谐振

对于包含电容和电感及电阻元件的无源一端口网络,其端口可能呈现容性、感性及电阻性。当电路端口的电压U和电流I出现同相位时,电路呈电阻性,称之为谐振现象,这样的电路,称之为谐振电路。

    谐振的本质是电容C和电感L实现能量互换,整个电路中实现无功功率互补,无功功率为零。谐振电路分为:

串联谐振电路 在串联电路中发生的谐振,谐振电路中的容抗等于感抗

并联谐振电路在并联电路中发生的谐振

谐振频率

    电路实现谐振现象,电路成电阻性时的信号频率。该频率由电路本身特性决定。

品质因数Q

   串联谐振电路:它由电容C、电感L和由电容漏电阻与电感的线电阻R所组成。此电路的复数阻抗Z为三个元件的复数阻抗之和。

谐振电路——知识点总结

ωL---感抗值

1/ωC---容抗值

谐振发生时,(1)中虚部为零,感抗等于容抗,电路呈现电阻性。电路中的电压与电流同相,电容和电感上两端的电压有效值相等。

电容上的电压有效值Uc=i*1/ωC=U/ωCR=QU;定义品质因数:Q=1/ωRC=Uc/U

电感上的电压有效值UL=i*ωL=UωL/R;定义品质因数:Q=ωL/R=UL/U

因此,谐振发生时有UC=UL 所以Q=1/ωCR=ωL/R——>ω0=1/Sqr(LC);电感和电容上的电压值为Q倍的输入电压值

不同参数的RLC串联谐振电路在频率响应上的差异,是通过Q值反映出来的。在谐振电路中,它们有以下不同点:
1.它们都在谐振点出现峰值,在其临域都有较大的电流幅值输出,表明RLC串联电路具有在全频域内选择各自频振信号的性能;
2.当信号频率偏移谐振点,输出电流信号从峰值下降,表明信号对非谐振频率有抑制作用(简称抑非能力)。抑非能力与Q值成正比,能力越强,通频带越窄,电路选择性越好;能力越弱,通频带越宽,电路选择性变差。

 串联谐振

1. 谐振条件:谐振电路——知识点总结

即:谐振电路——知识点总结

谐振电路——知识点总结

电压与电流同相,电路中发生串联谐振。

谐振电路——知识点总结

谐振频率:谐振电路——知识点总结

谐振电路——知识点总结

2. 串联谐振电路特点

1)总阻抗值最小:谐振电路——知识点总结

2)电源电压一定时,电流最大:谐振电路——知识点总结

3)电路呈电阻性,电容或电感上的电压可能高于电源电压。

谐振电路——知识点总结

3. 谐振时电路中的能量变化

电路向电源吸收的 Q=0 ,谐振时电路能量交换在电路内部的电场与磁场间进行。电源只向R提供能量。

4. 电路的品质因数

特性阻抗:谐振电路——知识点总结

品质因数:谐振电路——知识点总结

 ULUCQ倍的电源电压,串联谐振又称为电压谐振。

5. 频率特性

电路的频率特性是指电路中的电压,电流,阻抗导纳等各量随w变化的关系

1阻抗角的频率特性(相频特性)

谐振电路——知识点总结

2导纳的模频率特性

谐振电路——知识点总结

3)电流的频率特性(幅频特性)

谐振电路——知识点总结

谐振电路——知识点总结

6. 电路的选择特性

突出 wO 及其附近频率所对应的电流而抑制远离 wO 的频率所对应的电流的性能称为电路的选频特性曲线越尖锐,选择性越好,稍有偏离谐振频率的信号就大大减弱。

谐振电路——知识点总结

谐振电路——知识点总结

二、 并联谐振

谐振电路——知识点总结

1. 谐振条件

a)

谐振电路——知识点总结

b)

谐振电路——知识点总结

2. 并联谐振电路的特点:

1电压一定时,谐振时电流最小

2总阻抗最大;

3电路呈电阻性,支路电流可能会大于总电流

二阶传递函数的品质因数

谐振电路——知识点总结

谐振电路——知识点总结

LC滤波器伯德图如下图所示:

谐振电路——知识点总结

1,品质因数Q确定了响应曲线在交接频率处的峰值大小,如图Q=20,那么谐振下输出电压是输入电压的20倍。一般认为Q值越大,滤波器为欠阻尼状态。当Q=0.707,得到临界阻尼,谐振频率的增益比其直流值低3dB。-3dB是0.707的对数,意味着下降约30%。
2,电阻对交接频率影响较小,但其对Q的影响是显著地。L和C的串联寄生电阻越大,Q值越小。
 

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