工学电路第9678章课件.pptx
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1、有功功率、无功功率和视在功率有什么关系,单位是什么?回顾PQS?视在功率的单位是什么?有物理意义吗?WvarVA无单位,无物理意义,仅为了计算方便,是复数,功率因数是什么?与各功率有什么关系?第1页/共120页9-7最大功率传输当有源一端口向负载传送功率(功率较小)时,常要研究使负载获得最大功率(P)的条件。图中正弦交流电路的电源阻抗:ZLZSUSI负载阻抗:通过电路的电流:负载从电源获取的有功功率为一、最大功率获得的条件第9页/共120页若XL不变,RL变化,则由上式得到:(RS+RL)2-2RL(RS+RL)=0 解得:RL=RSZLZSUSI其中RL,XL可变若RL不变,XL变化,则第1
2、0页/共120页负载获取最大功率的条件为:上式表明,当负载阻抗等于电源内阻抗的共轭复数时,负载能获得最大功率,称为最佳匹配或共轭匹配。此时最大功率为:二、获得的最大功率当用诺顿等效电路时,可得到什么结论?第11页/共120页解:图(b):第12页/共120页图(c):Zab=R+jXL=5+j5图(d):第13页/共120页9-8电路的谐振RESONANCE(谐振)为什么要研究它什么是 谐振??如同物理中学过的共振。有两面性:有时需要利用共振,有时又需要避免。电路中有类似的现象。也具有两面性:有时需要利用它,有时却需要避免。第14页/共120页要利用谐振要避免谐振谐振会对电力系统产生巨大的破坏
3、作用。只有谐振我们才能收听到想听的广播。第15页/共120页一、串联谐振电路1.谐振 含有电感和电容的电路,如果无功功率得到完全补偿,使电路的功率因数等于1,即:u、i 同相,便称此电路处于谐振状态。谐振串联谐振并联谐振 谐振电路在无线电工程、电子测量技术等许多电路中应用非常广泛。:L 与 C 串联时 u、i 同相:L 与 C 并联时 u、i 同相第16页/共120页2)串联谐振的条件RjXLjXC1)串联谐振电路串联谐振的条件是:2.串联谐振若令:、同相则:谐振IU&第17页/共120页3)谐振频率:谐振角频率第18页/共120页4)串联谐振的特点U、I 同相 当时当电源电压一定时:UC 、
4、UL将大于电源电压U过电压,可能会损坏元件第19页/共120页注:串联谐振也被称为电压谐振当 时,谐振时:、第20页/共120页5)品质因数-Q 值 定义:电路处于串联谐振时,电感或电容上的电压和总电压之比。谐振时:Q 体现了电容或电感上电压比电源电压高出的倍数。品质反映了电路对信号的选择性,Q越大,选择性越好。第21页/共120页6)串联谐振特性曲线I谐振电流谐振频率下限截止频率上限截止频率通频带有时也采用第22页/共120页v关于谐振曲线的讨论(a)不变,变化。(b)不变,变化。(c)不变,变化。不变,第23页/共120页 谐振曲线讨论(之一)结论:R的变化引起 变化 R愈大 愈小(选择性
5、差)R愈小 愈大(选择性好)R小R大不变,变化。(1)不变 即LC不变R改变改变(2)第24页/共120页分析:(1)不变 即U、R不变(2)改变结论:LC 的变化引起 变化 L 变小或 C 变小 变大 L 变大或 C 变大 变小 谐振曲线分析(之二)不变,变化。实例图电路模型六管超外差式晶体管收音机T1T2T3T4T5T6R1R2R3R4R5RWR6R7R8R9R10R11R12R13R14R15R16R176VD第25页/共120页 谐振曲线分析(之三)结论:Q愈大,带宽愈小,曲线愈尖锐。Q愈小,带宽愈大,曲线愈平坦。分析:不变,不变(LC)、R 不变,如何改变或?可以证明:可见 与 Q
