學(xué)習(xí)情境五 收音機調(diào)諧電路的分析與測試課件

學(xué)習(xí)情境五收音機調(diào)諧電路的分析與測試知識目標(biāo)掌握串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振的特點及應(yīng)用了解電路中產(chǎn)生非正弦交流量的原因了解非諧波和頻譜的概念

技能目標(biāo)會分析串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振電路能應(yīng)用串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振回路的選頻特性。能對串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振的特性進(jìn)行測試與分析。會非正弦周期信號的頻譜分析、有效值、平均值、平均功率計算素質(zhì)目標(biāo)實事求是的學(xué)風(fēng)、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神、職業(yè)道德意識任務(wù)一、分析測試串聯(lián)諧振電路任務(wù)二、分析并聯(lián)諧振電路任務(wù)三、觀測與分析諧波信號情境任務(wù)1、普通收音機如何調(diào)臺？2、調(diào)臺時到底調(diào)什么？3、為什么有的收音機噪音大，有的卻很??？4、為什么有時會聽到幾個電臺同時廣播？問題提出能力目標(biāo)知識目標(biāo)（1）能深刻理解諧振的概念。（2）能應(yīng)用串聯(lián)諧振回路的選頻特性。（3）能對串聯(lián)諧振的特性進(jìn)行測試與分析。

(1)諧振的概念。(2)串聯(lián)諧振的條件、基本特征、諧振曲線和通頻帶。

任務(wù)一分析測試串聯(lián)諧振電路

串聯(lián)諧振時候的特點？串聯(lián)諧振時的復(fù)阻抗？串聯(lián)諧振時電壓和電流的關(guān)系？思考1、諧振的概念：由電感L和電容C組成的，可以在某個頻率上發(fā)生諧振現(xiàn)象的電路，統(tǒng)稱為諧振電路。

含有電感和電容的不含獨立源的二端網(wǎng)絡(luò)，在一定條件下形成的網(wǎng)絡(luò)端電壓和總電流同相的現(xiàn)象。知識一串聯(lián)諧振一、串聯(lián)諧振條件條件諧振頻率根據(jù)諧振條件：可得諧振頻率為：ω0只由電路本身的參數(shù)L，C所決定，所以把ω0稱為電路的固有諧振角頻率，簡稱諧振角頻率。二、

串聯(lián)諧振電路的特性阻抗和品質(zhì)因數(shù)諧振阻抗純電阻諧振時的感抗諧振時的容抗特性阻抗

(Ω)

只與電路參數(shù)L，C有關(guān)，而與

無關(guān)。品質(zhì)因數(shù)（10~500）衡量諧振電路的性質(zhì)三、串聯(lián)諧振電路的特性(1)Z0為純電阻，即Z0=R，此時Z0值為最小；(2)電壓電流同相，且電流達(dá)到最大值諧振電流(3)電路中L和C兩端電壓大小相等，相位相反，相互抵消ULO與UCO是外加電壓的Q倍串聯(lián)諧振時電路吸收的無功功率為零電壓諧振電感與電容兩端電壓的有效值相等，相位上相反，因為他們在任何時刻之和為零，相互抵消。串聯(lián)電路在諧振是可以把L和C串聯(lián)部分用“短路”替代而電流不變。(4)諧振時,L和C兩端均可能出現(xiàn)高電壓.在電力工程中表現(xiàn)為有害，應(yīng)預(yù)防在無線電和電子工程中極為有用，串聯(lián)諧振電路的這個特性在通信與無線電技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。例如，收音機的輸入電路就是一個串聯(lián)諧振電路，它之所以能從眾多廣播電臺的微弱信號中將所需電臺的信號鑒別與選擇出來，正是依靠電路對某電臺的信號頻率諧振時可從電容上獲得比輸入信號大Q倍的電壓來實現(xiàn)。在電力系統(tǒng)中，由于電源電壓數(shù)值較高，串聯(lián)諧振產(chǎn)生的高電壓會引起電氣設(shè)備的損壞，因此，設(shè)計這種電路時要考慮設(shè)法避免出現(xiàn)諧振或接近諧振的情況。四、串聯(lián)諧振的諧振曲線

