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《浅谈谐振电路和品质因数Q值的物理意义及教学思路》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、JournalofJilinRadioandTVUniversityNo.1,2013(TotalNo.133)5吉林广播电视大学学报62013年第1期(总第133期)学术论坛浅谈谐振电路和品质因数Q值的物理意义及教学思路雷志坤(广西机电职业技术学院,广西南宁530007)摘要:谐振是电路在运行过程中的一个特殊状态,处于谐振状态的电路具有明显而独特的特征;电路品质因数Q值的物理意义在于揭示了电路谐振程度的强弱,体现了电路对信号源频率的选择性以及电路中无功功率对有功功率的比例。充分理解谐振和品质因数的物理含义对掌握和应用其原理起到事半功倍的效果。本文从实用角度出发,通过对常
2、见应用实例分析引出谐振的概念及其学习重点,并通过对比方法讨论了两种典型谐振的特点及品质因数Q值物理意义区别,给电路分析相关内容的教学提供了一些有效的参考方法。关键词:谐振;品质因数Q值;物理意义;讨论中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1008-7508(2013)01-0123-03引言振回路。谐振是电路在运行过程中出现的一种特殊物理现象,其重要性从无线电通信等技术中的应用中可见一斑。具有电感和电容元件的不含独立激励源二端电路网络,当网络的输入阻抗等效为纯电阻时,该电路发生了谐振现象,谐振时电感感抗大小等于电容容抗,网络端口的电压和电流同相位,在电感或电容上将获
3、得比端口信号大得多的信号响应量。Q值的物理意义体现了一个电路发生谐振的强弱程度和电路对输入信号选频性的好坏。然而,在电路分析教学中,我们常常发现学生(尤其是高、中职学校的学生)对谐振其品质因数Q这些重要概念的物理含义理解不清或一知半解,究其原因主要是因为其概念较为抽象,教材中又多采用复杂而繁琐的数学公式推导,直观性不强,造成学生对这些概念的理解出现一定程度的困难,将影响到他们后续课程的学习效果。如何才能便捷有效地理解电路中的谐振和品质因数等概念呢?笔者在多年的教学实践中总结出一些较为理想的教学方法,现归纳为以下几点供同行们探讨。一、举例说明谐振概念及其品质因数Q值的物理意
4、义1、谐振的概念及典型应用举例现以最常见的收音机输入回路(即调台电路)为例。如图1为简单的收音机信号输入等效电路,由天线和电阻R、电感L及电容C组成,其中,R、L、C构一个串联谐收稿日期:2012-11-27作者简介:雷志坤(1966~),广西机电职业技术学院讲师,研究方向:电子技术、实验实训教学。#123#学术论坛雷志坤浅谈谐振电路和品质因数Q值的物理意义及教学思路当从天线接收到的微弱音频信号传送到RLC串联回路中时,则相当于给回路加入了若干个不同频率的独立信号源,例如u1、u2和u3等,它们的角频率分别为X1、X2和X3(相当于对应三个不同电台的频率为f1、f2和f3
5、)。如果我们调节可变电容器C(即收音机的调台旋钮),当使得电感的感抗和电容容抗相等即XL=XC时,电路发生了串联谐1振现象。谐振点频率的计算公式为:fo=,此时如2PLC图3果RLC串联电路中的固有频率f与天线输送来的某个电台RLC串联回路当处于谐振状态时,电路呈纯电阻性,信号(例如信号源u2)的频率f2刚好相等或很接近时,那端口电压和电流同相位,感抗与容抗相等,其谐振点频率么该电台的信号将在回路中造成串联谐振,其效果是该电111的推算公式为:XL=]X]]FO=。如果台信号引起的电流在输入回路中将是最大的,从而在电容XCLC2PLC或电感上造成的电压输出也是最大,且比原
6、输入信号电压外加信号源频率与电感、电容值满足上述条件,电路就可u2要大许多倍(设为Q倍);而其它电台的信号(例如f1以产生串联谐振了。由于串联谐振时电路的阻抗Z=R最和f3)因偏离谐振点较远,在回路中引起的电流很小,那小,因此电路中的电流与非谐振时相比为最大,电感和电么在电容或电感上造成的电压输出也很小,可以忽略不计。容上获得的电压值亦最大,且比端口处信号源的电压要大因此只有处于谐振频率的电台信号u2能够以最大能量有效Q倍,故也称之为/电压谐振0。从能量转换角度来看,此地向后方电路继续传递,而其他电台的信号均被抑制或筛时的电容和电感虽然都在做/激烈运动0,但它们并不从端除
7、,这就是收音机输入选频回路利用电路谐振的特点对电口电源吸取任何能量,电源提供的能量只给电阻部分消耗;台信号进行选择接收的基本原理,称为/调谐0(见图2)。电路中大部分能量将以电场能和磁场能的形式在电容和电2、电路品质因数Q的物理意义感中进行互补性交换,不会损耗掉,也不与电源做能量交以上述收音机输入电路为例,当电路处于谐振状态换,其所体现的功率为无功功率。(RLC串联谐振)时,因感抗与容抗相等,故电路的总阻抗串联谐振适用于较低内阻电源的电路,若电源的内阻最小(等于电路中的电阻部分),电流最大(设为I0)。谐过大,则会严重降低电路