6、相关。不变,变化。不变,第26页/共120页Q=300Q=50Q=10第28页/共120页容性感性7)串联谐振时的阻抗特性第31页/共120页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8)串联谐振应用举例六管超外差式晶体管收音机T1T2T3T4T5T6R1R2R3R4R5RWR6R7R8R9R10R11R12R13R14R15R16R176VD实例图第32页/共120页 组成谐振电路,选出所需的电台。为来自3个不同电台(不同频率)的电动势信号;第33页/共120页已知:解:如果要收听 节目,C 应配多大?问题(一):结论:当 C 调到 150 pF 时,可收听到 的节目
7、。调频、调幅第35页/共120页 问题(二):信号在电路中产生的电流 有多大?在 C 上 产生的电压是多少?已知:解答:所希望的信号被放大了64倍。第36页/共120页SIMULINK 仿真结果混频信号分离后的信号1分离后的信号2第37页/共120页当 时 超前于 (容性)谐振当 时 理想情况:纯电感和纯电容 并联。当 时 滞后于 (感性)二、并联谐振电路1.并联谐振第38页/共120页或1)理想情况下并联谐振条件第39页/共120页2)非理想情况下的并联谐振同相时则谐振第40页/共120页虚部实部则 、同相 虚部=0。谐振条件:3)非理想情况下并联谐振条件第41页/共120页由上式虚部4)并
8、联谐振频率得:或当 时 第42页/共120页5)并联谐振的特点同相。、电路的总阻抗最大。定性分析:Z理想情况下谐振时:第43页/共120页总阻抗:得:代入并联谐振电路总阻抗的大小(见教材)谐振时虚部为零,即:什么性质?第44页/共120页并联谐振电路总阻抗:当时所以,纯电感和纯电容并联谐振时,相当于断路。第45页/共120页外加电压一定时,总电流最小。Z外加恒流源 时,输出电压最大。第46页/共120页并联支路中的电流可能比总电流大。支路电流可能大于总电流电流谐振第47页/共120页则若品质因素-Q:Q为支路电流和总电流之比。当 时,第48页/共120页6)并联谐振特性曲线容性感性思考为什么?
9、第49页/共120页替代后,在谐振频率下放大倍数将提高。该种频率的信号得到较好的放大,起到选频作用。2.并联谐振应用举例第50页/共120页消除噪声v 谐振滤波器:利用谐振进行选频、滤波令滤波器工作在噪声频率下,即可消除噪声。-信号源-噪声源已知:接收网络谐振滤波器第51页/共120页提取信号接收网络谐振滤波器令滤波器工作在 频率下,信号即可顺利地到达接收网络。-信号源-噪声源已知:第52页/共120页分析(一):抑制噪声信号被滤掉了令:消除噪声提取信号接收网络谐振滤波器第53页/共120页分析(二):提取信号接收网络谐振滤波器则信号全部降落在接收网络上。若在下第54页/共120页Notice
10、:Im(Zin)=0,series resonance;Im(Yin)=0,parallel resonance。Check Your Understanding Series resonance occurs at 0,parallel resonance occurs at 1。?第55页/共120页讨论:串联谐振与并联谐振的区别与特点?实际应用时,为把一信号源通过谐振方法捡出,应根据信号源特性采用串联或并联谐振。对于电压源:采用串联谐振方法。减小电阻或增大电感可使UL变大。电压放大。对于电流源:采用并联谐振方法。增大电阻或减小电感可使IL变大。电流放大。第56页/共120页The End
11、第58页/共120页第59页/共120页第60页/共120页第5章 谐振电路5.2 5.2 关联关联谐振谐振5.1 RLC5.1 RLC串联电路串联电路的基本关系的基本关系5.3 5.3 正弦交流正弦交流电路的最大电路的最大功率传输功率传输5.4 5.4 谐振谐振电路的应用电路的应用第61页/共120页本章教学目的及要求 从频率的角度分析RLC串联电路和并联电路;通过分析掌握RLC电路产生谐振的条件;熟悉谐振发生时谐振电路的基本特性和频率特性;掌握谐振电路的谐振频率和阻抗等电路参数的计算;熟悉交流电路中负载获得最大功率的条件。第62页/共120页学习目标:熟悉串联谐振电路产生谐振的条件,理解串