電流、電壓、阻抗隨頻率變化而變化

頻率特性曲線諧振曲線

頻率1．頻率特性曲線

幅頻特性

相頻特性

當(dāng)

＝

0時，阻抗為純電阻且阻抗值最小0ωXLXCRω0

相頻特性時，時，時，0ωωo容性感性2、電流諧振曲線

＝

0時電流最大值

Z

隨

變化，導(dǎo)致回路電流有效值的大小亦隨

變化而變化。串聯(lián)諧振回路中電流有效值大小隨電源頻率變化的曲線稱為串聯(lián)諧振回路的的電流幅頻曲線，又稱電流諧振曲線

很小時，I與

成正比，

＝

0時電流達(dá)到最大值，

很大時，I與

幾乎成反比，

→∞，I=0。

2、當(dāng)偏離諧振頻率時，由于電抗的增加，電流將從諧振時的極大值下降，這表明電路逐漸增強它對電流的抑制能力。

結(jié)論：串聯(lián)諧振電路具有選擇接近于諧振頻率附近的電流的性能，這種性能在無線電技術(shù)中稱為選擇性。電路選擇性的好壞與電流的頻率特性曲線在諧振頻率附近的尖銳程度有關(guān)，即與電流的變化陡度有關(guān)。1、電路只有在諧振頻率附近的一段頻率內(nèi)，電流的有效值才有較大的值，而在＝

0，諧振頻率出現(xiàn)極大值。3．通用諧振曲線自變量因變量，相對抑制比以ω/ω0為自變量，以I/I0為因變量、以不同品質(zhì)因數(shù)Q為參變量作出的諧振曲線稱為通用電流諧振曲線。

Q值↑，曲線就尖銳，表明電路對非諧振頻率的電流具有較強的抑制能力，諧振電路的選擇性就好；Q值↓，曲線就平坦，如Q=1時，則在諧振頻率附近，電流變化不大，曲線的頂部形狀比較平緩，選擇性就差。結(jié)論：曲線的尖銳度與Q值成正比對于Q值相同的任何RLC串聯(lián)諧振電路只有一條曲線與之對應(yīng)串聯(lián)諧振電路的通用曲線

當(dāng)ω/ω0=0時，Uc=Us，全部電壓降落在電容上。

當(dāng)ω/ω0=1時，即諧振時，Uco=QU。

當(dāng)ω/ω0>1而趨于無窮大時，Uc繼續(xù)下降，最后趨于0。五、串聯(lián)諧振電路的選擇性與通頻帶工程中為了定量地衡量選擇性，常用通頻帶來說明諧振電路選擇性的好壞。定義：當(dāng)電源的ω（或f）變化時，使電流（或使I衰減3dB）的頻率范圍稱為電路的通頻帶（pass-band）并以Bw表示

諧振電路允許通過信號的頻率范圍.通頻帶（BW）Bw

上限截止頻率帶寬(通頻帶)通頻帶Bw與品質(zhì)因數(shù)Q值成反比，Q越高諧振曲線越尖銳，通頻帶就越窄，回路的選擇性就越強。但通頻帶過窄，信號通過諧振回路容易產(chǎn)生幅度失真，所以Q值并不是越大越好應(yīng)保證信號通過回路后幅度失真不超過允許的范圍，在此前提下，盡可能提高回路的選擇性

