电工学电路中的谐振电子教案.docx

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第（ ）次课 授课时间（30分钟）
教学章节
§3.8 电路中的谐振
学时
30分钟
教材
和参考书
《电工学》（少学时） 唐介主编
《电路分析基础》（第三版） 张永瑞主编
教学目的与要求（教学重点、难点）：
目的：
1.重点理解串、并联谐振的条件与特点；
2.理解串、并联谐振的实质与应用；
重 点：
识记串、并联谐振产生的条件与特点；
难 点：
理解串、并联谐振的实质。

教学内容与时间安排；教学方法；手段；

主要内容：
1、 谐振的引入及概念：5分钟；
2、 串、并联谐振的条件与特点：15分钟；
3、 串、并联谐振应用举例：5分钟；
4、 实验室验证串联谐振：3分钟；
5、小结：2分钟。

教学方法、手段：
本节以讲授为主，并借助多媒体形象、生动的特点让学员理解谐振的基本概念。同时，应用举例加深学员对谐振电路特点的理解。

授课内容
基本内容
备注
（导入）由案例1、2大桥共振现象引入电路中的谐振现象。
1.俄罗斯伏尔加大桥共振现象（视频）
2.重庆綦江虹桥共振现象（真实事件）
一、电路中的谐振现象
1、谐振的定义
在既有电容又有电感的电路中，当电源的频率和电路的参数符合一定的条件时，电路中总电压与总电流的相位相同，整个电路呈电阻性，这种现象称为谐振。
2、谐振的分类
按照电路的组成结构可分为：
并联交流电路 → 并联谐振
串联交流电路 → 串联谐振
交流电路

二、串联谐振
（一）谐振的条件及谐振频率
由串联电路的特点可知：通过电阻、电容和电感的电流与电路中总电流的大小是相等的，而电压、电流又都是相量，所以先画出串联交流电路的相量图。我们以电流为参考相量：

由相量图可知：当电容电压和电感电压相等时，由于它们方向相反，电路中的总电压就等于电阻上的电压，总电压与总电流的相位相同，电路呈现电阻性，发生串联谐振。

两边同时除以电流可得：

（二）串联谐振的特点
1. L和C串联部分相当于短路；
2. UL和UC将远远大于U和UR，串联谐振又称为电压谐振。

例1、串联谐振在电力工程中的应用:

对MOA避雷器作的高压实验——几十万伏工频电压

例2、下图为收音机的接收电路，各地电台所发射的无线电电波在天线线圈中分别产生各自频率的微弱的感应电动势 e1 、e2 、e3 、…调节可变电容器，使某一频率的信号发生串联谐振，从而使该频率的电台信号在输出端产生较大的输出电压，以起到选择收听该电台广播的目的。

三、并联谐振
（一） 谐振的条件及谐振频率
由并联电路的特点可知：电阻、电容和电感两端的电压与电源总电压的大小是相等的，而电压、电流又都是相量，所以先画出并联交流电路的相量图。我们以电压为参考相量：

由相量图可知：当电容电流和电感电流相等时，由于它们方向相反，电路中的总电流就等于电阻上的电流，总电压与总电流的相位相同，电路呈现电阻性，发生并联谐振。

由于并联电路两端的电压相等，可得：

（二）并联谐振的特点
1. L和C并联部分相当于开路；
2. IL和IC将远远大于I和IR，并联谐振又称为电流谐振。
例3、下图所示电路中，外加电压含有 800Hz 和 2000Hz两种频率的信号，现要滤掉 2000 Hz 的信号，使电阻R上只有800Hz的信号，若 L = 12 mH，C值应是多少？

解：只要使 2000 Hz 的信号在LC并联电路中产生并联谐振，ZLC→∞，该信号无法通过，R 上只有800 Hz的信号。

四、实验验证
如图所示：在用Multisim仿真软件连接的RLC串联交流电路中，电容选用C1=2.2nF，电感选用L1=1mH，电阻选用R1=510Ω。电源电压uS 处接低频正弦函数信号发生器，电阻、电容、电感处分别接交流毫伏表。保持低频正弦函数信号发生器输出电压不变，改变信号源频率（由小逐渐变大），观察交流毫伏表的电压值。

介绍收音机接收广播电台信号和武警电台接收信号的原理引出电路中的谐振现象。

重点：相量图的画法。

扩展：收音机的调谐旋钮就是可调电容，波段旋钮就是可变电感，调节电容、电感的大小，满足谐振条件，就可以接收相应的广播节目，串联谐振电路具有选择频率的作用。

教案尾頁
回顾和小结

复习思考题或作业题
P90: 3.8.1、3.8.2

实施情况及分析
1.学生对于串、并联交流电路相量图的画法及电感、电容元器件的性质还有待进一步加强理解；
2.学生对于串、并联谐振电路的特点和实质还需进一步加强。