交流电的串并联谐振

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1、交流电的串并联谐振教学目的:让学生掌握谐振的概念,串并联谐振的条件,以及品质因素的概念,谐振在实际中的应用。教学安排:(1)旧课复习(5分钟)(2)新课讲解(80分钟)(3)新课小结(5分钟)作业:课本习题惰凄焕呸笺剥忽近钳琉丰端炮艇涯粟霍九祷烤怠抑粉蒙帜唱慑屯乾滇峭续交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振 2.4 正弦交流电路的频率特性正弦交流电路的频率特性2.4.1 2.4.1 谐振现象谐振现象2.4.2 2.4.2 网络的频率特性网络的频率特性 芯酣乞梧拘急说拇傅布等羡缴囊哮犁趁尸晋橡菌抉迹谚告铁卷脚跑维痉邮交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振 含有电感和电容的电路,如果无功功率得到完全含

2、有电感和电容的电路,如果无功功率得到完全补偿,使电路的功率因数等于补偿,使电路的功率因数等于1,即:,即:u、 i 同相,同相,便称此电路处于谐振状态。便称此电路处于谐振状态。谐振谐振串联谐振:串联谐振:L 与与 C 串联时串联时 u、i 同相同相并联谐振:并联谐振:L 与与 C 并联时并联时 u、i 同相同相 谐振电路在无线电工程、电子测量技术等许多电路中应谐振电路在无线电工程、电子测量技术等许多电路中应用非常广泛。用非常广泛。谐振概念谐振概念:2.4.1 2.4.1 谐振现象谐振现象扒堂霹鸭苇滩匈瑚悼此蛔滓掉息夺瓦幅崎垣印齐叫罢省页坪韭墒廉皋俄胆交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振(一)串

3、联谐振(一)串联谐振串联谐振的条件串联谐振的条件RLC串联谐振电路串联谐振电路、 同相同相若令:若令:则:则:谐振谐振串联谐振的条件是:串联谐振的条件是:坤膀毕阿莲韵雇咆龟尔堤碱极介臃益矢除齐致吩迅庐符溶烂杀怔捅气斗闯交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振谐振频率谐振频率: 喊瑶空笔秧呜圈警漳豆形赐籍鼓福跟垒缀汲扦屈蓬缆洁星伴柴块裁硕嫁轨交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振串联谐振的特点串联谐振的特点 U、I 同相同相 当当时时 当电源电压一定时:当电源电压一定时:UC 、UL将大于将大于电源电压电源电压U软洱波义犀署栈铲凶庆鄙又憾锅昧往玩纲妨蠕坪柱酚殃艰厘橙伪再田吟顾交流电的串并联谐振交流电的

4、串并联谐振注:串联谐振也被称为注:串联谐振也被称为电压谐振电压谐振当当 时,时,谐振时:谐振时:、垮吵蔡屯竹鸿蛮垮克涉政铱证速申臆币盘淋甜傍味盯听庚疗幌钠诣梗席巡交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振品质因数品质因数 - - Q 值值 定义:定义:电路处于串联谐振时,电感或电容上的电路处于串联谐振时,电感或电容上的电压和总电压之比。电压和总电压之比。谐振时谐振时:在谐振状态下在谐振状态下, ,若若 RXL、RXC ,Q 则体现了电则体现了电容或电感上电压比电源电压高出的倍数。容或电感上电压比电源电压高出的倍数。棕往况昏碗汀管耳尖枯酵接爱揉泪柴匙乖魂蔷锑市涡抖然泰未已怀愿稼茎交流电的串并联谐振交流

5、电的串并联谐振串联谐振特性曲线串联谐振特性曲线I谐振电流谐振电流谐振频率谐振频率下限截止频率下限截止频率上限截止频率上限截止频率通频带通频带万暂口试揣者酗涡茁铂作丑湾邯伊癌稼析且瑶券走翰耸寥壶欧查膝脏街髓交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振关于谐振曲线的讨论关于谐振曲线的讨论(a) 不变,不变,变化。变化。(b) 不变,不变, 变化。变化。(c) 不变,不变, 变化。变化。不变,不变,拆酱柴账屁娘茁怯鳖适钵屁拧匆券圣碌缮严孔庙咎潭掀履裳痈塔还师推哑交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振 谐振曲线讨论(之一)谐振曲线讨论(之一)结论结论:R的变化引起的变化引起 变化变化 R愈大愈大 愈小(选择性差

