第2章 谐振回路的基本特性

第一章谐振过电珏的特性和分类在电力系统中，由于断路器操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，引起系统内部电磁能量的振荡转化或传递所造成的电压升高，称为电力系统内部过电压。

内部过电压分为两大类，即因操作或故障引起的瞬时(以毫秒计)电压升高，称为操作过电压；在瞬间过程完毕后出现的稳态性质的工频电压升高或谐振现象，称为暂时过电压。

暂时过电三虽具有稳定性，但只是短时存在或不允许其长期存在。

相对于三章运行时间，它是“暂时”的。

第一节谐振的特性电力系统具有一系列的电气设备(包括断路器、变压器、输电线路、互感器、电抗器、电容器等)，在系统进行操作或发生。

可组成极为复杂的电感、电容的振荡回路。

在正常运行时。

振荡现象是不容易发生的，这是因为系统中的有功负荷会对电气振荡回路产生巨大阻尼。

在多电源电网内，如图1—1(a)所示。

即使传输功率为零，短线路中的各点电位也由电源电势所固定，不可能产生主振荡过程，但在某些特定条件下，例如在超高压第1页输电线路和中性点不接地电网中，则需采取某些附加措施和补偿设备，以使各点的正常运行电压处在规定的容许范围之内。

当断路器操作或电力系统发生故障时，电网内的某些回路或元件将被分割开来。

图1—1(b)为断路器QF断开后，形成了主要以串联补偿电容C(或开关的断口电容器)和终端变压器(或电压互感器)的励磁电感L所组成的L、C振荡回路。

在一定的能源作用下，就有可能产生串联谐振现象，引起谐振过电压。

所谓谐振(共振)，是指振荡回路中的一种周期性的或准周期性的运行状态，其特征是于某一个或几个谐波幅值的急剧上升。

在通常情况下，串联谐振现象会在电网的某一个部分设备(元件)造成过电压，以致危及电气设备的绝缘；对于小容量的电感元件(例如电压互感器)，谐振还会使它产生巨大的过电流，在严重情况下，造成电感线圈及其保护熔丝的过热烧毁。