Q值越大，諧振點附近信號衰減越快，選擇性越強Q1Q2Q2>Q10

諧振通用曲線六、電壓源內(nèi)阻及負(fù)載電阻的影響有載品質(zhì)因數(shù)無載品質(zhì)因數(shù)，串聯(lián)諧振回路適用于低內(nèi)阻的電源串聯(lián)諧振應(yīng)用舉例接收機的輸入電路：接收天線：組成諧振電路電路圖調(diào)C，對所需信號頻率產(chǎn)生串聯(lián)諧振等效電路+-最大則為來自3個不同電臺(不同頻率)的電動勢信號例：已知：解：若要收聽節(jié)目，C應(yīng)配多大？+-則：結(jié)論：當(dāng)C調(diào)到204pF時，可收聽到

的節(jié)目。(1)

已知：所需信號被放大了78倍+-

信號在電路中產(chǎn)生的電流有多大？在C

上產(chǎn)生的電壓是多少？(2)已知電路在解：時產(chǎn)生諧振這時例：

某串聯(lián)諧振電路，已知L=500uH,C=2000pF,Q=50,電源電壓有效值Us=100mV,試求電路的諧振頻率f0,諧振時的電流I和電容上的電壓Uc諧振時的電流諧振時電容上的電壓例：串聯(lián)諧振電路中，U=25mV，R=50Ω，L=4mH，C=160pF。求電路的f0、I0、ρ、

Q和UC0。電壓諧振諧振的條件是：諧振阻抗

Z0=R，I達(dá)到最大（諧振電流）電源內(nèi)阻R

S及負(fù)載R

L會使電路品質(zhì)因數(shù)Q減小、諧振阻抗增大，通頻帶加寬。

Q值越高，選擇性也就越好。Bw

L和C兩端均可能出現(xiàn)高電壓（電壓諧振）

串聯(lián)諧振電路小結(jié)：

能力目標(biāo)知識目標(biāo)（1）會并聯(lián)諧振回路的選頻、濾波特性。（2）能對并聯(lián)諧振的特性進(jìn)行分析。并聯(lián)諧振的條件、基本特征、諧振曲線和通頻帶。。

任務(wù)二分析并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振時候的特點？并聯(lián)諧振時的復(fù)阻抗？并聯(lián)諧振時電壓和電流的關(guān)系？思考知識二

并聯(lián)諧振電路內(nèi)阻抗小的信號源并聯(lián)諧振電路信號源的內(nèi)阻抗很大時并聯(lián)諧振電路線圈內(nèi)阻由電感線圈和電容器相并聯(lián)構(gòu)成的諧振電路稱并聯(lián)諧振電路方向一致并聯(lián)諧振電路一、并聯(lián)諧振的條件時品質(zhì)因數(shù)無功功率為零諧振角頻率諧振頻率特性阻抗品質(zhì)因數(shù)諧振阻抗并聯(lián)諧振的參數(shù)二、并聯(lián)諧振電路的特性1.輸入阻抗Z達(dá)到最大值2.輸出電壓U達(dá)到最大值U0

與近似同相

3.電流諧振

電容支路與電感支路的電流是外加電流I的Q倍，且兩者有效值相等，相位上反相，因而他們在任何時刻之和為零而相互抵消。電容電感支路中出現(xiàn)超出外加電流有效值Q倍的大電流。并聯(lián)電路在諧振時可以把L和C并聯(lián)部分用開路替代而電壓不變。所以并聯(lián)諧振又稱電流諧振。4.電流與電壓幾乎同相已知RLC電路，已知R=10Ω，L=0.1mH，C=100pF，求諧振頻率f0和諧振阻抗丨Z0丨三、并聯(lián)諧振電路的諧振曲線1．阻抗的幅頻特性0ωωo容性感性

相頻特性()2．電壓諧振曲線

Bw通頻帶BwBw

和Q有矛盾嗎？并聯(lián)諧振時，Q值的大小對電路的選擇性的影響如何？6.2.5電源內(nèi)阻及負(fù)載電阻的影響分流作用

諧振回路的端電壓減小曲線變得平坦

品質(zhì)因數(shù)Q降低

選擇性變差為什么電阻內(nèi)阻比較大時，要采用并聯(lián)諧振電路？例R=10Ω、L=100μH的線圈和C=100pF的電容器并聯(lián)組成諧振電路。信號源為正弦電流源iS，有效值為1μA。試求諧振時的角頻率及阻抗、端口電壓、線圈電流、電容器電流，諧振時回路吸收的功率。

