雷志坤

(廣西機電職業(yè)技術(shù)學院,廣西南寧 530007)

引言

諧振是電路在運行過程中出現(xiàn)的一種特殊物理現(xiàn)象,其重要性從無線電通信等技術(shù)中的應(yīng)用中可見一斑。具有電感和電容元件的不含獨立激勵源二端電路網(wǎng)絡(luò),當網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗等效為純電阻時,該電路發(fā)生了諧振現(xiàn)象,諧振時電感感抗大小等于電容容抗,網(wǎng)絡(luò)端口的電壓和電流同相位,在電感或電容上將獲得比端口信號大得多的信號響應(yīng)量。Q值的物理意義體現(xiàn)了一個電路發(fā)生諧振的強弱程度和電路對輸入信號選頻性的好壞。然而,在電路分析教學中,我們常常發(fā)現(xiàn)學生(尤其是高、中職學校的學生)對諧振其品質(zhì)因數(shù)Q這些重要概念的物理含義理解不清或一知半解,究其原因主要是因為其概念較為抽象,教材中又多采用復(fù)雜而繁瑣的數(shù)學公式推導(dǎo),直觀性不強,造成學生對這些概念的理解出現(xiàn)一定程度的困難,將影響到他們后續(xù)課程的學習效果。

如何才能便捷有效地理解電路中的諧振和品質(zhì)因數(shù)等概念呢?筆者在多年的教學實踐中總結(jié)出一些較為理想的教學方法,現(xiàn)歸納為以下幾點供同行們探討。

一、舉例說明諧振概念及其品質(zhì)因數(shù)Q值的物理意義

1、諧振的概念及典型應(yīng)用舉例

現(xiàn)以最常見的收音機輸入回路(即調(diào)臺電路)為例。如圖1為簡單的收音機信號輸入等效電路,由天線和電阻R、電感L及電容C組成,其中,R、L、C構(gòu)一個串聯(lián)諧振回路。

2、電路品質(zhì)因數(shù)Q的物理意義

二、對比分析串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振的特點

1、RLC串聯(lián)諧振和RL-C并聯(lián)諧振電路特點的區(qū)別

圖3所示分別為典型的RLC串聯(lián)回路和RL-C并聯(lián)回路。下面我們通過對比討論兩種回路在諧振狀態(tài)時各自的特點。

圖3

再從能量角度來討論,RL-C并聯(lián)電路諧振時電路也不從外部吸收無功功率,能量也將以電場能和磁場能的形式在電感和電容之間進行互補交換,而電源和振蕩電路之間不發(fā)生能量交換,只是補償在振蕩中線圈電阻部分損耗掉的能量。

2、RLC串聯(lián)諧振和RL-C并聯(lián)諧振Q值含義的區(qū)別

需要說明的是,無論是串聯(lián)諧振還是并聯(lián)諧振電路,他們的品質(zhì)因數(shù)Q值只由電路本身結(jié)構(gòu)決定而非外部信號決定。

三、結(jié)語

總之,各種電路諧振時均有自己獨特的特征,必須加以區(qū)別來理解;Q值的物理意義說明了電路能產(chǎn)生諧振的強弱程度,同時還揭示了在電路中的無功功率對比于有功功率的強度;在應(yīng)用上顯示了一個選頻電路對信號源的選擇特性的好壞。

學習電路分析最重要就是讓學生對重要或關(guān)鍵概念物理意義的有效理解,在此基礎(chǔ)上才能更好地掌握對電路規(guī)律的分析和應(yīng)用。要達到較理想的教學目的,需要教師能夠很好地總結(jié)和歸納規(guī)律本質(zhì),并利用各種方法來引導(dǎo)和拓展教學,已達到良好的教學效果。實踐證明,對于諧振回路及其品質(zhì)因數(shù)這一節(jié)的教學,采取實例引導(dǎo)、對比分析等方法進行教學,能讓學生快速、正確地進入理解境界。

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