交流電串并聯(lián)諧振

1、現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第1頁，共66頁 2.4 正弦交流電路的頻率特性正弦交流電路的頻率特性2.4.1 2.4.1 諧振現(xiàn)象諧振現(xiàn)象2.4.2 2.4.2 網(wǎng)絡(luò)的頻率特性網(wǎng)絡(luò)的頻率特性 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第2頁，共66頁 含有電感和電容的電路，如果無功功率得到完全補(bǔ)含有電感和電容的電路，如果無功功率得到完全補(bǔ)償，使電路的功率因數(shù)等于償，使電路的功率因數(shù)等于1，即：，即：u、 i 同相，便稱同相，便稱此電路處于諧振狀態(tài)。此電路處于諧振狀態(tài)。諧振諧振串聯(lián)諧振：串聯(lián)諧振：L 與與 C 串聯(lián)時(shí)串聯(lián)時(shí) u、i 同相同相并聯(lián)諧振：并聯(lián)諧振：L 與與 C 并聯(lián)時(shí)并聯(lián)時(shí) u、i 同相同相 諧振電路在無線電工程、電子測量技術(shù)等

2、許多電路中應(yīng)用非常廣泛諧振電路在無線電工程、電子測量技術(shù)等許多電路中應(yīng)用非常廣泛。諧振概念諧振概念：2.4.1 2.4.1 諧振現(xiàn)象諧振現(xiàn)象現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第3頁，共66頁（一）串聯(lián)諧振（一）串聯(lián)諧振RXXtgXXRZXXjRZCLCLCL122串聯(lián)諧振的條件串聯(lián)諧振的條件CURLCURULUI串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路IU、 同相同相若令：若令：CLXX 0則：則：諧振諧振CLXX 串聯(lián)諧振的條件是：串聯(lián)諧振的條件是：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第4頁，共66頁fCCXfLLXCL211 2諧振頻率諧振頻率： ofCL001CLXX LC10LCf210現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第5頁，共66頁串聯(lián)諧振的特點(diǎn)串聯(lián)諧振的特點(diǎn)RX

3、XRZZCL22minCLXX 01RXXtgCLU、I 同相同相 RXXCL 當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)RIUXIUXIUCCLL000 當(dāng)電源電壓一定時(shí)：當(dāng)電源電壓一定時(shí)：RUIIImax0UC 、UL將大于將大于電源電壓電源電壓U現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第6頁，共66頁注：串聯(lián)諧振也被稱為注：串聯(lián)諧振也被稱為電壓諧振電壓諧振當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，RXRXCL 、UUUCLRUI 0諧振時(shí)：諧振時(shí)：URXXRUXIUURXXRUXIUCCCCLLLL00LUCUIUURCLXX、現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第7頁，共66頁品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù) - - Q 值值 定義：定義：電路處于串聯(lián)諧振時(shí)，電感或電容上的電路處于串聯(lián)諧振時(shí)，電感或電容上的電壓和

4、總電壓之比。電壓和總電壓之比。UCRURXUURLURXUCCLL001諧振時(shí)諧振時(shí):RCRLUUUUQCL001在諧振狀態(tài)下在諧振狀態(tài)下, ,若若 RXL、RXC ，Q 則體現(xiàn)了電容則體現(xiàn)了電容或電感上電壓比電源電壓高出的倍數(shù)。或電感上電壓比電源電壓高出的倍數(shù)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第8頁，共66頁串聯(lián)諧振特性曲線串聯(lián)諧振特性曲線0I0f20I1f2ffIRUI 0諧振電流諧振電流:0f諧振頻率諧振頻率下限截止頻率下限截止頻率上限截止頻率上限截止頻率1221fffff通頻帶通頻帶現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第9頁，共66頁0關(guān)于諧振曲線的討論關(guān)于諧振曲線的討論0II(a) 不變，不變，00I變化。變化。(b) 不變，

