0I0I 01 不变不变 即即LC不变不变LC10RUI 0R改动改动0I改动改动20I分析：分析：1 不变不变 即即U、R不变不变RUI 02 改动改动0LC10结论：结论：LC 的变化引起的变化引起 变化变化 L 变小或变小或 C 变小变小 变大变大 L 变大或变大或 C 变大变

6、大 变小变小000 谐振曲线分析之二谐振曲线分析之二01020II不变，不变， 变化。变化。00I 谐振曲线分析之三谐振曲线分析之三结论：结论：Q愈大，带宽愈小，曲线愈锋利。愈大，带宽愈小，曲线愈锋利。 Q愈小，带宽愈大，曲线愈平坦。愈小，带宽愈大，曲线愈平坦。QfLRf02分析：分析：0I不变，不变， 不变不变0LC、R 不变，不变，f12如何改动如何改动或或？可以可以证明：证明：可见可见 与与 Q 相关。相关。f不变，不变， f变化。变化。0I0不变，不变，00II20I串联谐振时的阻抗特性串联谐振时的阻抗特性0LRC1容性容性0感性感性022)(CLCLXXRXXjRZZ串联谐振运用举例

7、串联谐振运用举例收音机接纳电路收音机接纳电路1L2L3LC:1L接纳天线接纳天线2L与与 C ：组成谐振电路：组成谐振电路:3L将选择的信号送将选择的信号送 接纳电路接纳电路1L2L3LC 组成谐振电路组成谐振电路 ，选出所需的电台。，选出所需的电台。C - 2L321 eee、 为来自为来自3个不同电台不同频率个不同电台不同频率的电动势信号；的电动势信号；C2L2LR1e2e3e知：知：20 H25022LRL、kHz8201fC2L2LR1e2e3e解：解：CLf21212221LfCpF150102501082021623C假设要收听假设要收听 节目，节目，C 应配多大？应配多大？1e问

8、题一：问题一：结论：当结论：当 C 调到调到 150 pF 时，可收听到时，可收听到 的节目。的节目。1e 问题二：问题二：1e信号在电路中产生的电流信号在电路中产生的电流 有多有多大？在大？在 C 上上 产生的电压是多少？产生的电压是多少？V101E pF1501C H2502L 20 2LR知：知：kHz8201f解答：解答：129021fLXXCLA5 . 021REIV645C1CIXU所希望的信号所希望的信号被放大了被放大了64倍。倍。C2L2LR1e2e3e二二 并联谐振并联谐振当当 时时 领先于领先于 (容性容性)CLII IUUILICI谐振谐振当当 时时 CLII 0ILIU

9、CI理想情况：纯电感和纯电容理想情况：纯电感和纯电容 并联。并联。 当当 时时 落后于落后于 (感性感性)CLII IUULICIIIULICICLXUXUCL001LC10LCf210或或LIUCICLII 理想情况下并联谐振条件理想情况下并联谐振条件IULICICCLRLjXUIjXRUIURLICIICRLIII非理想情况下的并联谐振非理想情况下的并联谐振UIRLICIUI、同相时那么谐振同相时那么谐振UCLRLjLRRUCjLjRI22221虚部虚部实部实部那么那么 、 同相同相 IU虚部虚部=0。谐振条件：谐振条件：UIRLICICRLIII非理想情况下并联谐振条件非理想情况下并联谐

10、振条件002020CLRL由上式虚部由上式虚部并联谐振频率并联谐振频率UIRLICI2220111RLCLCLRLC得：得：LC10LCf210或或02RLC当当 时时 并联谐振的特点并联谐振的特点 I同相。同相。U、 电路的总阻抗最大。电路的总阻抗最大。 定性分析定性分析:IULICIZULICI理想情况下理想情况下谐振时：谐振时：max0ZZI总阻抗：总阻抗：RCLZZmax0UCLRLjLRRI2222得：得：IRCLU2201LRLC代入代入并联谐振电路总阻抗的大小并联谐振电路总阻抗的大小UIRLICI谐振时虚部为零谐振时虚部为零,即即:ULRRI22什么性质什么性质?并联谐振并联谐振

