串聯(lián)諧振電路

第二章諧振電路

射頻識別（RFID）要解決不同物體之間的無線通信問題，就要用到本章所學(xué)的知識——諧振電路。1精選ppt諧振電路

諧振電路有很多種應(yīng)用，可以在濾波器、振蕩器和匹配電路中使用，其功能是有選擇性的讓一部分頻率的源信號通過，同時衰減通帶外的信號。當(dāng)頻率不高時，諧振電路由集總參數(shù)元件組成，但是當(dāng)頻率達(dá)到微波波段時，諧振電路通常由各種形式的傳輸線實(shí)現(xiàn)。本章將對諧振電路做一個簡述，討論串聯(lián)諧振電路，并聯(lián)諧振電路以及傳輸線諧振電路的構(gòu)成、產(chǎn)生條件和一些特性參數(shù)。2精選ppt主要內(nèi)容2.1串聯(lián)諧振電路2.2并聯(lián)諧振電路2.3傳輸線諧振電路概述2.4本章小結(jié)3精選ppt

無論是串聯(lián)諧振電路還是并聯(lián)諧振電路，一般情況都是由電阻R、電感L、電容C、的信號源組成，所以諧振一般是在RLC組合電路的情況下分析的。

諧振現(xiàn)象：在含有電阻、電感和電容的交流電路中，電路兩端電壓與其電流一般是不同相的，若調(diào)節(jié)電路參數(shù)或電源頻率使電流與電源電壓同相，電路呈電阻性，稱這時電路的工作狀態(tài)為諧振。

諧振：是正弦電路在特定條件下所產(chǎn)生的一種特殊物理現(xiàn)象，諧振現(xiàn)象在無線電和電工技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用，對電路中諧振現(xiàn)象的研究有重要的實(shí)際意義。諧振串聯(lián)諧振：在串聯(lián)電路中發(fā)生的諧振。并聯(lián)諧振：在并聯(lián)電路中發(fā)生的諧振。4精選ppt

含有R、L、C的一端口電路，在特定條件下出現(xiàn)端口電壓、電流同相位的現(xiàn)象時，稱電路發(fā)生了諧振。阻抗：在具有電阻、電感和電容的電路里，對交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由電阻、感抗和容抗三者組成，但不是三者簡單相加。阻抗的單位是歐。1.諧振的定義R,L,C電路發(fā)生諧振2.1串聯(lián)諧振電路5精選pptRj

L+_2、串聯(lián)諧振的條件:諧振角頻率(resonantangularfrequency)諧振頻率(resonantfrequency)諧振條件僅與電路參數(shù)有關(guān)2.1串聯(lián)諧振電路感抗=容抗6精選ppt串聯(lián)電路實(shí)現(xiàn)諧振的方式：（1）LC

不變，改變w

。（2）電源頻率不變，改變L

或C(常改變C)。

0由電路本身的參數(shù)決定，一個RLC

串聯(lián)電路只能有一個對應(yīng)的

0,當(dāng)外加頻率等于諧振頻率時，電路發(fā)生諧振。2.1串聯(lián)諧振電路7精選ppt2.1串聯(lián)諧振電路3、RLC串聯(lián)電路諧振的特點(diǎn)入端阻抗

Z為純電阻，即Z=R。電路中阻抗值|Z|最小。電流I達(dá)到最大值

I0=U/R(U一定)。(2)LC上的電壓大小相等，相位相反，串聯(lián)總電壓為零，也稱電壓諧振，即8精選ppt2.1串聯(lián)諧振電路(3)電源電壓一定時，電流最大。因?yàn)橹C振時總阻抗值最小。4.諧振時電路中的能量變化

電路向電源吸收的Q=0，諧振時電路能量交換在電路內(nèi)部的電場與磁場間進(jìn)行。電源只向R提供能量。9精選ppt2.1串聯(lián)諧振電路

由阻抗公式看出，X是角頻率ω的函數(shù)。電抗隨頻率的變化過程：頻率較低時，很高但很低，電路呈容性；隨著頻率增加，逐漸減小而逐漸增大，直到二者的值為相等，即=，這時兩個電抗相互抵消，電路表現(xiàn)為純電阻性，此狀態(tài)就是串聯(lián)諧振;頻率進(jìn)一步增加，變得比大時，電路呈感性。

10精選ppt2.1串聯(lián)諧振電路

可得出以下結(jié)論：（1）諧振頻率只取決于電路參數(shù)L、C，它是電路本身固有的、表示其特性的一個重要參數(shù)，稱為電路的固有諧振頻率。（2）若電路參數(shù)L、C一定，則只有當(dāng)信號源的頻率等于電路的固有頻率時，電路才會諧振。（3）若信號源的頻率一定，可通過改變電路的L或C，或同時改變L和C使電路對信號源諧振。（4）收音機(jī)選臺是通過調(diào)節(jié)收音機(jī)的可變電容器的電容C，使得電路對電臺頻率發(fā)生諧振。11精選ppt2.1.2串聯(lián)諧振電路的諧振特性諧振特性兩個重要的物理量：

1.特性阻抗ρ：諧振時電路中的感抗或容抗,單位為Ω。

2.品質(zhì)因數(shù)Q：特性阻抗ρ和回路電阻R的比值,無量綱。表征電路諧振特性的一個重要參數(shù)。

定義：電路處于串聯(lián)諧振時，電感或電容上的電壓和總電壓之比。

12精選ppt諧振時:

在諧振狀態(tài)下,若R<XL、R<XC，Q

則體現(xiàn)了電容或電感上電壓比電源電壓高出的倍數(shù)。且回路電阻R越小，Q越高，電路對頻率的選擇性越好。13精選ppt2.1.2串聯(lián)諧振電路的諧振特性串聯(lián)諧振的電路特性

諧振時，因X=0，所以諧振時電路的阻抗Z0=R，是一個純電阻，此時阻抗為最小值。阻抗Z隨ω的變化如下圖所示：

在信號源電壓有效值U保持不變的情況下，諧振時電流有效值I0=U/Z=U/R達(dá)到最大值，并且與同相位。電流I隨ω的變化如下圖所示：14精選ppt2.1.2串聯(lián)諧振電路的諧振特性串聯(lián)電路諧振時，電阻上的電壓

回路中的Q值可以很高，諧振時電感線圈和電容器兩端的電壓可以比信號源電壓大數(shù)十到百倍，所以串聯(lián)諧振又稱為電壓諧振。

在選擇電路器件時，需考慮器件的耐壓問題。

電感上的電壓

電容上的電壓15精選ppt2.1.2串聯(lián)諧振電路的諧振特性

諧振時，信號源供出的有功功率與電路中電阻消耗的功率相等，電感L與電容C之間進(jìn)行著能量交換。

諧振時，電路中任意時刻的總存儲能量是電感上存儲的瞬時磁場能量和電容上存儲的瞬時電場能量之和，即

是一個不隨時間變化的常量,說明回路中存儲的能量保持不變。諧振時電阻上消耗的平均功率為

在每一個周期的時間內(nèi)，電阻上消耗的能量為16精選ppt2.1.2串聯(lián)諧振電路的諧振特性電感、電容儲能的總值與品質(zhì)因數(shù)的關(guān)系：

Q是反映諧振回路中電磁振蕩程度的量，品質(zhì)因數(shù)越大，總的能量就越大，維持一定量的振蕩所消耗的能量愈小，振蕩程度就越劇烈，則振蕩電路的“品質(zhì)”愈好。一般在要求發(fā)生諧振的回路中總希望盡可能提高Q值。17精選ppt諧振曲線

物理量與頻率關(guān)系的圖形稱諧振曲線，研究諧振曲線可以加深對諧振現(xiàn)象的認(rèn)識。2.1.3串聯(lián)諧振電路的諧振曲線和通頻帶1.諧振曲線I-ω曲線如右圖所示，其表達(dá)式為

當(dāng)ω不管是從左側(cè)還是右側(cè)偏離ω0時，I都從諧振時的最大值I0處降下來，這表明串聯(lián)諧振電路具有選擇信號的性能。曲線越陡選擇性越好；反之，曲線越平坦，選擇性就越差。I-ω曲線18精選ppt整理I-ω表達(dá)式可得

ω與ω0很接近時，有

式中，Δω=ω?ω0，是外加信號的頻率ω與回路諧振頻率ω0之差，表示頻率偏離諧振的程度，稱為失諧。當(dāng)保持外加信號的幅值不變而改變其頻率時，將回路電流值下降為諧振值的

時對應(yīng)的頻率范圍稱為回路的通頻帶也稱為回路帶寬，通常用BW來表示。19精選ppt2.1.3串聯(lián)諧振電路的諧振曲線和通頻帶再將等號兩邊同除以:而ξ=Q(Δω/ω0)具有失諧量的定義，稱為廣義失諧。

如圖所示,該曲線稱為諧振曲線?？梢姡琎值越大，曲線越尖銳，選擇性越好；反之，Q值越小，曲線越平坦，選擇性越差。20精選ppt2.1.3串聯(lián)諧振電路的諧振曲線和通頻帶2．通頻帶

當(dāng)保持外加信號的幅值不變而改變其頻率時，將回路電流值下降為諧振值的

時對應(yīng)的頻率范圍稱為回路的通頻帶也稱為回路帶寬，通常用BW來表示，如下圖所示。

可推得ξ=±1，當(dāng)ω≈ω0，從而可得帶寬

Q值越高，諧振曲線越尖銳，選擇性越好，但通頻帶越窄。二者存在制約關(guān)系。在RFID應(yīng)用中，Q值應(yīng)兼顧二者。21精選ppt2.1.4串聯(lián)諧振電路的有載品質(zhì)因數(shù)

前面定義的Q是無載品質(zhì)因數(shù)，其體現(xiàn)的是諧振電路自身的特性,諧振電路總是要與外負(fù)載耦合，會使總的品質(zhì)因數(shù)下降。

假設(shè)外負(fù)載為

，外部品質(zhì)因數(shù)定義為：整個回路的有載品質(zhì)因數(shù)為：品質(zhì)因數(shù)關(guān)系：總之，當(dāng)有負(fù)載接入串聯(lián)諧振電路時，串聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù)將下降。

22精選ppt2.1.3串聯(lián)諧振電路在RFID中的應(yīng)用

在RFID讀寫器的射頻前端常常要用到串聯(lián)諧振電路，因?yàn)樗梢允沟皖l和高頻RFID讀寫器有較好的能量輸出。低頻RFID和高頻RFID讀寫器的天線用于產(chǎn)生磁通量，該磁通量向電子標(biāo)簽提供能量，并在讀寫器和電子標(biāo)簽之間傳遞信息。對讀寫器天線的構(gòu)造有如下要求：（1）讀寫器天線上的電流最大，以使讀寫器線圈產(chǎn)生最大的磁通量；（2）功率匹配，以最大程度地