5、不變， 變化。變化。00I(c) 不變不變， f變化。變化。00I不變，不變，01020II00II現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第10頁，共66頁 諧振曲線討論（之一）諧振曲線討論（之一）結(jié)論結(jié)論：R的變化引起的變化引起 變化變化 R愈大愈大 愈小（選擇性差）愈?。ㄟx擇性差） R愈小愈小 愈大（選擇性好）愈大（選擇性好）0I0I0IR小小R大大不變，不變，00I變化。變化。0I0I0I 0（1） 不變不變 即即LC不變不變LC10RUI 0R改變改變0I改變改變（2）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第11頁，共66頁0I分析：分析：（1） 不變不變 即即U、R不變不變RUI 0（2） 改變改變0LC10結(jié)論結(jié)論：LC 的變化引起

6、的變化引起 變化變化 L 變小或變小或 C 變小變小 變大變大 L 變大或變大或 C 變大變大 變小變小000 諧振曲線分析（之二）諧振曲線分析（之二）01020II不變，不變， 變化。變化。00I現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第12頁，共66頁 諧振曲線分析（之三）諧振曲線分析（之三）結(jié)論結(jié)論：Q愈大，帶寬愈小，曲線愈尖銳。愈大，帶寬愈小，曲線愈尖銳。 Q愈小，帶寬愈大，曲線愈平坦。愈小，帶寬愈大，曲線愈平坦。QfLRf02分析：分析：0I不變，不變， 不變不變0（LC）、）、R 不變，不變，f12如何改變?nèi)绾胃淖兓蚧?？可以可以證明證明：可見可見 與與 Q 相關(guān)。相關(guān)。f不變，不變， f變化。變化。0I0不變

7、，不變，00II20I現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第13頁，共66頁串聯(lián)諧振時(shí)的阻抗特性串聯(lián)諧振時(shí)的阻抗特性0LRC1容性容性0感性感性022)(CLCLXXRXXjRZZ現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第14頁，共66頁串聯(lián)諧振應(yīng)用舉例串聯(lián)諧振應(yīng)用舉例收音機(jī)接收電路收音機(jī)接收電路1L2L3LC:1L接收天線接收天線2L與與 C ：組成諧振電路：組成諧振電路:3L將選擇的信號(hào)送將選擇的信號(hào)送 接收電路接收電路現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第15頁，共66頁1L2L3LC 組成諧振電路組成諧振電路 ，選出所需的電臺(tái)。，選出所需的電臺(tái)。C - 2L321 eee、 為來自為來自3個(gè)不同電臺(tái)（不同頻率）個(gè)不同電臺(tái)（不同頻率）的電動(dòng)勢信號(hào)；的電動(dòng)勢信號(hào)；

8、C2L2LR1e2e3e現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第16頁，共66頁已知：已知：20 H25022LRL、kHz8201fC2L2LR1e2e3e解：解：CLf21212221LfCpF150102501082021623C如果要收聽如果要收聽 節(jié)目，節(jié)目，C 應(yīng)配多大？應(yīng)配多大？1e問題問題（一）：（一）：結(jié)論：結(jié)論：當(dāng)當(dāng) C 調(diào)到調(diào)到 150 pF 時(shí)，可收聽到時(shí)，可收聽到 的節(jié)目。的節(jié)目。1e現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第17頁，共66頁 問題問題（二）：（二）：1e信號(hào)在電路中產(chǎn)生的電流信號(hào)在電路中產(chǎn)生的電流 有多有多大？在大？在 C 上上 產(chǎn)生的電壓是多少？產(chǎn)生的電壓是多少？V101E pF1501C H2502

9、L 20 2LR已知：已知：kHz8201f解答：解答：129021fLXXCLA5 . 021REIV645C1CIXU所希望的信號(hào)所希望的信號(hào)被放大了被放大了64倍倍。C2L2LR1e2e3e現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第18頁，共66頁（二）（二） 并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) 領(lǐng)先于領(lǐng)先于 (容性容性)CLII IUUILICI諧振諧振當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) CLII 0ILIUCI理想情況理想情況：純電感和純電容：純電感和純電容 并聯(lián)。并聯(lián)。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) 落后于落后于 (感性感性)CLII IUULICIIIULICI現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第19頁，共66頁CLXUXUCL001LC10LCf210或或LIUCICLII