例：已知：解：試求：+-例：

電路如圖：已知R=10

、IC=1A、

1=45（間的相位角）、?=50Hz、電路處于諧振狀態(tài)。試計算I、I1、U、L、C之值，并畫相量圖。解：(1)利用相量圖求解相量圖如圖:由相量圖可知電路諧振，則：+-又：(2)用相量法求解設(shè)：則：例：解：圖示電路中U=220V,(1)當(dāng)電源頻率

時,UR=0試求電路的參數(shù)L1和L2(2)當(dāng)電源頻率

時,UR=U故:(1)即:I=0并聯(lián)電路產(chǎn)生諧振,即:+-

試求電路的參數(shù)L1和L2(2)當(dāng)電源頻率

時,UR=U所以電路產(chǎn)生串聯(lián)諧振,并聯(lián)電路的等效阻抗為:串聯(lián)諧振時,阻抗Z虛部為零,可得:總阻抗+-已知R1=11.54Ω，R2=1000Ω，L=200mH，電路發(fā)生串聯(lián)諧振時的角頻率ω0=103rad/s，，求電容C和諧振時的電壓諧振的條件是：諧振阻抗電感與電容支路電流IC0與IL0均比IS大Q倍（電流諧振）Q值越高，選擇性也就越好電源內(nèi)阻R

S及負(fù)載R

L會使電路品質(zhì)因數(shù)Q減小、通頻帶加寬。并聯(lián)諧振小結(jié)能力目標(biāo)知識目標(biāo)（1）了解常用非正弦周期信號及非正弦周期信號

產(chǎn)生。（2）會非正弦周期信號的頻譜分析、有效值、

平均值、平均功率的計算。（1）常見非正弦周期信號。（2）非正弦周期信號的產(chǎn)生、表示方法，有效值、平均值、平均功率的計算。任務(wù)三觀測與分析諧波信號為什么會產(chǎn)生非正弦信號？非正弦周期信號該如何表示？如何計算非正弦周期信號的有效值等？問題提出一、非正弦周期信號非正弦周期交流信號的特點

不是正弦波

按周期規(guī)律變化電路中的激勵或響應(yīng)是按非正弦周期性規(guī)律變化的電壓或電流，則稱其為非正弦周期量。當(dāng)這類激勵作用于線性電路時，其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)一般也是按非正弦周期性規(guī)律變化的。此類電路稱為非正弦周期電流電路。知識三、非正弦周期電流電路電路中產(chǎn)生非正弦交流量的原因1.電源電壓不是理想的正弦交流量例如：發(fā)電機結(jié)構(gòu)和制造方面的原因，使得發(fā)電機繞組中感應(yīng)出的電壓不是理想的正弦交流量，在這種電源的作用下，電路中就產(chǎn)生了非正弦電流和非正弦電壓。2.電路中有幾個不同頻率的電源共同作用示波器內(nèi)的水平掃描電壓周期性鋸齒波3.

電路中含有非線性元件

半波整流電路的輸出信號二、常見的非正弦周期信號尖脈沖波鋸齒波三角波矩形波周期性變化8.1.3非正弦周期信號的表示當(dāng)有兩個不同頻率的正弦信號疊加之后，得到的是一個非正弦的周期變化的信號。如果有更多的不同頻率的正弦信號相疊加，則得到的還是一個非正弦的周期變化信號。同樣，也可以把這非正弦周期變化的信號分解成一系列不同頻率的正弦信號之和。甚至還可能包含有頻率為零的直流分量。分析非正弦周期電流電路，需利用傅立葉級數(shù)將非正弦周期電壓或電流分解為一系列不同頻率的正弦電壓或電流之和，然后分別計算在各種頻率正弦電壓或電流單獨作用下在電