学习情境五 收音机调谐电路的分析与测试课件

学习情境五收音机调谐电路的分析与测试知识目标掌握串联谐振和并联谐振的特点及应用了解电路中产生非正弦交流量的原因了解非谐波和频谱的概念

技能目标会分析串联谐振和并联谐振电路能应用串联谐振和并联谐振回路的选频特性。能对串联谐振和并联谐振的特性进行测试与分析。会非正弦周期信号的频谱分析、有效值、平均值、平均功率计算素质目标实事求是的学风、创新意识、创新精神、职业道德意识任务一、分析测试串联谐振电路任务二、分析并联谐振电路任务三、观测与分析谐波信号情境任务1、普通收音机如何调台？2、调台时到底调什么？3、为什么有的收音机噪音大，有的却很小？4、为什么有时会听到几个电台同时广播？问题提出能力目标知识目标（1）能深刻理解谐振的概念。（2）能应用串联谐振回路的选频特性。（3）能对串联谐振的特性进行测试与分析。

(1)谐振的概念。(2)串联谐振的条件、基本特征、谐振曲线和通频带。

任务一分析测试串联谐振电路

串联谐振时候的特点？串联谐振时的复阻抗？串联谐振时电压和电流的关系？思考1、谐振的概念：由电感L和电容C组成的，可以在某个频率上发生谐振现象的电路，统称为谐振电路。

含有电感和电容的不含独立源的二端网络，在一定条件下形成的网络端电压和总电流同相的现象。知识一串联谐振一、串联谐振条件条件谐振频率根据谐振条件：可得谐振频率为：ω0只由电路本身的参数L，C所决定，所以把ω0称为电路的固有谐振角频率，简称谐振角频率。二、

串联谐振电路的特性阻抗和品质因数谐振阻抗纯电阻谐振时的感抗谐振时的容抗特性阻抗

(Ω)

只与电路参数L，C有关，而与

无关。品质因数（10~500）衡量谐振电路的性质三、串联谐振电路的特性(1)Z0为纯电阻，即Z0=R，此时Z0值为最小；(2)电压电流同相，且电流达到最大值谐振电流(3)电路中L和C两端电压大小相等，相位相反，相互抵消ULO与UCO是外加电压的Q倍串联谐振时电路吸收的无功功率为零电压谐振电感与电容两端电压的有效值相等，相位上相反，因为他们在任何时刻之和为零，相互抵消。串联电路在谐振是可以把L和C串联部分用“短路”替代而电流不变。(4)谐振时,L和C两端均可能出现高电压.在电力工程中表现为有害，应预防在无线电和电子工程中极为有用，串联谐振电路的这个特性在通信与无线电技术中得到广泛的应用。例如，收音机的输入电路就是一个串联谐振电路，它之所以能从众多广播电台的微弱信号中将所需电台的信号鉴别与选择出来，正是依靠电路对某电台的信号频率谐振时可从电容上获得比输入信号大Q倍的电压来实现。在电力系统中，由于电源电压数值较高，串联谐振产生的高电压会引起电气设备的损坏，因此，设计这种电路时要考虑设法避免出现谐振或接近谐振的情况。四、串联谐振的谐振曲线

电流、电压、阻抗随频率变化而变化

频率特性曲线谐振曲线

频率1．频率特性曲线

幅频特性

相频特性

当

＝

0时，阻抗为纯电阻且阻抗值最小0ωXLXCRω0

相频特性时，时，时，0ωωo容性感性2、电流谐振曲线

＝

0时电流最大值

Z

随

变化，导致回路电流有效值的大小亦随

变化而变化。串联谐振回路中电流有效值大小随电源频率变化的曲线称为串联谐振回路的的电流幅频曲线，又称电流谐振曲线

很小时，I与

成正比，

＝

0时电流达到最大值，

很大时，I与

几乎成反比，

→∞，I=0。

2、当偏离谐振频率时，由于电抗的增加，电流将从谐振时的极大值下降，这表明电路逐渐增强它对电流的抑制能力。

结论：串联谐振电路具有选择接近于谐振频率附近的电流的性能，这种性能在无线电技术中称为选择性。电路选择性的好坏与电流的频率特性曲线在谐振频率附近的尖锐程度有关，即与电流的变化陡度有关。1、电路只有在谐振频率附近的一段频率内，电流的有效值才有较大的值，而在＝