10、理想情況下并聯(lián)諧振條件理想情況下并聯(lián)諧振條件IULICI現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第20頁，共66頁CCLRLjXUIjXRUIURLICIICRLIII非理想情況下的并聯(lián)諧振非理想情況下的并聯(lián)諧振UIRLICIUI、同相時(shí)則諧振同相時(shí)則諧振現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第21頁，共66頁UCLRLjLRRUCjLjRI22221虛部虛部實(shí)部實(shí)部則則 、 同相同相 IU虛部虛部=0。諧振條件諧振條件：UIRLICICRLIII非理想情況下并聯(lián)諧振條件非理想情況下并聯(lián)諧振條件現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第22頁，共66頁002020CLRL由上式虛部由上式虛部并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率UIRLICI2220111RLCLCLRLC得：得：LC1

11、0LCf210或或02RLC當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第23頁，共66頁并聯(lián)諧振的特點(diǎn)并聯(lián)諧振的特點(diǎn) I同相同相。U、 電路的總阻抗最大。電路的總阻抗最大。 定性分析定性分析:IULICIZULICI理想情況下理想情況下諧振時(shí)：諧振時(shí)：max0ZZI現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第24頁，共66頁總阻抗總阻抗：RCLZZmax0UCLRLjLRRI2222得：得：IRCLU2201LRLC代入代入并聯(lián)諧振電路總阻抗的大小并聯(lián)諧振電路總阻抗的大小UIRLICI諧振時(shí)虛部為零諧振時(shí)虛部為零,即即:ULRRI22什么性質(zhì)什么性質(zhì)?現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第25頁，共66頁并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振電路總阻抗：電路總阻抗：RCLZZmax00

12、Z0R當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)UU所以，純電感和純電容并聯(lián)諧振時(shí)，相當(dāng)于斷路。所以，純電感和純電容并聯(lián)諧振時(shí)，相當(dāng)于斷路。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第26頁，共66頁 minIZUIO外加電壓一定時(shí)，外加電壓一定時(shí)，總電流最小?？傠娏髯钚?。IULICIZOUSImaxZZOOSOZIUUmax外加恒流源外加恒流源 時(shí)，時(shí)，輸出電壓最大。輸出電壓最大。SI現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第27頁，共66頁并聯(lián)支路中的電流可能比總電流大。并聯(lián)支路中的電流可能比總電流大。支路電流可能支路電流可能大于總電流大于總電流URLICII 電流諧振電流諧振UIRLICI現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第28頁，共66頁UIRLICI 0CUXUICC 0ULRCZUIRLIIQ

13、C0IIC則則RL 0若若品質(zhì)因素品質(zhì)因素-Q : :Q為支路電流和總電流之比。為支路電流和總電流之比。當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), RL 0CRLIICR1 0Q現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第29頁，共66頁并聯(lián)諧振特性曲線并聯(lián)諧振特性曲線ZI0容性容性感性感性思考思考為什么？為什么？現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第30頁，共66頁并聯(lián)諧振應(yīng)用舉例并聯(lián)諧振應(yīng)用舉例beLCiOrRRUUA/CCVCRLR0UiUCR替代后，在諧振替代后，在諧振頻率下放大倍數(shù)頻率下放大倍數(shù)將提高。該種頻將提高。該種頻率的信號(hào)得到較率的信號(hào)得到較好的放大，起到好的放大，起到選頻作用。選頻作用?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第31頁，共66頁消除噪聲消除噪聲 （三）（三）諧振濾波器

14、諧振濾波器：利用諧振進(jìn)行選頻、濾波利用諧振進(jìn)行選頻、濾波LCffN210令濾波器工作在噪聲頻率下，令濾波器工作在噪聲頻率下，即可消除噪聲。即可消除噪聲。-信號(hào)源信號(hào)源)sSE（-噪聲源噪聲源）（NNE已知：已知：接接收收網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)SENEr諧振諧振濾波器濾波器現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第32頁，共66頁提取信號(hào)提取信號(hào)SENEr接接收收網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)諧振諧振濾波器濾波器LCffS210令濾波器工作在令濾波器工作在 頻率下，頻率下，信號(hào)即可順利地到達(dá)接收網(wǎng)信號(hào)即可順利地到達(dá)接收網(wǎng)絡(luò)。絡(luò)。Sf-信號(hào)源信號(hào)源)sSE（-噪聲源噪聲源）（NNE已知：已知：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第33頁，共66頁分析（一）：抑制噪聲分析（一）：抑制噪

