串联和并联谐振电路谐振时的特性讲稿.ppt

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1、关于串联和并联谐振电路谐振时的特性第一页，讲稿共三十页哦 一、RLC串联谐振电路 图1215(a)表示RLC串联谐振电路，图1215(b)是它的相量模型，由此求出驱动点阻抗为 图1215第二页，讲稿共三十页哦)2412()(| )j (|)1( j)j (ZCLRIUZ 其中 )2612()1arctan()()2512()1(| )j (|22RCLCLRZ第三页，讲稿共三十页哦 当 ，即 时，()=0, 01CLLC1 )2712(10LC 式中 称为电路的固有谐振角频率。LC10 |Z(j)|=R,电压u(t)与电流i(t)相位相同，电路发生谐振。也就是说，RLC串联电路的谐振条件为 1

2、. 谐振条件第四页，讲稿共三十页哦)2812(210LCff 当电路激励信号的频率与谐振频率相同时，电路发生谐振。用频率表示的谐振条件为 RLC串联电路在谐振时的感抗和容抗在量值上相等，其值称为谐振电路的特性阻抗，用表示，即 )2912(100CLCL第五页，讲稿共三十页哦 2. 谐振时的电压和电流 RLC串联电路发生谐振时，阻抗的电抗分量 0100CLX)3012()j (0 RZ 导致 即阻抗呈现纯电阻，达到最小值。若在端口上外加电压源，则电路谐振时的电流为 )3112(SSRUZUI第六页，讲稿共三十页哦 电流达到最大值，且与电压源电压同相。此时电阻、电感和电容上的电压分别为 )328

3、(SRUIRU)338(jjjSS00LUQURLILU)348(j1jj1SS00CUQURCICU 其中 )358(100RRCRLQ Q 称为串联谐振电路的品质因数，其数值等于谐振时感抗或容抗与电阻之比。第七页，讲稿共三十页哦 从以上各式和相量图可见，谐振时电阻电压与电压源电压相等， 。电感电压与电容电压之和为零，即 ，且电感电压或电容电压的幅度为电压源电压幅度的Q倍，即 SRUU0CLUU)3612(RSCLQUQUUU 若Q1,则UL=UCUS=UR，这种串联电路的谐振称为电压谐振。图1216第八页，讲稿共三十页哦 3.谐振时的功率和能量 设电压源电压为uS(t)=Usmcos(0t

4、)，则： )90cos()()()90cos()()cos()cos()(0SmLC0SmL0Sm0mtQUtututQUtutRUtIti第九页，讲稿共三十页哦 由于 u(t)=uL(t)+uC(t)=0 (相当于虚短路)，任何时刻进入电感和电容的总瞬时功率为零，即pL(t)+pC(t)=0。电感和电容与电压源和电阻之间没有能量交换。电压源发出的功率全部为电阻吸收，即pS(t)=pR(t)。 电感和电容吸收的功率分别为： )2sin()()()2sin()90cos()cos()(0SLC0S00mSmLtIQUtptptIQUttIQUtp第十页，讲稿共三十页哦 电感和电容之间互相交换能量

5、，其过程如下:当电流减小时，电感中磁场能量WL=0.5Li2减小，所放出的能量全部被电容吸收，并转换为电场能量，如图12-17(a)所示。当电流增加时，电容电压减小，电容中电场能量WC=0.5Cu2减小，所放出的能量全部被电感吸收，并转换为磁场能量，如图1217(b)所示。图1217串联电路谐振时的能量交换 第十一页，讲稿共三十页哦 能量在电感和电容间的这种往复交换，形成电压和电流的正弦振荡，这种情况与 LC串联电路由初始储能引起的等幅振荡相同(见第九章二阶电路分析)。其振荡角频率 ，完全由电路参数L和C来确定。 LC10 谐振时电感和电容中总能量保持常量，并等于电感中的最大磁场能量，或等于电

6、容中的最大电场能量，即 )3712(2S2L2CCLRULLICUWWW第十二页，讲稿共三十页哦 可以从能量的角度来说明电路参数 R、L、C变化对电感和电容电压UL= UC的影响。若电阻 R减小一半，或电感 L增加到4倍( 增加一倍)，则总能量 增加到4倍，这将造成电压UL=UC增加一倍。若电容 C减少到 l/4( Q增加一倍)， 总能量不变，而电压UL= UC增加一倍。总之， R、L和 C的改变造成 变化的倍数与UL= UC变化的倍数相同。 CLRQ122S/ RLUW 2CCUW CLRQ1第十三页，讲稿共三十页哦例12-7 电路如图12-18所示。已知 求: (l) 频率为何值时，电路发

