RLC串联谐振特性.ppt

RLC串联谐振电路的特性研究 RLC电路阻抗 实验原理 品质因素Q 通频带 RLC串联谐振的条件 RLC电路阻抗 C L R 交流电路总阻抗 实部为电阻 虚部为电抗 在具有电阻 电感和电容的电路里 对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗 阻抗单位 阻抗常用Z表示 是一个复数 实部称为电阻 虚部称为电抗 电抗包括容抗和感抗 电抗单位 阻抗是电阻与电抗在向量上的和 对于一个具体交流电路 阻抗是随着电源频率f变化而变化 电容的容抗 电感的感抗 通高频 阻低频 通低频 阻高频 RLC电路阻抗 容抗和感抗 其值大小与交流电频率有关系 频率愈高则容抗愈小感抗愈大 频率愈低则容抗愈大而感抗愈小 电感上的电压UL与电容上的电压UC相位相差180 阻抗是电阻与电抗在向量上的和 或 其谐振频率为 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有 调整信号源的频率 使之等于电路的固有频率 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 RLC串联谐振的条件 谐振时电路的感抗与容抗有效值相等 品质因素Q 边动手边思考 在L C一定的情形下 R值大小对串联谐振电路的Q值的影响怎样 当Q 1时 电感和电容的电压远高于电源电压 在电力系统中 称为过电压现象 谐振对电力系统设备带来危害 在电信系统中 谐振对弱信号起到放大作用 Q值越大 谐振曲线越尖锐 Q大 Q小 Q值标志谐振电路的性能 称为电路的品质因素 f f1f0f2 通频带宽度 通频带 电源的频率超过通频带范围时 电路对信号的衰减作用大 响应明显变小 通频带越宽 滤波性能就越差 通频带 f越小 Q越大 谐振曲线越尖锐 电路的选择性越好 实验操作及仪器设备 1 RLC测量电路 2 RLC电路接线 DH4503型RLC电路实验仪 3 电压测量 MVT 1720双通道数字交流毫伏表 4 RLC测量电路接线 被测电压的元件一端必须和电源共地 1 RLC测量电路 激励电压U控制在有效值1V 频率的调节范围1600HZ 3000HZ 电容C选择0 044 F 电感L选择100mH 电阻R分别选择100 200 电感电阻RL为20 C L R U 2 RLC电路接线 DH4503型RLC电路实验仪 交流电和直流电不同 是波动的 有波峰和波谷 交流电压表则是通过各种电器元件 削波峰 填波谷 将其转化有直流的方式来计算出交流电的有效值 所以交流电压表显示的并非交流电的瞬时值 而是一段时间内的平均值 即有效值 正弦交流电的有效值为最大值 也就是波峰和波谷处的绝对值 除以根号2 3 电压测量 MVT 1720双通道数字交流毫伏表 4 RLC测量电路接线 实验内容及要求 测量并描绘RLC串联电路的谐振曲线 2 测量电路共振时的UR UC和UL 3 计算电路的品质因素Q 测量并描绘RLC串联电路的谐振曲线 R 100 200 C 0 044 F L 100mH 激励电压U 1 000V 边动手边思考 实验中如何判断RLC电路发生了谐振 边动手边思考 实验中改变R会影响谐振频率吗 f1测量值 HZ f2测量值 HZ 边动手边思考 如何利用测量数据求出RLC串联电路品质因数Q 2 测量电路共振时的UC和UL R 100 200 需要将R C L 的接线位置互换 以保证被测元件一端与电源共地 C L R U 调节激励电源U的频率为电路谐振时的f0 电压有效值为1V 测量谐振时电容C两端电压 UC 电感L两端的电压 UL 边动手边思考 实验中如何确保测量R L C两端电压时 被测元件一端与电源共地 理论公式计算 根据实验测量数据UL和UC计算 从图中读取 3 计算电路的品质因素Q R 100 R 200 思考题 通过实验概括RLC谐振电路的特性 并阐述谐振电路的作用 2 为什么串联谐振称为电压谐振 Q1 谐振时电路的感抗与容抗有效值相等 谐振时电路的阻抗有最小值 Z R 电路总电压为电阻电压 电路为纯电阻 电流有最大值 这种现象称为RLC串联谐振 RLC串联电路中 谐振频率f0为 电路中电感上的电压UL与电容上的电压UC有效值相等 相位相差180 谐振时UL与UC有效值是激励电压U的Q倍 即UL UC QU RLC串联电路作用 RLC串联电路作用 在无线电接收设备中用来选择接收信号电路对非谐振频率的信号衰减作用大 广播电台以不同频率的电磁波向空间发射自己的讯号 调节收音机中谐振电路的可变电容 可将不同频率的各个电台分别接收 在电子技术中用来获取高频高压对于一般实用的串联谐振电路 R很小且常用L的电阻 即电感线圈导线内阻 代替 Q值很高 从几十到上千 谐振时电感和电容上的电压很高 如回旋加速器的加速极就是这样一个电路 Q值很高 就是用其谐振电压对粒子进行加速 Q1 RLC串联电压谐振 串联时 电流只有一个回路 电流大小等于回路电压除以阻抗 电流不可能大于电源输出电流 等于该电流 而电容和电感上的电压互为相反 回路电压等于这两个电压差值加上电阻压降 因此串联谐振是电压谐振而不是电流谐振 并联时 负载电压只有一个 电流回路有两个 电压与电源相同 电容电流与电感电流的差值等于电源电流 因此这是电流谐振 Q2 在串联谐振发生时 电容或电感上的电压约等于外加电压的Q倍 但是当你将负载并联到电容或电感上时 电路的Q值将大大下降 这时在电路中计算时就不能用原来的空载Q值 而要用 有载Q值 有载Q可能小于1 在串联谐振电路中 电感和电容的电压数值相等 方向相反 理论上是无穷大 不过实际中由于二极管的压降 共频和负载等原因会使其电压大大缩减 变压器的基本原理是电磁感应原理 在初级线圈上加一交流电压 在次级线圈两端就会产生感应电动势 当N2 N1时 其感应电动势要比初级所加的电压还要高 这种变压器称为升压变压器 当N2N2 V1 V2 该变压器为降压变压器 反之则为升压变压器谐振变压器是利用串联谐振或并联谐振的原理 产生大电流和高电压 一般用于大电容或大电感负载 利用负载和设备的并联谐振 可以用较小的激励电流取得较大的负载电流 利用负载和设备的串联谐振可以用较低的激励电压在负载上取得高电压 Q3