11、电路总阻抗：电路总阻抗：RCLZZmax00Z0R当当时时UU所以，纯电感和纯电容并联谐振时，相当于断路。所以，纯电感和纯电容并联谐振时，相当于断路。 minIZUIO外加电压一定时，外加电压一定时，总电流最小。总电流最小。IULICIZOUSImaxZZOOSOZIUUmax外加恒流源外加恒流源 时，时，输出电压最大。输出电压最大。SI并联支路中的电流能够比总电流大。并联支路中的电流能够比总电流大。支路电流能够支路电流能够大于总电流大于总电流URLICII 电流谐振电流谐振UIRLICIUIRLICI 0CUXUICC 0ULRCZUIRLIIQC0IIC那么那么RL 0假设假设质量要素质量

12、要素-Q :-Q :Q为支路电流和总电流之比。为支路电流和总电流之比。当当 时时, RL 0CRLIICR1 0Q并联谐振特性曲线并联谐振特性曲线ZI0容性容性感性感性思索思索为什么？为什么？并联谐振运用举例并联谐振运用举例beLCiOrRRUUA/CCVCRLR0UiUCR替代后，在谐振替代后，在谐振频率下放大倍数频率下放大倍数将提高。该种频将提高。该种频率的信号得到较率的信号得到较好的放大，起到好的放大，起到选频作用。选频作用。消除噪声消除噪声 三谐振滤波器：三谐振滤波器：利用谐振进展选频、滤波利用谐振进展选频、滤波LCffN210令滤波器任务在噪声频率下，令滤波器任务在噪声频率下，即可消

13、除噪声。即可消除噪声。-信号源信号源)sSE（-噪声源噪声源）（NNE知：知：接接收收网网络络SENEr谐振谐振滤波器滤波器提取信号提取信号SENEr接接收收网网络络谐振谐振滤波器滤波器LCffS210令滤波器任务在令滤波器任务在 频率下，频率下，信号即可顺利地到达接纳网信号即可顺利地到达接纳网络。络。Sf-信号源信号源)sSE（-噪声源噪声源）（NNE知：知：分析一：抑制噪声分析一：抑制噪声I2LICI信号被滤掉了信号被滤掉了NENfCLf201令：令：消除噪声消除噪声提取信号提取信号C接接收收网网络络SENE谐振谐振滤波器滤波器1L2L分析二：分析二： 提取信号提取信号CUCI1LUNSf

14、f 1LI接接收收网网络络SENE谐振谐振滤波器滤波器1L2LC那么信号全部降落在接纳网络上。那么信号全部降落在接纳网络上。01LCUU假设在假设在Sf下下CU1LI2LICI1LU2LI谐振谐振滤波器滤波器接接收收网网络络SENENSff 假设假设 ，网络应如何设计？网络应如何设计？?思索题：思索题：用上页类似的方式，用上页类似的方式，设计消除噪声、提设计消除噪声、提取信号的电路。取信号的电路。 教学目的：让学生掌握网络的频率特性，使学生对各种方式的滤波器的构成，功能可以了解，并会进展相关计算 教学安排： (1)旧课复习5分钟 (2)新课讲解80分钟 (3)新课小结5分钟 作业：课本习题3.