12、谐电路的基本特性和频率特性,掌握串谐时电路频率和阻抗等的计算。5.1 串联谐振谐振的概念 含有电感L 和电容C 的电路,如果无功功率得到完全的补偿完全的补偿,即端口电压和电流出现同相同相现象时,此时电路的功率因数coscos=1 1,称电路处于谐振谐振状态。谐振电路在无线电工程和电子测量技术等许多电路中应用非常广泛。谐振串联谐振:串联谐振:含有L和C的串联电路出现u、i同相并联谐振:并联谐振:含有L和C的并联电路出现u、i同相第63页/共120页串联谐振电路RLC串谐电路复阻抗:其中:串谐电路中的电流:串联电路的基本关系第64页/共120页由串谐电路复阻抗:据前所述,谐振时u、i同相,=0:电
13、抗等于0时,必定有感抗与容抗相等:串联谐振的条件串谐条件由串谐条件又可得到串谐时的电路频率为:第65页/共120页2.由于谐振时电路阻抗最小,所以谐振电流I0最大。f0是RLC串联谐振电路的固有频率,只与电路的参数有关参数有关,与信号源无关。由此可得使串联电路发生谐振的方法:调整信号源的频率,使它等于电路的固有频率;信号源频率不变,调整L和C值的大小,使电路中的固有频率等于信号源的频率。串联谐振电路的基本特性1.串谐时由于u、i同相,电路复阻抗为电阻性质:3.特性阻抗是衡量串谐电路性能的一个重要指标:第66页/共120页4.品质因数Q是衡量串谐电路性能的另一个重要指标:品质因数Q的大小可达几十
14、至几百,一般为50200。电路在串联谐振状态下,电路的感抗或容抗往往比电阻大得多,因此:由于谐振电路的品质因数很高,所以可知动态元件两端的电压在谐振状态下要比外加的信号源电压大得多,因此通常也将串联谐振称为电压谐振电压谐振。第67页/共120页已知RLC串联电路中的L=0.1mH,C=1000pF,R为10,电源电压US=0.1mV,若电路发生谐振,求:电路的f0、Q、UC0和I0。第68页/共120页串联谐振回路的能量特性设串谐时回路电流为:电阻上的瞬时功率为:电源向电路供出的瞬时功率为:*可见,谐振状态下电源供给电路的有功功率全可见,谐振状态下电源供给电路的有功功率全部消耗在电阻元件上。部
15、消耗在电阻元件上。谐振时L上的磁场能量谐振时C上的电场能量第69页/共120页 谐振时磁场能量和电场能量的总和为:此式说明,在串联谐振状态下,由于电感元件两此式说明,在串联谐振状态下,由于电感元件两端的电压与电容元件两端的电压大小相等、相位相端的电压与电容元件两端的电压大小相等、相位相反,因此,电感元件储存磁场能量时,恰逢电容元反,因此,电感元件储存磁场能量时,恰逢电容元件放电;电感元件释放磁场能量时又恰逢电容元件件放电;电感元件释放磁场能量时又恰逢电容元件充电,两个动态元件上不断地进行能量转换,在整充电,两个动态元件上不断地进行能量转换,在整个串联谐振的过程中,存储能量的总和始终保持不个串联
16、谐振的过程中,存储能量的总和始终保持不变。变。第70页/共120页串联谐振电路的频率特性1.回路阻抗与频率之间的特性曲线RLC串联电路的阻抗为:阻抗及其各部分用曲线可表示为:|Z|、R、X0RLC10|Z|由RLC串联电路的阻抗特性曲线可看出:电阻R R不随频率变不随频率变化化;感抗X XL L与频率成正比与频率成正比;容抗X XC C与频率成反比与频率成反比,阻抗|Z|在谐振之前呈容性(电抗为负值),谐振之后呈感性(电抗为正值),谐振发生时等于电阻谐振发生时等于电阻R R,此时电路阻抗为纯电阻性质纯电阻性质。第71页/共120页2.回路电流与频率的关系曲线RLC串谐电路谐振时的电流电路谐振时
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- 工学 电路 9678 课件
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