谐振过电压不仅会在进行操作或发生故障的较短时间的过程中产生，而且可能在过渡过程结束后较长时间内长期稳定存在，直到发生新的操作，谐振条件受到破坏时为止。

谐振回路的工作原理谐振回路（Resonant Circuit）是一种电路，它在特定的频率下具有理想的电阻和电流特性。

谐振回路主要由电感（Inductor）和电容（Capacitor）组成，并通过振荡器（Oscillator）产生频率稳定的交流电。

一、电感的作用电感是由导线卷绕而成的线圈，通过电流的变化而产生磁场。

当交流电通过电感时，由于电流的改变会产生磁场的变化，从而导致电感中产生感应电动势（EMF）。

根据安培定律，感应电动势的方向与电流改变的方向相反。

因此，电感在电路中起到阻碍电流改变的作用。

二、电容的作用电容是由两个导体板和介质之间的绝缘体组成。

当电容器两端施加电压时，正极上将积聚正电荷，负极上将积聚负电荷，形成电场。

电容器存储电荷的能力称为电容，通常以法拉（Farad）为单位。

电容的作用是存储和释放电荷。

三、谐振频率的计算当谐振回路处于谐振时，电感和电容之间的磁场和电场之间的能量会不断互相转换。

这种能量转换以理想情况下没有能量损耗的形式发生。

谐振频率的计算公式如下：f = 1 / (2 * π * √(LC))其中，f表示谐振频率，L表示电感，C表示电容。

四、谐振回路的工作原理当谐振回路的谐振频率与输入交流电源的频率相等时，谐振回路可以产生共振。

在共振状态下，电感和电容之间的能量转换达到最大值，电路中的电流和电压也达到最大值。

当输入交流电源的频率不是谐振频率时，谐振回路的阻抗会增加，导致电流和电压减小。

这是因为电感和电容对频率不同的信号有不同的阻抗特性，它们共同抵消了外部电源的能量。

在谐振回路中，电感和电容之间的互相作用产生了阻抗，即电路对交流电的阻抗特性。

在谐振频率下，电感和电容之间的阻抗互补，导致总阻抗最小。

在其他频率下，电感和电容之间的阻抗不互补，导致总阻抗增加。

因此，谐振回路可以用作选择特定频率的信号，或用作滤波器来消除非期望的频率。

谐振回路在通信、广播和无线电技术等领域中广泛应用。

高频电子电路第一章习题与答案(一)填空题1、语音信号的频率范围为，图象信号的频率范围为，音频信号的频率范围为。

（答案：300~3400Hz；0~6MHz；20Hz~20kHz）2、无线电发送设备中常用的高频电路有、、、。

（答案：振荡器、调制电路、高频放大器、高频功率放大器）3、无线电接收设备中常用的高频电路有、、、。

（答案：高频放大器、解调器、混频器；振荡器）4、通信系统的组成：、、、、。

（答案：信号源、发送设备、传输信道、接收设备、终端）5、在接收设备中，检波器的作用是。

（答案：还原调制信号）6、有线通信的传输信道是，无线通信的传输信道是。

（答案：电缆；自由空间）7、调制是用音频信号控制载波的、、。

（答案：振幅；频率；相位）8、无线电波传播速度固定不变，频率越高，波长；频率；波长越长。

（答案：越短；越低）（二）选择题1、下列表达式正确的是。

A）低频信号可直接从天线有效地辐射。

B）低频信号必须转载到高频信号上才能从天线有效地辐射。

C）高频信号及低频信号都不能从天线上有效地辐射。

D）高频信号及低频信号都能从天线上有效地辐射。

（答案：B）2、为了有效地发射电磁波，天线尺寸必须与相比拟。

A）辐射信号的波长。

B）辐射信号的频率。

C）辐射信号的振幅。

D）辐射信号的相位。

（答案：A）3、电视、调频广播和移动通信均属通信。

A）超短波B）短波C）中波D）微波（答案：A）（三）问答题1、画出通信系统的一般模型框图。

2、画出用正弦波进行调幅时已调波的波形。

3、画出用方波进行调幅时已调波的波形。

第二章谐振回路的基本特性（一）填空题1、LC选频网络的作用是。

（答案：从输入信号中选出有用频率的信号抑制干扰的频率的信号）2、LC选频网络的电路形式是。

（答案：串联回路和并联回路）3、在接收机的输入回路中，靠改变进行选台。

（答案：可变电容器电容量）4、单位谐振曲线指。

（答案：任意频率下的回路电流I与谐振时回路电流I0之比）5、LC串联谐振电路Q值下降，单位谐振曲线，回路选择性。

lc电路在调谐放大器和lc振荡电路等很多电子电路中具有十分重要的作用,是不可缺少的组成部分,它的性能好坏直接关系到电子设备的质量。

为了描述lc回路的性能,引人了一个重要概念即品质固数。

但一些教材和资料对各种品质固数没有严格区分,容易使学生产生误解。

现对这个问题,进行探讨和分析1、元件的品质因数lc回路的组成元件是电感l和电容c,虽然它们都是电抗性元件,但实际上都不是理想电感和理想电容,都存在损耗。

电感线圈一般由铜线绕制而成,有的还采用磁芯,固此都有损耗。

实际电感可以看作由电感l及损耗电阻rl串联而成,如图a所示。

但我们需要的毕竟是它的电抗性,即它的感抗ωl必须远大于损耗电阻rl。

为此引入品质固数ql来描述它的电抗性:ql=ωl/rl一个电感线圈的ql值越高,就越接近于理想电感。

通常,实用电感线圈的ql值可达50～200。

同样,实际电容也存在损耗和泄漏,忽略漏电阻,它可看作电容c及损耗电阻rl串联而成,如图b,也可用品质因数qc来衡量实际电容的容抗性:qc=1/ωcrl。

一般电容的损耗电阻至少比电感的损耗电阻小一个数量级,所以lc回路中,实际电容常被看作无损耗的理想电容,如图c。

当图中实际电感和电容有电流i流过时,电感中的无功功率ql=i2ωl,电容中的无功功率ql=i2/ωc,损耗电阻rl和rl上的有功功率prl和prc分别为:prl=i2rl,prc=i2rc。

简单分析可得出,ql和qc即是实际电感和电容上无功功率和有功功率的比值,这就是其实质含义。

元件的品质因数愈大,则损耗功率相对愈小,所构成的lc回路谐振特性愈好。

2、谐振回路的品质因数定义了元件的品质因数,可仿此法定义lc谐振回路的品质因数。

固为lc回路在电子电路中大都工作在谐振状态,所以为了描述谐振特性,在谐振频率ω。

处定义谐振回路的品质因数为无功功率和有功功率之比。

谐振回路可分为串联谐振回路和并联谐振回路。

实际电感、电容和激励源相串联,电路称为串联谐振回路,如图2(a)。