15、聲I2LICI信號(hào)被濾掉了信號(hào)被濾掉了NENfCLf201令：令：消除噪聲消除噪聲提取信號(hào)提取信號(hào)C接接收收網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)SENE諧振諧振濾波器濾波器1L2L現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第34頁，共66頁分析（二）：分析（二）： 提取信號(hào)提取信號(hào)CUCI1LUNSff 1LI接接收收網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)SENE諧振諧振濾波器濾波器1L2LC則信號(hào)全部降落在接收網(wǎng)絡(luò)上。則信號(hào)全部降落在接收網(wǎng)絡(luò)上。01LCUU若在若在Sf下下CU1LI2LICI1LU2LI現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第35頁，共66頁諧振諧振濾波器濾波器接接收收網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)SENENSff 如果如果 ，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)如何設(shè)計(jì)？網(wǎng)絡(luò)應(yīng)如何設(shè)計(jì)？?思考題：思考題：用上頁類似的形式用上頁類似的形

16、式，設(shè)計(jì)消除噪聲、，設(shè)計(jì)消除噪聲、提取信號(hào)的電路。提取信號(hào)的電路?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第36頁，共66頁 教學(xué)目的：讓學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，使學(xué)生對各種形式的濾波器的構(gòu)成，功能能夠理解，并會(huì)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算 教學(xué)安排：(1)舊課復(fù)習(xí)（5分鐘）(2)新課講解（80分鐘）(3)新課小結(jié)（5分鐘） 作業(yè)：課本習(xí)題現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第37頁，共66頁3.4.2 網(wǎng)絡(luò)的頻率特性網(wǎng)絡(luò)的頻率特性概念：網(wǎng)絡(luò)的頻率特性是研究正弦交流電路中電壓、概念：網(wǎng)絡(luò)的頻率特性是研究正弦交流電路中電壓、 電流隨頻率變化的關(guān)系（即頻域分析）。電流隨頻率變化的關(guān)系（即頻域分析）。 iUoU網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò)iOUUjT)（傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的

17、是第38頁，共66頁（一）低通濾波器（一）低通濾波器網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)：網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)：ioUUjTOUiURC濾掉輸入信號(hào)的高頻成分，通過低頻成分。濾掉輸入信號(hào)的高頻成分，通過低頻成分。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第39頁，共66頁 TCRtgRCRCjCjRCjUUjTio12111111OUiURC低通濾波器的傳遞函數(shù)低通濾波器的傳遞函數(shù)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第40頁，共66頁 TRCtgRCjT1211 - 幅頻特性幅頻特性：輸出與輸入有效值：輸出與輸入有效值 之比與頻率的關(guān)系。之比與頻率的關(guān)系。 T其中：其中： 相頻特性相頻特性：輸出與輸入相位差：輸出與輸入相位差與頻率的關(guān)系。與頻率的關(guān)系。-現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第41頁

18、，共66頁 9045相頻特性相頻特性RCtg1）（幅頻特性幅頻特性211RCT）（低通濾波器的頻率特性低通濾波器的頻率特性1 RC1021 T000 ：帶寬：帶寬0：截止頻率：截止頻率現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第42頁，共66頁分貝數(shù)定義：分貝數(shù)定義：ioioPPUUdBlg10lg20半功率點(diǎn)：半功率點(diǎn)：當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，21ioUU21ioPPdB321lg20lg20ioUU0幅頻特性上幅頻特性上時(shí)，叫時(shí)，叫 3 分貝點(diǎn)或半功率點(diǎn)分貝點(diǎn)或半功率點(diǎn)。1RC1021 T三分三分貝點(diǎn)貝點(diǎn)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第43頁，共66頁OUiURC（二）高通濾波器（二）高通濾波器濾掉輸入信號(hào)的低頻成分，通過高頻成分。濾掉輸入信號(hào)的

