电路基础教学课件作者赵守忠8.ppt

8.1 引言 在第7章对正弦交流稳态电路的分析中，利用相量可以实现对正弦交流稳态电路的定量分析，由于电感和电容在电路中呈现的电抗值与频率有关，所以在不同频率下电路呈现的特性是不同的。当信号频率为某一特定频率使正弦稳态电路呈现纯电阻性质时，我们称电路发生了谐振。利用电路的谐振特性，我们可以选择所需的信号频率或抑制某些干扰信号，还可以利用电路的谐振特性来测量电抗型元件的参数。 本章讨论的问题是:当频率变化到谐振频率点及其附近时，电路会出现哪些特殊现象，如何分析这些特殊现象。 8. 2 知识结构和教学要求 1.知识结构 (1)串联谐振和并联谐振: ①谐振的条件; ②谐振的基本特性; ③谐振的频率特性; ④谐振的能量特性。 (2)正弦交流电路的最大功率传输; (3)谐振电路的应用: ①信号的选择; ②元器件的测量; 8. 2 知识结构和教学要求 ③提高功率的传输效率。 2.教学要求 (1)理解RLC串联电路发生谐振的条件，掌握谐振角频率w。的概念。 (2)理解RLC串联电路谐振时的特性。 (3)了解特性阻抗P和品质因数Q的物理含义。 (4)了解RLC串联电路谐振时的能量转换和传输过程。 8. 2 知识结构和教学要求 }s)了解串联谐振电路的频率特性。 (6)理解RLC并联电路发生谐振的条件，掌握谐振角频率。。的概念。 C)理解RLC并联电路谐振时的特性。 (8)了解并联谐振电路的频率特性。 (9)了解并联谐振电路的分析方法。 yob理解正弦交流电路的最大功率传输的条件。 8. 3 教学内容 8. 3. 1串联谐振电路 学习目标: 熟悉串联谐振电路产生谐振的条件，理解串联谐振发生时串联谐振电路的基本特性和频率特性，掌握串联谐振电路谐振频率和阻抗等电路参数的计算。 1. RLC串联电路的基本关系 在图8一1所示的RLC串联电路中，当信号源为角频率w。的正弦电压u=0。时，电路的复阻抗为 8. 3 教学内容 其中， 回路中的电流为 2.串联谐振的条件 当回路中的电流与信号源电压的相位相同时，有ψ = 0，这时复阻抗中的电抗X=0，我们称此时电路发生了串联谐振。 一个RL‘串联电路发生谐振的条件是X=XL一XC= 0，即c}}L =命由串联谐振的条件可得: 8. 3 教学内容 f0称为RLC.电路的固有谐振频率，它只与电路的参数有关，与信号源无关。由此得到使电路发生谐振的方法如下: ①调整信号源的频率，使之等于电路的固有频率; ②信号源的频率不变时，可以改变电路中L或C的大小，使电路的固有频率等于信号源的频率。 3.串联谐振电路的基本特性 ①串联谐振时，电路的复阻抗最小，且呈电阻特性。 由上面分析可知，串联谐振时电抗X=0，|Z|= = R，呈纯电阻性，且阻抗最小。 8. 3 教学内容 若ff0时，wL1/WC，电路呈电容性质。 若ff0时，wL1/WC，电路呈电容性质。 ②串联谐振时，回路中的电流最大，且与外加电压相位相同。 因为谐振时，复阻抗的模最小，在输入电压不变的情况下，电路中的电流最大;又因为谐振时的复阻抗为一纯电阻，所以电路中的电流与电压同相。 ③串联谐振时，电感的感抗等于电容器的容抗，且等于电路的特性阻抗，即 8. 3 教学内容 特性阻抗是衡量电路特性的一个重要参数。 ④串联谐振时，电感两端的电压和电容两端的电压大小相等，相位相反，其数值为输入电压的Q倍。 谐振时，电感和电容两端的电压相等，即 8. 3 教学内容 式中，Q= W0 L/R针，称为串联谐振回路的品质因数，是谐振电路的一个重要参数。Q值的大小可达Ω十甚至Ω百，一般为50一200。电路在谐振状态下，感抗或容抗比电阻要大得多，因此，电抗元件上的电压通常是外加电压的Ω十倍甚至Ω百倍，因此，串联谐振也称为电压谐振。 例8一1已知RLC串联电路中的L=0.1 mH, C=1000pF, R=10Ω，电源电压U =0. 1 mV，若电路发生谐振，求:电路的谐振频率、特性阻抗、品质因数、电容器两端的电压和回路中的电流各是多少? 解： 8. 3 教学内容 4.串联谐振回路的能量特性 设RL C串联电路的电源电压为US= USMsin w0 t, w0 为电路的固有谐振频率，因电路处于谐振状态，回路中的电流为 8. 3 教学内容 这时电阻上的瞬时功率为 电源向电路供给的瞬时功率为 8. 3 教学内容 上述分析说明:谐振状态下电源供给电路的功率全部消耗在电阻上。 由于电感元件两端的电压与流过它的电流相位相差90，电感元件两端的电压为 电感中的磁场能量为 同理，电容元件两端的电压为 8. 3 教学内容 电容中的电场