15、4.2 网络的频率特性网络的频率特性概念：网络的频率特性是研讨正弦交流电路中电压、概念：网络的频率特性是研讨正弦交流电路中电压、 电流随频率变化的关系即频域分析。电流随频率变化的关系即频域分析。 iUoU网网 络络iOUUjT)（传送函数：传送函数：一低通滤波器一低通滤波器网络的传送函数：网络的传送函数：ioUUjTOUiURC滤掉输入信号的高频成分，经过低频成分。滤掉输入信号的高频成分，经过低频成分。 TCRtgRCRCjCjRCjUUjTio12111111OUiURC低通滤波器的传送函数低通滤波器的传送函数 TRCtgRCjT1211 - 幅频特性：输出与输入有效值幅频特性：输出与输入有

16、效值 之比与频率的关系。之比与频率的关系。 T其中：其中： 相频特性：输出与输入相位差相频特性：输出与输入相位差与频率的关系。与频率的关系。- 9045相频特性相频特性RCtg1）（幅频特性幅频特性211RCT）（低通滤波器的频率特性低通滤波器的频率特性1 RC1021 T000 ：带宽：带宽0：截止频率：截止频率分贝数定义：分贝数定义：ioioPPUUdBlg10lg20半功率点：半功率点：当当 时，时，21ioUU21ioPPdB321lg20lg20ioUU0幅频特性上幅频特性上时，叫时，叫 3 分贝点或半功率点。分贝点或半功率点。1RC1021 T三分三分贝点贝点OUiURC二高通滤波

17、器二高通滤波器滤掉输入信号的低频成分，经过高频成分。滤掉输入信号的低频成分，经过高频成分。高通滤波器的传送函数高通滤波器的传送函数CRjCRjCjRRUUjTio11高通滤波器的频率特性高通滤波器的频率特性CRjCRjCjRRUUjTio11幅频特性幅频特性21RCCRT）（相频特性相频特性RCtg190）（1RC1021 T 9045三带通滤波器三带通滤波器RC 串并联网络串并联网络iUoURRCjXCjXiuouRCRCcccjXRjXRCRZjXRCRZ)()()(21并联串联令：令：ioUZZZU212那么：那么：iOUZZZU212icccccOUjXRjXRjXRjXRjXRU)(

18、)()(iUCRCRj)1(31iOUCRCRjU)1(3122)1(31)(CRCRjT幅频特性幅频特性)(jTRC1031四带阻滤波器四带阻滤波器双双T网络网络iuouRRR2CC2CCRjCRCRUUjTiO41 1)(22）（）（RC10)(jT11/10 1 10 100 .00lg-1 0 1 2 . T Tlg200.001 0.01 0.1 0.707 1 10 100 -60 -40 -20 -3 0 20 40 对于变化范围较宽的频率特性，为展对于变化范围较宽的频率特性，为展 宽视野，宽视野，其特性横坐标改用对数坐标，表示归一其特性横坐标改用对数坐标，表示归一 化频率；纵化

19、频率；纵坐标用分贝表示，便构成波特图。坐标用分贝表示，便构成波特图。波特图波特图用归一化频率表示的低通滤波器传送函数用归一化频率表示的低通滤波器传送函数令：令：RC10012011tgjT那么：那么：RCtgRCjT1211知：知：低通波特图低通波特图2011jT-20dB/十倍频十倍频幅频特性幅频特性402101101102102030jT分贝分贝 90210110110210450001tg相频特性相频特性传送传送函数函数典型的网络函数典型的网络函数低通低通高通高通带通带通带阻带阻电路电路举例举例RCjjT110OUiURCjjT1110OUiUCLjRCLjjT1112OUiUCLjRR

20、jT112OUiU滤波器运用举例之一滤波器运用举例之一整流滤波整流滤波低通低通1u2uou+DC Rou1u2u_滤波器运用举例之二滤波器运用举例之二高通高通uAuBCCVCRLR0UiUABOUAUABRL关于滤波器质量的评价关于滤波器质量的评价以低通滤波器为例以低通滤波器为例:希望：通带内尽能够平坦，希望：通带内尽能够平坦， 过渡带尽能够窄。过渡带尽能够窄。 T通带通带阻带阻带过渡带过渡带3分贝点分贝点改良方法举例改良方法举例二阶电路二阶电路一阶电路一阶电路有源滤波器有源滤波器-+正弦交流电路综合举例正弦交流电路综合举例例例1、 移相电路移相电路RR1RCiUoU知：知：02 UUiiU当当 R1由由 0 变化时，变化时