頻率特性和諧振現(xiàn)象.ppt

第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 9 1網(wǎng)絡(luò)函數(shù)和頻率特性9 2RLC串聯(lián)電路的頻率特性9 3串聯(lián)諧振電路9 4并聯(lián)諧振電路9 5小結(jié) 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 串聯(lián)電路的諧振 諧振現(xiàn)象的研究有重要的實(shí)際意義 一方面諧振現(xiàn)象得到廣泛的應(yīng)用 另一方面在某些情況下電路中發(fā)生諧振會(huì)破壞正常工作 一 RLC串聯(lián)電路 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 Z 電抗隨頻率變化的特性曲線(xiàn) 阻抗隨頻率變化時(shí)在復(fù)平面上表示的圖形 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 二 串聯(lián)諧振的定義 由于串聯(lián)電路中的感抗和容抗有相互抵消作用 所以 當(dāng) 0時(shí) 出現(xiàn)X 0 0 這時(shí)端口上的電壓與電流同相 工程上將電路的這種工作狀況稱(chēng)為諧振 由于是在RLC串聯(lián)電路中發(fā)生的 故稱(chēng)為串聯(lián)諧振 三 串聯(lián)諧振的條件 Im Z j 0 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 四 諧振頻率 角頻率 頻率 諧振頻率又稱(chēng)為電路的固有頻率 是由電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的 串聯(lián)諧振頻率只有一個(gè) 是由串聯(lián)電路中的L C參數(shù)決定的 而與串聯(lián)電阻R無(wú)關(guān) Im Z j 0 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 五 諧振的特征 1 阻抗 R 諧振時(shí)阻抗為最小值 2 電流 在輸入電壓有效值U不變的情況下 電流為最大 3 電阻電壓 實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)此特點(diǎn)判別串聯(lián)諧振電路發(fā)生諧振與否 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 六 諧振曲線(xiàn) 除了阻抗Z和頻率的特性外 還應(yīng)分析電流和電壓隨頻率變化的特性 這些特性稱(chēng)為頻率特性 或稱(chēng)頻率響應(yīng) 它們隨頻率變化的曲線(xiàn)稱(chēng)為諧振曲線(xiàn) 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 七 品質(zhì)因數(shù) 諧振時(shí)有 所以串聯(lián)諧振又稱(chēng)為電壓諧振 串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù) 如果Q 1 則有 當(dāng)Q 1 表明在諧振時(shí)或接近諧振時(shí) 會(huì)在電感和電容兩端出現(xiàn)大大高于外施電壓U的高電壓 稱(chēng)為過(guò)電壓現(xiàn)象 往往會(huì)造成元件的損壞 但諧振時(shí)L和C兩端的等效阻抗為零 相當(dāng)于短路 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 八 功率 諧振時(shí) 電路的無(wú)功功率為零 這是由于阻抗角為零 所以電路的功率因數(shù) 1 整個(gè)電路的復(fù)功率 P 但 分別不等于零 諧振時(shí)電路不從外部吸收無(wú)功功率 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 但電路內(nèi)部的電感與電容之間周期性地進(jìn)行磁場(chǎng)能量和電場(chǎng)能量的交換 諧振時(shí) 有 并有 這一能量的總和為 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 常量 所以能量的總和 另外還可以得出 串聯(lián)電阻的大小雖然不影響串聯(lián)諧振電路的固有頻率 但有控制和調(diào)節(jié)諧振時(shí)電流和電壓幅度的作用 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 九 通用諧振曲線(xiàn) 為了突出電路的頻率特性 常分析輸出量與輸入量之比的頻率特性 而這些電壓比值可以用分貝表示 將電路的阻抗Z變換為下述形式 令 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 上述關(guān)系式可以用于不同的RLC串聯(lián)諧振電路 它們都在同一個(gè)坐標(biāo) 下 根據(jù)Q取值不同 曲線(xiàn)將僅與Q值有關(guān) 并明顯地看出Q值對(duì)諧振曲線(xiàn)形狀的影響 下圖給出3個(gè)不同Q值的諧振曲線(xiàn) 該諧振曲線(xiàn)稱(chēng)為通用諧振曲線(xiàn) 1 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 十 電路的選擇性 串聯(lián)諧振電路對(duì)偏離諧振點(diǎn)的輸出有抑制能力 只有在諧振點(diǎn)附近的頻域內(nèi) 才有較大的輸出幅度 電路的這種性能稱(chēng)為選擇性 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 Q值大 曲線(xiàn)在諧振點(diǎn)附近的形狀尖銳 當(dāng)稍偏離諧振頻率 輸出就急劇下降 說(shuō)明對(duì)非諧振頻率的輸入具有較強(qiáng)的抑制能力 選擇性能好 反之 Q值小 在諧振頻率附近曲線(xiàn)頂部形狀平緩 選擇性就差 電路選擇性的優(yōu)劣取決于對(duì)非諧振頻率的輸入信號(hào)的抑制能力 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 工程中為了定量地衡量選擇性 常用發(fā)生 通頻帶 時(shí)的兩個(gè)頻率 之間的差說(shuō)明 這個(gè)頻率差稱(chēng)為通頻帶 0 707 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 串聯(lián)諧振應(yīng)用舉例 收音機(jī)接收電路 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 已知 解 結(jié)論 當(dāng)C調(diào)到150pF時(shí) 可收聽(tīng)到的節(jié)目 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 并聯(lián)諧振電路 一 GLC并聯(lián)電路 二 并聯(lián)諧振的定義 由于發(fā)生在并聯(lián)電路中 所以稱(chēng)為并聯(lián)諧振 三 并聯(lián)諧振的條件 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 四 諧振頻率 可解得諧振時(shí) 角頻率 頻率 該頻率稱(chēng)為電路的固有頻率 五 并聯(lián)諧振的特征 1 輸入導(dǎo)納最小 G 或者說(shuō)輸入阻抗最大 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 2 端電壓達(dá)最大值 可以根據(jù)這一現(xiàn)象判別并聯(lián)電路諧振與否 六 品質(zhì)因數(shù) 并聯(lián)諧振時(shí)有 所以并聯(lián)諧振又稱(chēng)電流諧振 如果Q 1 則諧振時(shí)在電感和電容中會(huì)出現(xiàn)過(guò)電流 但從L C兩端看進(jìn)去的等效電納等于零 即阻抗為無(wú)限大 相當(dāng)于開(kāi)路 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 七 功率和能量 諧振時(shí)無(wú)功功率 所以 表明在諧振時(shí) 電感的磁場(chǎng)能量與電容的電場(chǎng)能量彼此相互交換 兩種能量的總和為 常數(shù) 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 八 電感線(xiàn)圈和電容并聯(lián)的諧振電路 諧振時(shí) 有 故有 由上式可解得 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 顯然 只有當(dāng) O 當(dāng)電感線(xiàn)圈的阻抗角 1很大 諧振時(shí)有過(guò)電流出現(xiàn)在電感支路和電容中 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 九 復(fù)諧振 1 求端口阻抗Z 找 X 0時(shí) 求端口導(dǎo)納Y 找 B 0時(shí) 2 求Z Z R jX 1 串聯(lián)諧振時(shí) 2 并聯(lián)諧振時(shí) X 0 A 0 X B 0 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 左邊支路的阻抗為 右邊支路的阻抗為 發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí) 分子 0 發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí) 分母 0 例 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 消除噪聲 諧振濾波器 利用諧振進(jìn)行選頻 濾波 第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象 分析 二 提取信號(hào)