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串联谐振电路一、串联谐振的定义和条件在电阻、电感、电容串联电路中，当电路端电压和电流同相时，电路呈电阻性，电路的这种状态叫做串联谐振。可以先做一个简单的实验，如图8-20所示，将：三个元件R、L和C与一个小灯泡串联，接在频率可调的正弦交流电源上，并保持电源电压不变。实验时，将电源频率逐渐由小调大，发现小灯泡也慢慢由暗变亮。当达到某一频率时，小灯泡最亮，当频率继续增加时，又会发现小灯泡又慢慢由亮变暗。小灯泡亮度随频率改变而变化，意味着电路中的电流随频率而变化。怎么解释这个现象呢?在电路两端加上正弦电压U，根据欧姆定律有图8-20||UIZ式中22221||()()LCZRXXRLCL和1C部是频率的函数。但当频率较低时，容抗大而感抗小，阻抗|Z|较大，电流较小；当频率较高时，感抗大而容抗小，阻抗|Z|也较大，电流也较小。在这两个频率之间，总会有某一频率，在这个频率时，容抗与感抗恰好相等。这时阻抗最小且为纯电阻，所以，电流最大，且与端电压同相，这就发生了串联谐振。根据上述分析，串联谐振的条件为LCXX即001LC或01LC012fLC0f称为谐振频率。可见，当电路的参数L和C一定时，谐振频率也就确定了。如果电115源的频率一定，可以通过调节L或C的参数大小来实现谐振。二、串联谐振的特点（1）因为串联谐振时，LCXX，故谐振时电路阻抗为0||ZR（2）串联谐振时，阻抗最小，在电压U一定时，电流最大，其值为00||UUIZR由于电路呈纯电阻，故电流与电源电压同相，0（3）电阻两端电压等于总电压。电感和电容的电压相等，其大小为总电压的Q倍，即0RUURIRUR即00001LCLCLUUXIXIUUQURCR式中Q为串联谐振电路的晶质因数，其值为001LQRCR谐振电路中的品质因数，—般可达100左右。可见，电感和电容上的电压比电源电压大很多倍，故串联谐振也叫做电压谐振，线圈的电阻越小，电路消耗的能量也越小，则表示电路品质好，品质因数高；若线圈的电感量L越大，储存的能量也就越多,而损耗一定时,同样也说明，电路品质好，品质因数高。所以在电子技术中，由于外来信号微弱，常常利用串联谐振来获得一个与信号电压频率相同，但大很多倍的电压。（4）谐振时，电能仅供给电路电阻的消耗，电源电路间不发生能量转换，而电感与电容间进行着磁能和电能的转换。三、串联谐振的应用在收音机中，常利用串联谐振电路来选择电台信号，这个过程叫做调谐，如图8-21（a）所示。图8-21(b)是它的等效电路。116图8-21当各种不同频率信号的电波在天线上产生感生电流时，电流经过线圈1L感应到线圈2L。如果振荡电路对某一信号频率发生谐振时，回路中该信号的电流最大，则在电容器两端产生一高于此信号电压Q倍的电压CU。而对于其它各种频率的信号，因为没有发生谐振，在回路中电流很小，从而被电路抑制掉。所以，可以改变电容C，以改变回路的谐振频率来选择所需耍的电台信号。四、谐振电路的选择性由上节的分析看出，由联谐振电路具有“选频”的本领。如果一个谐振电路，能够比较有效地从邻近的不伺频率中选择出所需要的频率，而相邻的不需要的频率，对它产生的干扰影响很小，我们就说这个谐振电路的选择性好，也就是说它具有较强的选择信号的能力。如果以频率(或f)作为自变量，把回路电流i作为它的函数，绘成函数曲线，就是图8-22所示的谐振曲线。显然，谐振曲线越陡，选择性越好。那么谐振电路选择性的好坏由什么因素决定呢?在RLC串联电路中，设端电压为U，阻抗为|Z|，则图8-221172222000022200022000||1()1()()()1()()UUIZRLCURLCURLULRR式中,001LQRCR,0UIR,所以022001()IIQ上式表明了RLC串联回路中的电流I和角频率的函数关系，对于一个给定自的电路来说，谐振电流0I是—个常数。因此，从式中可以看出，电流对频率的变化关系与品质因数Q有关。我们给出几个不同的Q位，例如取Q为10、50、100等等，并将上式改写成以下的形式2200011()IIQ