7、生谐振。 (2)电路谐振时, UL和UC为何值。 V cos210)(Sttu图1218第十四页，讲稿共三十页哦 解：(l)电压源的角频率应为 rad/s10rad/s1010116840LC (2)电路的品质因数为 1000RLQ 则 V1000V10100SCLQUUU第十五页，讲稿共三十页哦二、RLC并联谐振电路 图12-19(a)所示RLC并联电路，其相量模型如图12-19(b)所示。图1219第十六页，讲稿共三十页哦)3812()(| )j (|)1( j)j (YLCGUIY 其中 )4012()1arctan()()3912()1(| )j (|22GLCLCGY 驱动点导纳为第

8、十七页，讲稿共三十页哦 1.谐振条件 )4112(10LC 式中 称为电路的谐振角频率。与RLC串联电路相同。 LC1001LC 当 时, Y(j)=G=1/R，电压u(t)和电流i(t)同相，电路发生谐振。因此，RLC并联电路谐振的条件是 第十八页，讲稿共三十页哦 2.谐振时的电压和电流)4212(SSSIRGIYIU RLC并联电路谐振时，导纳Y(j0)=G=1/R，具有最小值。若端口外加电流源 ，电路谐振时的电压为SI 电路谐振时电压达到最大值，此时电阻、电感和电容中电流为（见下页） 第十九页，讲稿共三十页哦)4512(jjj)4412(jjj1)4312( SS00CSS00LSRIQ

9、IRCUCIIQILRULIIUGI)4612(00LCRCRLRQ 其中 称为RLC并联谐振电路的品质因数，其量值等于谐振时感纳或容纳与电导之比。电路谐振时的相量图如图12-20(b)所示。第二十页，讲稿共三十页哦 由以上各式和相量图可见，谐振时电阻电流与电流源电流相等 。电感电流与电容电流之和为零，即 。电感电流或电容电流的幅度为电流源电流或电阻电流的Q倍，即 SIIR0CL II)478(RSCLQIQIII 并联谐振又称为电流谐振。 图1220第二十一页，讲稿共三十页哦 3.谐振时的功率和能量 设电流源电流iS(t)=Ismcos(0t)，则： )90cos()()90cos()()c

10、os()cos()(0SmC0SmL0Sm0mtQItitQItitRItUtu 电感和电容吸收的瞬时功率分别为： )2sin()()()2sin()90cos(cos)(0SLC0S00SmmLtQUItptptQUIttIQUtp第二十二页，讲稿共三十页哦 由于i(t)=iL(t)+iC(t)=0 (相当于虚开路)，任何时刻进入电感和电容的总瞬时功率为零，即pL(t)+pC(t)=0。电感和电容与电流源和电阻之间没有能量交换。电流源发出的功率全部被电阻吸收，即pS(t)=pR(t) 。 能量在电感和电容间往复交换(图1221)，形成了电压和电流的正弦振荡。其情况和 LC并联电路由初始储能引

11、起的等幅振荡相同，因此振荡角频率也是 ，与串联谐振电路相同。 LC10图1221 并联电路谐振时的能量交换 第二十三页，讲稿共三十页哦 谐振时电感和电容的总能量保持常量，即 )4812(2S22C2LCLICRCULIWWW图1221 并联电路谐振时的能量交换 第二十四页，讲稿共三十页哦 由于并联电路的电压相同，即UL=UC=RIS。当电阻R增加到2倍，或电容 C 增加到4倍( 增加一倍)时，总储能增加到4倍，将导致电流IL= IC增加一倍。若电感减小到原值的l/4(Q增加一倍)，总能量 不变，而谐振时的电流IL= IC增加一倍。总之，由 R、L和C的改变引起 Q值变化的倍数与IL= IC变化

12、的倍数相同。 LCRQ 2LLI 谐振时电感和电容的总能量保持常量，即 )4812(2S22C2LCLICRCULIWWW图1221 并联电路谐振时的能量交换 第二十五页，讲稿共三十页哦例12-8 图12-22(a)是电感线圈和电容器并联的电路模型。 已知R=1, L=0.1mH, C=0.01F。试求电路的谐振 角频率和谐振时的阻抗。图1222解：根据其相量模型图12-22(b)写出驱动点导纳 2222)(j)(j1j)j (LRLCLRRLRCY第二十六页，讲稿共三十页哦2222)(j)()j (LRLCLRRY 令上式虚部为零0)(22LRLC 求得 22011111QLCLCRLCCLRQ1是RLC串联电路的品质因数。 其中图1222第二十七页，讲稿共三十页哦 当Q 1时, LC10 代入数值得到 rad/s10rad/s1010110101648840 谐振时的阻抗 )1 ()()j (1)j (22000QRRLRYZ 当0LR 时 k10)1010()()j (246200RLZ第二十八页，讲稿共三十页哦思考与练习12-3-l 欲提高串联谐振电路的 Q值，应如何改变 R、L和 C ?12-3-2 欲提高并联谐振电路的 Q值，应如何改变 R、L和 C ?第二十九页，讲稿共三十页哦感谢大家观看第三十页，讲稿共三十页哦