電路與模擬電子技術(shù)原理第5章2諧振課件

1、電路與模擬電子技術(shù)原理第五章正弦穩(wěn)態(tài)分析*1第5章 正弦穩(wěn)態(tài)分析 5.1 正弦交流電5.2 相量5.3 相量分析5.4 阻抗與導(dǎo)納5.5 諧振5.6 相量分析法5.7 交流電路的功率5.8 三相電路*25.5 諧振前面的分析表明，RLC正弦交流電路的阻抗與電源頻率有關(guān)，通過(guò)改變電源頻率或元件的參數(shù)，可能使電路總體阻抗中的虛部即電抗成分為零，即電路呈現(xiàn)為純電阻性，此時(shí)稱為電路發(fā)生了諧振。顯然，諧振發(fā)生時(shí)，電路輸入端的電壓與電流同相。根據(jù)RLC元件的連接方式不同，諧振又可分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。 *35.5.1 串聯(lián)諧振（電壓諧振） 串聯(lián)諧振電路ZZRZLZCRjL 1/(jC)欲發(fā)生諧振，必有虛

2、部為零*4串聯(lián)諧振（續(xù)）串聯(lián)諧振時(shí)阻抗（的模）最小，等于電阻R外加電壓與電阻電壓相等，外加電壓全部加到電阻上，電感電壓和電容電壓不參與分壓。 串聯(lián)諧振也稱為電壓諧振：串聯(lián)諧振時(shí)，通常滿足R UR UL和UC幅值很大，相位相反，互相抵消*5串聯(lián)諧振（續(xù)）串聯(lián)諧振時(shí)，UL和UC大小相等，相位相反*65.5.2 并聯(lián)諧振（電流諧振） 并聯(lián)諧振電路的導(dǎo)納 Y1/Rj(C1/L)Gj(BCBL)令虛部為零，得到*7并聯(lián)諧振（續(xù)）并聯(lián)諧振時(shí)導(dǎo)納（的模）最小，等于電導(dǎo)G干路電流等于電阻支路電流，干路電流全部經(jīng)過(guò)電阻，電感支路和電容支路不參與分流。 并聯(lián)諧振也稱為電流諧振：并聯(lián)諧振時(shí)，通常滿足G IR IL和

3、IC幅值很大，相位相反，互相抵消*8并聯(lián)諧振（續(xù)）并聯(lián)諧振時(shí)，IL和IC大小相等，相位相反*95.5.3 諧振的物理本質(zhì)能量不斷地在電感和電容之間轉(zhuǎn)移，但在任何瞬間，存儲(chǔ)在電感中的磁場(chǎng)能與存儲(chǔ)在電容中的電場(chǎng)能之和始終不變，變化的僅僅是能量?jī)?chǔ)存的形式。外電路提供的功率完全為電阻所吸收，電源與儲(chǔ)能元件之間不存在能量交換。電路中穩(wěn)定地存儲(chǔ)著一定量的電、磁能，這部分能量只在電感與電容之間交換。 *105.5.4 諧振的品質(zhì)因數(shù)（quality factor） 諧振電路的品質(zhì)因數(shù)Q定義為總儲(chǔ)能與每個(gè)儲(chǔ)能元件（電容或電感）中儲(chǔ)能的最大值相等，所以 ， *11諧振的品質(zhì)因數(shù)（續(xù)）因?yàn)殡娮枋侵C振電路中唯一的耗

4、能元件，所以從根本意義上說(shuō)，電路的品質(zhì)因數(shù)反映了電路的儲(chǔ)能效率，Q值越高，電路的儲(chǔ)能效率就越高，也就是說(shuō)，儲(chǔ)存一定的能量所付出的能量消耗就越小。 *12第5章 正弦穩(wěn)態(tài)分析 5.1 正弦交流電5.2 相量5.3 相量分析5.4 阻抗與導(dǎo)納5.5 諧振5.6 相量分析法5.7 交流電路的功率5.8 三相電路*135.6 相量分析法在相量表達(dá)形式下，動(dòng)態(tài)電路也符合線性電路的條件。可以把線性電路的分析方法推廣到正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析之中。 電源變換法節(jié)點(diǎn)分析法和網(wǎng)孔分析法；如戴維南-諾頓定理疊加定理 *14相量分析法的應(yīng)用條件第一，電路必須處于正弦穩(wěn)態(tài) 第二，電路只存在相同頻率的激勵(lì)源 如果同時(shí)存在不同