19、低頻成分，通過高頻成分。高通濾波器的傳遞函數(shù)高通濾波器的傳遞函數(shù)CRjCRjCjRRUUjTio11現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第44頁，共66頁高通濾波器的頻率特性高通濾波器的頻率特性CRjCRjCjRRUUjTio11幅頻特性幅頻特性21RCCRT）（相頻特性相頻特性RCtg190）（1RC1021 T 9045現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第45頁，共66頁（三）帶通濾波器（三）帶通濾波器RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)iUoURRCjXCjXiuouRCRCcccjXRjXRCRZjXRCRZ)()()(21并聯(lián)串聯(lián)令：令：ioUZZZU212則：則：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第46頁，共66頁iOUZZZU212icccccOUjXRj

20、XRjXRjXRjXRU)()()(iUCRCRj)1(31現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第47頁，共66頁iOUCRCRjU)1(3122)1(31)(CRCRjT幅頻特性幅頻特性)(jTRC1031現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第48頁，共66頁（四）帶阻濾波器（四）帶阻濾波器雙雙T網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)iuouRRR2CC2CCRjCRCRUUjTiO41 1)(22）（）（RC10)(jT1現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第49頁，共66頁1/10 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 對于變化范圍較寬的頻率特性，為展對于變

21、化范圍較寬的頻率特性，為展 寬視野，其特性寬視野，其特性橫坐標(biāo)改用橫坐標(biāo)改用對數(shù)坐標(biāo)，表示歸一對數(shù)坐標(biāo)，表示歸一 化頻率化頻率；縱坐標(biāo)用（；縱坐標(biāo)用（分分貝貝）表示，便構(gòu)成波特圖。）表示，便構(gòu)成波特圖。波特圖波特圖現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第50頁，共66頁用歸一化頻率表示的低通濾波器傳遞函數(shù)用歸一化頻率表示的低通濾波器傳遞函數(shù)令：令：RC10012011tgjT則：則：RCtgRCjT1211知：知：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第51頁，共66頁低通波特圖低通波特圖2011jT-20dB/十倍頻十倍頻幅頻特性幅頻特性402101101102102030jT（分貝）（分貝）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第52頁，共66頁 902101101

22、10210450001tg相頻特性相頻特性現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第53頁，共66頁傳遞傳遞函數(shù)函數(shù)典型的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)典型的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)低通低通高通高通帶通帶通帶阻帶阻電路電路舉例舉例RCjjT110OUiURCjjT1110OUiUCLjRCLjjT1112OUiUCLjRRjT112OUiU現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第54頁，共66頁濾波器應(yīng)用舉例（之一）濾波器應(yīng)用舉例（之一）整流濾波整流濾波低通低通1u2uou+DCRou1u2u_現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第55頁，共66頁濾波器應(yīng)用舉例（之二）濾波器應(yīng)用舉例（之二）高通高通uAuBCCVCRLR0UiUABOUAUABRL現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第56頁，共66頁關(guān)于濾波器質(zhì)量的評價(jià)關(guān)于濾波器質(zhì)量的評價(jià)以低通濾波器為例以低通濾波器為例:希望：希望：通帶內(nèi)盡可能平坦，通帶內(nèi)盡可能平坦， 過渡帶盡可能窄。過渡帶盡可能窄。 T通帶通帶阻帶阻帶過渡帶過渡帶3分貝點(diǎn)分貝點(diǎn)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第57頁，共66頁改進(jìn)方法舉例改進(jìn)方法舉例（二階電路）（二階電路）（一階電路）（一階電路）（有源濾波器）（有源濾波器）-+現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第58頁，共66頁正弦交流電路綜合舉例正弦交流電路綜合舉例例例1、 移相電路移相電路RR1RCiUoU已知：已知：02 UUiiU當(dāng)當(dāng) R1由由 0 變化時(shí)，變化時(shí)，oU的有效值不變，的有效值不變，oU和和 之間的相位差由之間的相位差由 變化變化 180 o