0，谐振频率出现极大值。3．通用谐振曲线自变量因变量，相对抑制比以ω/ω0为自变量，以I/I0为因变量、以不同品质因数Q为参变量作出的谐振曲线称为通用电流谐振曲线。

Q值↑，曲线就尖锐，表明电路对非谐振频率的电流具有较强的抑制能力，谐振电路的选择性就好；Q值↓，曲线就平坦，如Q=1时，则在谐振频率附近，电流变化不大，曲线的顶部形状比较平缓，选择性就差。结论：曲线的尖锐度与Q值成正比对于Q值相同的任何RLC串联谐振电路只有一条曲线与之对应串联谐振电路的通用曲线

当ω/ω0=0时，Uc=Us，全部电压降落在电容上。

当ω/ω0=1时，即谐振时，Uco=QU。

当ω/ω0>1而趋于无穷大时，Uc继续下降，最后趋于0。五、串联谐振电路的选择性与通频带工程中为了定量地衡量选择性，常用通频带来说明谐振电路选择性的好坏。定义：当电源的ω（或f）变化时，使电流（或使I衰减3dB）的频率范围称为电路的通频带（pass-band）并以Bw表示

谐振电路允许通过信号的频率范围.通频带（BW）Bw

上限截止频率带宽(通频带)通频带Bw与品质因数Q值成反比，Q越高谐振曲线越尖锐，通频带就越窄，回路的选择性就越强。但通频带过窄，信号通过谐振回路容易产生幅度失真，所以Q值并不是越大越好应保证信号通过回路后幅度失真不超过允许的范围，在此前提下，尽可能提高回路的选择性

Q值越大，谐振点附近信号衰减越快，选择性越强Q1Q2Q2>Q10

谐振通用曲线六、电压源内阻及负载电阻的影响有载品质因数无载品质因数，串联谐振回路适用于低内阻的电源串联谐振应用举例接收机的输入电路：接收天线：组成谐振电路电路图调C，对所需信号频率产生串联谐振等效电路+-最大则为来自3个不同电台(不同频率)的电动势信号例：已知：解：若要收听节目，C应配多大？+-则：结论：当C调到204pF时，可收听到

的节目。(1)

已知：所需信号被放大了78倍+-

信号在电路中产生的电流有多大？在C

上产生的电压是多少？(2)已知电路在解：时产生谐振这时例：

某串联谐振电路，已知L=500uH,C=2000pF,Q=50,电源电压有效值Us=100mV,试求电路的谐振频率f0,谐振时的电流I和电容上的电压Uc谐振时的电流谐振时电容上的电压例：串联谐振电路中，U=25mV，R=50Ω，L=4mH，C=160pF。求电路的f0、I0、ρ、

Q和UC0。电压谐振谐振的条件是：谐振阻抗

Z0=R，I达到最大（谐振电流）电源内阻R

S及负载R

L会使电路品质因数Q减小、谐振阻抗增大，通频带加宽。

Q值越高，选择性也就越好。Bw

L和C两端均可能出现高电压（电压谐振）

串联谐振电路小结：

能力目标知识目标（1）会并联谐振回路的选频、滤波特性。（2）能对并联谐振的特性进行分析。并联谐振的条件、基本特征、谐振曲线和通频带。。

任务二分析并联谐振电路并联谐振时候的特点？并联谐振时的复阻抗？并联谐振时电压和电流的关系？思考知识二

并联谐振电路内阻抗小的信号源并联谐振电路信号源的内阻抗很大时并联谐振电路线圈内阻由电感线圈和电容器相并联构成的谐振电路称并联谐振电路方向一致并联谐振电路一、并联谐振的条件时品质因数无功功率为零谐振角频率谐振频率特性阻抗品质因数谐振阻抗并联谐振的参数二、并联谐振电路的特性1.输入阻抗Z达到最大值2.输出电压U达到最大值U0

