第九章     谐振电路

    由电感L和电容C组成的,可以在一个或若干个频率上发生谐振现象的电路,统称为谐振电路。在电子和无线电工程中,经常要从许多电信号中选取出我们所需要的电信号,而同时把我们不需要的电信号加以抑制或滤出,为此就需要有一个选择电路,即谐振电路。另一方面,在电力工程中,有可能由于电路中出现谐振而产生某些危害,例如过电压或过电流。所以,对谐振电路的研究,无论是从利用方面,或是从限制其危害方面来看,都有重要意义。


                       
§9.1   串联谐振的电路  

                              一. 谐振与谐振条件

                              二. 电路的固有谐振频率

                              三. 谐振阻抗,特征阻抗与品质因数

    一. 谐振与谐振条件
    由电感
L和电容C串联而组成的谐振电路称为串联谐振电路,如图9-1-1所示。其中R为电路的总电阻,即R=RL+RCRLRC分别为电感元件与电容元件的电阻; 为电压源电压,ω为电源角频率。该电路的输入阻抗为
  
其中
X=ωL-1/ωC。故得Z的模和幅角分别为
 
由式(9-1-2)可见,当
X=ωL-1/ωC=0时,即有φ=0,即 相同。此时我们就说电路发生了谐振。而电路达到谐振的条件即为
   X=ωL-1/ωC=0   (9-1-3)

图9-1-1   串联谐振电路
    二. 电路的固有谐振频率
    由式(9-1-3)可得
   
ω0称为电路的固有谐振角频率,简称谐振角频率,因为它只由电路本身的参数LC所决定。电路的谐振频率则为
   
   

式(9-4-1a)表明,当电源的角频率ω与电路的固有谐振角频率ω0相等时,电路即发生谐振。由式(9-1-4)可见,LC的值愈小,则f0ω0的值就愈高。


    三. 谐振阻抗,特征阻抗与品质因数
    电路在谐振时的输入阻抗称为谐振阻抗,用
Z0表示。由于谐振时的电抗X=0,故由式(9-1-1)得谐振阻抗为
    Z0=R
可见
Z0为纯电阻,其值为最小。
    谐振时的感抗
XL0和容抗XC0称为电路的特征阻抗,用ρ表示。即
   
可见
ρ只与电路参数LC有关,而与ω无关,且有XL0=XC0
   品质因数用
Q表示,定义为特征阻抗ρ与电路的总电阻R之比,即
   Q=ρ/R=XL0/R=XC0/R
在电子工程中,
Q值一般在10-500之间。由上式可得
   ρ=XL0=XC0=QR
故可得谐振阻抗的又一表示式为
   Z0=R=ρ/Q
在电路分析中一般多采用电路元件的品质因数。电感元件与电容元件的品质因数分别定义为

即电路的品质因数
Q,实际上可认为就是电感元件的品质因数QL。以后若提到品质因数Q,今指QL