探究串联谐振回路在电子技术中的应用

1、探究串联谐振回路在电子技术中的应用摘要：本文首先介绍了串联谐振回路的基本工作原理，然后分析了 串联请振回路的参数和特性，最后探究了串联谐振回路在电子技术中的应 用。关键词：串联谐振回路，工作原理，电子技术，应用。屮图分类号：f407. 63文献标识码：a文章编号：一、串联谐振回路的基本工作原理谐振电路在电子技术中应用很广。在收音机、电视机等电子设备中, 都有多个由电感线圈与电容器组成的谐振回路，其作用大多是选频。串联谐振回路的基本形式如图1所示，图屮l和c分别为回路电感 和电容,r s为信号源内阻,r l为负载电阻，r为回路中固有损耗电阻, 主要是电感中的导线电阻和磁心损耗。图1一般来说，与电

2、感屮的损耗相比，电容屮的损耗可忽略不计，其简 化回路如图2所示，图2 当在正弦交流电压u的激励下，通过回路的电流为: 式中，r= r + rl z= r + j(o)l-l/(nc)显然，当3l二1 /sc时，电路端口的电压与电流同相，回路发生 谐振；因是在r、i八c串联回路中发生的，故称为串联谐振。当回路发生 谐振时，具有以下特征：1、回路的阻抗最小，z二r,当端口电压u不变时，电流i最大，i二i。 二u / r (其中io称为谐振电流)，u二ir二u2、谐振时，电感上的电压和电容上的电压大小相等，相位相反，相 互抵消，即电抗电压u二uu二0,相量图如图3所示。图33、谐振时，回路与电源间不

3、发生能量交换，能量的互换只在电感和 电容之间进行。二、串联请振回路的参数和特性1、回路谐振频率f0由谐振条件知，当时3l二1/3c冋路产生谐振。此时：3二 3二1/,得 f0=l/2 n2、回路总阻z由原理图知，串联谐振回路的总阻抗为：刁二r l + r + r.+j(3l 1/sc )，谐振时阻抗最小且为纯电阻回路；失谐时阻抗变大，当f3、回 路的品质因素q f0时，冋路呈感性。3、回路的品质因素q 品质因素q定义为特性阻抗与电阻的比值,它是一个由回路参数r、l、c决定的量。4、空载回路电流i1二二，谐振时，i二5、谐振曲线由于串联电路中电流i相等，但l.c两端的电压并不一致，l两端的 电压

4、u1比电流i超前90。，而c两端的电压u则比i落后90。，u和u 的相位正好相反，因此两者串联后是互相抵消的又因为电感l两端的电 压ul二2 n fli,电容c两端的电压uc=i/(2 n fc),也即感抗x,随频率的升 高而升高，容抗x却随频率的升高而减小。因此，必然存在这样一个特定 频率f0,满足条件2irfol=l/(2nf()c),此时感抗和容抗数值相等，电感 两端的电压ul和电容两端的电压uc数值相等，而方向相反，两者相互抵 消，此时电路电流最大。由此可见，串联谐振的条件是x= xc,其谐振频 率 f0二l/(2n).串联电路的振荡频率f0,完全是山电路本身的参数来决定的，这是电 路

5、本身的固有性质，对于每一个具体的rl,c串联电路，只存在一个对应 的谐振频率f0。当外接信号源的频率与电路的谐振频率相等时，电路便发 生谐振。此时电路的电流最大，该电流流过电感线圈l和电容c,产生的 谐振电压也为最大值。人们利用谐振电路这一特点，可以达到从较宽频谱 的信号中选择某一频率信号的目的。当外接信号源频率f小于f0时，因为xc > x,冋路呈现容性，电路阻扰为xc > x,此时电流比谐振状态下小；当外接信号源频率f高于f0时,xc > x,此时回路呈现感抗，其值为xc > x,电流亦比谐振状态下小。其 电流随频率变化的曲线如图4所示。该曲线称为串联回路的谐振曲线

6、。图4山图可知：当谐振回路的q值不同，谐振曲线的形状不同,q值越大, 曲线越尖,q值越小，曲线越平坦，在q值较低的情况下，当频率偏离谐 振频率时，电流变化不大，回路对非谐振频率的抑制能力较弱，反之亦 然。即是q值越高的回路选择性越好,q值越低的回路选择性越差。串联谐振电路在谐振状态下，电路的感抗与容抗相等，相互抵消， 串联电路的总阻抗呈最小值为r,回路电流i=u/ro此时电容上的电压 uc二qu,电感上的电压u二qu。由于电感或电容两端的电压为信号源电压 􀀁的􀀁倍，因此串联谐振又称为电压谐振。6、回路的通频带定义谐振曲线1>1/二0.7

7、07 i所对应的频率范围，用bw=fo/q表示， 说明通频带与回路的q值成反比，而q值代表回路的选择性，因而这两个 指标是互相矛盾的，在应用时要合理的选用。三、串联谐振回路在电子技术中的应用根据串联谐振回路的特性，它在电子技术屮的应用很广泛，主要体 现在以下儿个方面：1、选频以收音机选频冋路为例，如图5所示为一收音机的输人冋路图，由一次侧调谐线圈l、，二次侧韧合线圈玩和可变电容c构成；l1和c构 成串联谐振选频回路。i和l2绕在磁棒上，当空中各种不同频率的电磁 波穿过磁棒时，在l1上感应岀不同频率的电动el、e2、e3?eno当调节 c使l1c谐振回路的频率与其屮个信号的频率相等时即产牛谐振，

8、此 时该频率的信号所产生的电流达到最大，而其它频率的信号产生的电流 可以忽略不计，从而在l1两端得到该频率的较大信号，通过电磁藕合到 二次侧得到该频率的信号再送到下一级冋路进行处理；如此调节c就可 以得到所要频率的信号，从而达到选频的h的。该种选频回路在其它接收 机屮也得到广泛的应用。如：无线调频话筒、对讲机、电视机等。图52、滤波在某些接收机中，为了抑制某些特定的频率对接收信号产生干扰, 常采用串联谐振回路对其吸收，从而达到抑制干扰的目的。如：电视机为 抑制相邻高频道的图像中频载频(30 m干扰和抑制相邻低频道的伴咅中频 载频(39. 5m )干扰常采用的串联谐振吸收回路。3、频率补偿如图6

9、所示为一 l c串联谐振调音频率补偿回路，以频率为15 khz 的高音为例说明其补偿过程。l5、c5、r5组成谐振频率为15 khz的串联 谐振回路，对15 khz及附近频率的信号阻抗很小，当rp5调至中间位置 时，对15 khz频率没有补偿作用，当rp 5向上滑动时,v3基极对地负反馈电阻减小，15 kiiz信号得到提升补偿；反之亦然。图6串联谐振回路除了以上几个方面的应用外，还在频幅和频相转换、阻 抗变换等高频电路屮得到较为广泛的应用。参考文献：1 刘徳辉，刘喜荣.电路基础m 中国水利水电出版社,20042 李翰抓电路分析（上册）m （修仃本）中央广播电视大学出版 社，1989.3 谢嘉奎电子线路（非线性部分）m .高等教育出版社，20014 黄亚平高频电子线路m 机械工业出版社,20025 陶宏伟收录机原理与维修（第二版）m