与近似同相

3.电流谐振

电容支路与电感支路的电流是外加电流I的Q倍，且两者有效值相等，相位上反相，因而他们在任何时刻之和为零而相互抵消。电容电感支路中出现超出外加电流有效值Q倍的大电流。并联电路在谐振时可以把L和C并联部分用开路替代而电压不变。所以并联谐振又称电流谐振。4.电流与电压几乎同相已知RLC电路，已知R=10Ω，L=0.1mH，C=100pF，求谐振频率f0和谐振阻抗丨Z0丨三、并联谐振电路的谐振曲线1．阻抗的幅频特性0ωωo容性感性

相频特性()2．电压谐振曲线

Bw通频带BwBw

和Q有矛盾吗？并联谐振时，Q值的大小对电路的选择性的影响如何？6.2.5电源内阻及负载电阻的影响分流作用

谐振回路的端电压减小曲线变得平坦

品质因数Q降低

选择性变差为什么电阻内阻比较大时，要采用并联谐振电路？例R=10Ω、L=100μH的线圈和C=100pF的电容器并联组成谐振电路。信号源为正弦电流源iS，有效值为1μA。试求谐振时的角频率及阻抗、端口电压、线圈电流、电容器电流，谐振时回路吸收的功率。

例：已知：解：试求：+-例：

电路如图：已知R=10

、IC=1A、

1=45（间的相位角）、ƒ=50Hz、电路处于谐振状态。试计算I、I1、U、L、C之值，并画相量图。解：(1)利用相量图求解相量图如图:由相量图可知电路谐振，则：+-又：(2)用相量法求解设：则：例：解：图示电路中U=220V,(1)当电源频率

时,UR=0试求电路的参数L1和L2(2)当电源频率

时,UR=U故:(1)即:I=0并联电路产生谐振,即:+-

试求电路的参数L1和L2(2)当电源频率

时,UR=U所以电路产生串联谐振,并联电路的等效阻抗为:串联谐振时,阻抗Z虚部为零,可得:总阻抗+-已知R1=11.54Ω，R2=1000Ω，L=200mH，电路发生串联谐振时的角频率ω0=103rad/s，，求电容C和谐振时的电压谐振的条件是：谐振阻抗电感与电容支路电流IC0与IL0均比IS大Q倍（电流谐振）Q值越高，选择性也就越好电源内阻R

S及负载R

L会使电路品质因数Q减小、通频带加宽。并联谐振小结能力目标知识目标（1）了解常用非正弦周期信号及非正弦周期信号

产生。（2）会非正弦周期信号的频谱分析、有效值、

平均值、平均功率的计算。（1）常见非正弦周期信号。（2）非正弦周期信号的产生、表示方法，有效值、平均值、平均功率的计算。任务三观测与分析谐波信号为什么会产生非正弦信号？非正弦周期信号该如何表示？如何计算非正弦周期信号的有效值等？问题提出一、非正弦周期信号非正弦周期交流信号的特点

不是正弦波

按周期规律变化电路中的激励或响应是按非正弦周期性规律变化的电压或电流，则称其为非正弦周期量。当这类激励作用于线性电路时，其稳态响应一般也是按非正弦周期性规律变化的。此类电路称为非正弦周期电流电路。知识三、非正弦周期电流电路电路中产生非正弦交流量的原因1.电源电压不是理想的正弦交流量例如：发电机结构和制造方面的原因，使得发电机绕组中感应出的电压不是理想的正弦交流量，在这种电源的作用下，电路中就产生了非正弦电流和非正弦电压。2.电路中有几个不同频率的电源共同作用示波器内的水平扫描电压周期性锯齿波3.

电路中含有非线性元件

半波整流电路的输出信号二、常见的非正弦周期信号尖脉冲波锯齿波三角波矩形波周期性变化8.1.3非正弦周期信号的表示当有两个不同频率的正弦信号叠加之后，得到的是一个非正弦的周期变化的信号。如果有更多的不同频率的正弦信号相叠加，则得到的还是一个非正弦的周期变化信号。同样，也可以把这非正弦周期变化的信号分解成一系列不同频率的正弦信号之和。甚至还可能包含有频率为零的直流分量。分析非正弦周期电流电路，需利用傅立叶级数将非正弦周期电压或电流分解为一系列不同频率的正弦电压或电流之和，然后分别计算在各种频率正弦电压或电流单独作用下在电