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串聯(lián)諧振原理在日常生活和生產(chǎn)實踐中的具體運用
點擊次數(shù):55 更新時間:2024-12-09

一、RLC串聯(lián)諧振的基本表現(xiàn) 

在RLC串聯(lián)電路中,電抗X的值決定電路的性質(zhì)。當(dāng)X>0時,電路呈感性;當(dāng)X<0時,電路呈容性;當(dāng)X=0時,電路呈阻性,電壓和電流同相,電路的這種狀態(tài)叫串聯(lián)諧振。 

下面做兩個實驗,進(jìn)一步驗證串聯(lián)諧振的典型現(xiàn)象,深入探究串聯(lián)諧振的條件、特點、規(guī)律和具體運用。 

[實驗1]: 

在實驗電路中,保持電源電壓不變,使電源的頻率由低到高變化,我們可以觀察到指示燈由暗逐漸變亮,當(dāng)電源頻率增大到一定數(shù)值時,指示燈的亮度達(dá)到最亮程度,繼續(xù)增大電源頻率,指示燈又逐漸變暗。 

[實驗2]: 

在實驗電路中,我們把電容C換成可調(diào)電容,保持電源電壓和頻率不變,改變可調(diào)電容C的大小,使其電容量由小逐漸變大,我們也能觀察到指示燈由暗逐漸變亮,當(dāng)可調(diào)電容增大到某一數(shù)值時,指示燈亮度達(dá)到,繼續(xù)增大可調(diào)電容容量,指示燈又逐漸變暗。 

二、串聯(lián)諧振的基本條件 

1、串聯(lián)諧振的定義:在RLC串聯(lián)電路中,當(dāng)電路端電壓和電流同相時,電路呈電阻性,電路的這種狀態(tài)叫串聯(lián)諧振。 

2、串聯(lián)諧振的條件 

當(dāng)電路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)時,電路呈電阻性,有Z=[R\+2+(X\-L-XC)\+2]開方=R,根據(jù)X\-L=X\-C得,ωL=1/ωC,所以有f=f\-0=1/2π(LC)的開方。 

3、分析電路實現(xiàn)諧振的方法: 

(1)當(dāng)電源頻率一定時,可調(diào)節(jié)L或C的大小來實現(xiàn)諧振。 

(2)當(dāng)電路參數(shù)L、C一定時,可改變電源頻率來實現(xiàn)諧振。 

三、串聯(lián)諧振的特點 

1、阻抗最小,且為純電阻 

Z=[R\+2+(X\-L-X\-C)\+2]的開方=R。 

2、電路中電流最大,并與電源電壓同相I=I\-0=U/R。 

3、電路兩端電壓等于總電壓,電感和電容兩端的電壓相等,且相位相反,其大小為總電壓的Q倍(電壓諧振)。 

U\-L=I\-0X\-L=U/RX\-L=ω\-0LU/R=QU 

U\-C=I\-0X\-C=U/RX\-C=U/RCω\-o=QU 

其中,Q=ω\-0L/R=1/ω\-0CR=ρ/R 

Q為串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)。 

深度分析:根據(jù)上式可知,減小電阻R的阻值,則電路消耗的能量就小,電路品質(zhì)因數(shù)就高;增大線圈的電感量L,線圈儲存的能量就多,在耗能一定時,電路的品質(zhì)因數(shù)就高,說明電路的品質(zhì)就好。 

4、當(dāng)電路發(fā)生串聯(lián)諧振時,電能僅供給電路中的電阻消耗,電源和電路間不發(fā)生能量轉(zhuǎn)換,而電感與電容間磁場能和電場能的轉(zhuǎn)換。 

四、串聯(lián)諧振的實踐及運用 

串聯(lián)諧振電路常用來對交流信號進(jìn)行選擇,例如收音機(jī)中的選擇電臺信號,即調(diào)諧,就是利用了串聯(lián)諧振原理;對講機(jī)中的選擇信號,也是利用諧振原理進(jìn)行的;各種接收機(jī)中的選臺都是利用了串聯(lián)諧振的原理。 

1、選臺原理: 

當(dāng)外加電源u\-S的頻率f=f\-0時,電路處于諧振狀態(tài),此時,電路中的總阻抗Z=R;當(dāng)f≠f\-0時,稱為電路處于失諧狀態(tài),若f<f\-0,則x\-lf\-0,則X\-L>X\-C,電路呈感性。 

2、通頻帶或頻帶寬度 

在實際應(yīng)用中,規(guī)定把電流I范圍在(0.707<i)

3、理論分析表明,串聯(lián)諧振的通頻帶為B=Δf=f\-2-f\-1=f\-0/Q 

頻率f在通頻帶以內(nèi)(即f\-1<f<f\-2)的信號,可以在串聯(lián)諧振電路中產(chǎn)生較大的電流,而頻率f在通頻帶以為(即ff\-2)的信號,僅在串聯(lián)諧振電路中產(chǎn)生很小的電流,因此諧振電路具有選頻特性。 

4、Q值越大,說明電路的選擇性越好,但頻帶較窄;反之,若頻帶越寬,則要求Q值越小,而選擇性就越差;所以,選擇性與頻帶寬度是相互矛盾的兩個物理量。 

5、當(dāng)感抗和容抗大于電阻,即X\-L=X\-C>R時,則U\-L和U\-C都高于電源電壓,為電源電壓的Q倍,如果電壓過高,可能擊穿線圈和電容器的絕緣層,造成安全隱患,因此,在電力工程中一般應(yīng)避免發(fā)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象。 

6、在無線電工程上,常用串聯(lián)諧振以獲得較高的電壓。如發(fā)生串聯(lián)諧振,電容或電感元件上的電壓常高于電源電壓幾十倍或上百倍,所以串聯(lián)諧振又稱為電壓諧振。


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