5、頻率的激勵(lì)信號(hào)，就必須首先求出每個(gè)頻率的信號(hào)單獨(dú)作用時(shí)的相量解，再轉(zhuǎn)換為時(shí)域信號(hào)；最后在時(shí)間域內(nèi)再將不同頻率的響應(yīng)疊加；疊加的結(jié)果即為所有激勵(lì)同時(shí)作用時(shí)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。 *15相量分析法的使用方法相量分析法的具體分析過(guò)程與線性電路分析過(guò)程相同，所不同的只是在計(jì)算過(guò)程中必須使用復(fù)數(shù)，相量法中用復(fù)數(shù)形式的阻抗來(lái)表示元件特性，電壓、電流的相量表示也必須使用復(fù)數(shù)。 *16相量分析法舉例【例5-6】圖5-20（a）的電路中，已知其中的激勵(lì)源issin10tA用戴維南定理求電容兩端電壓uC。*17相量分析法舉例（續(xù)）【分析：使用開短路法求戴維南等效電路先求開路電壓再求短路電流得到戴維南等效電路求解變量*18相

6、量分析法舉例（續(xù)）【解】首先去掉待求變量所在的支路，并將各元件轉(zhuǎn)換為阻抗形式，得到圖5-20（b）的電路，其中*19相量分析法舉例（續(xù)）其次，求開路電壓的相量形式。1電阻電壓 開路電壓等于1電阻和0.1F電容上的分壓之和*20相量分析法舉例（續(xù)）再求短路電流。在圖520（c）中，假設(shè)B點(diǎn)是接地點(diǎn)，對(duì)結(jié)點(diǎn)A1列KCL方程得 對(duì)節(jié)點(diǎn)A2列KCL方程 聯(lián)立求解 *21相量分析法舉例（續(xù)）利用開路電壓和短路電流的相量形式，就可以求出戴維南等效電源的內(nèi)部阻抗Z0從而可以得到戴維南等效電路如圖5-20（d）所示*22相量分析法舉例（續(xù)）根據(jù)阻抗分壓規(guī)律很容易求出容抗上的電壓 最后，寫出uC的時(shí)域形式*23

7、第5章 正弦穩(wěn)態(tài)分析 5.1 正弦交流電5.2 相量5.3 相量分析5.4 阻抗與導(dǎo)納5.5 諧振5.6 相量分析法5.7 交流電路的功率5.8 三相電路*245.7 交流電路的功率5.7.1 平均功率、視在功率5.7.2 復(fù)功率、有功功率和無(wú)功功率5.7.3 最大功率傳輸定理 *255.7.1 平均功率、視在功率平均功率PUI cos U為電壓有效值I為電流有效值為電壓和電流之間的相位差系數(shù)cos稱為功率因數(shù)。 視在功率SUI 表示最大平均功率，通常用于電源*265.7.2 復(fù)功率、有功功率和無(wú)功功率復(fù)功率有功功率 PUIcosS cos 無(wú)功功率 QUIsinS sin*275.7.3 最大功率傳輸定理正弦穩(wěn)態(tài)電路中，由于負(fù)載的不同性質(zhì)，欲使其獲得最大功率，分為共軛匹配和模匹配兩種情況。 *281共軛匹配正弦穩(wěn)態(tài)電路的最大功率傳輸定理 假定電源的等效內(nèi)部阻抗為Z0，則當(dāng)負(fù)載阻抗ZL等于Z0的復(fù)共軛時(shí)，負(fù)載獲得的功率達(dá)到最大。 *292模匹配如果負(fù)載阻抗?？勺?，