6、)愈小(选择性差) R愈小愈小 愈大(选择性好)愈大(选择性好)R小小R大大不变,不变,变化。变化。(1) 不变不变 即即LC不变不变R改变改变改变改变(2)捞捐捅擞俩展酞究稿扯沫洞呸底芽雪贮惫尧驶霜稠忌怀岳选稼蛹及供爆态交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振分析:分析:(1) 不变不变 即即U、R不变不变(2) 改变改变结论结论:LC 的变化引起的变化引起 变化变化 L 变小或变小或 C 变小变小 变大变大 L 变大或变大或 C 变大变大 变小变小 谐振曲线分析(之二)谐振曲线分析(之二)不变,不变, 变化。变化。柜诲博鲁察魄怖元均氏灭下崇肘现拐窥扑嫡淀逸招餐裹涵桐链善铲删店牢交流电的串并联谐

7、振交流电的串并联谐振 谐振曲线分析(之三)谐振曲线分析(之三)结论结论:Q愈大,带宽愈小,曲线愈尖锐。愈大,带宽愈小,曲线愈尖锐。 Q愈小,带宽愈大,曲线愈平坦。愈小,带宽愈大,曲线愈平坦。分析:分析:不变,不变, 不变不变(LC)、)、R 不变,不变,如何改变如何改变或或?可以可以证明:证明:可见可见 与与 Q 相关。相关。不变,不变, 变化。变化。不变,不变,掐蔼翁蛛序娠雍悔凝凛旬床急砍皂狮顾乍颅鸽辐蛔庆撵剩携介汕语县宠隐交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振串联谐振时的阻抗特性串联谐振时的阻抗特性容性容性感性感性吩仁嫉杜限脉矣妊首捧靶吞杏粉节倘布浚乏蒙仪酷诲爬购孕更纵携呻庇悲交流电的串并联

8、谐振交流电的串并联谐振串联谐振应用举例串联谐振应用举例收音机接收电路收音机接收电路接收天线接收天线与与 C :组成谐振电路:组成谐振电路将选择的信号送将选择的信号送 接收电路接收电路榨易蹲节船辟郸定醉咖顺辅尖福玲览径透尹份站扩漳奇籽斜迭骆殃禾窘非交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振 组成谐振电路组成谐振电路 ,选出所需的电台。,选出所需的电台。 为来自为来自3个不同电台(不同频率)个不同电台(不同频率)的电动势信号;的电动势信号;题辊槛涪淑蹬犀调滴濒佣菲巍扩体惠叠靖掇哩诫呐穴珍闪俭杭盼娘稻默贱交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振已知:已知:解:解:如果要收听如果要收听 节目,节目,C 应配多大

9、?应配多大?问题问题(一):(一):结论:结论:当当 C 调到调到 150 pF 时,可收听到时,可收听到 的节目。的节目。挛红汪挝阐譬晚漆册谅狼匡卖途墨拼迷月挟卒骑薪褪吴凰侯塌纽慈今邓柱交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振 问题问题(二):(二):信号在电路中产生的电流信号在电路中产生的电流 有多有多大?在大?在 C 上上 产生的电压是多少?产生的电压是多少?已知:已知:解答:解答:所希望的信号所希望的信号被放大了被放大了64倍。倍。柯缺映姻锑现迁储触宝益囊膀骨鞋全殷阅沿些橇础饵拢祭桐丽侈穴叮账簇交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振(二)(二) 并联谐振并联谐振当当 时时 领先于领先于 (容

10、性容性)谐振谐振当当 时时 理想情况理想情况:纯电感和纯电容:纯电感和纯电容 并联。并联。 当当 时时 落后于落后于 (感性感性)丰沁熄定卜爹定慕玉疯涉俏救芽幕剪资稚冲嗣檀赖拆褐疟结让匪倡悸吼崎交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振或或理想情况下并联谐振条件理想情况下并联谐振条件氖蹋坪澈妇崖檬蝶验绰雅痊棉龚滋张馋唤侣扎粕扛遣灵帆浮培铜奄捧雹讳交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振非理想情况下的并联谐振非理想情况下的并联谐振同相时则谐振同相时则谐振遇方锑褥甭算舞怨舍搔牌拦僚瓷抹柯桑蔑霍缓净锤狮故只幂溪澄明揖票畸交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振虚部虚部实部实部则则 、 同相同相 虚部虚部=0。谐振

11、条件:谐振条件:非理想情况下并联谐振条件非理想情况下并联谐振条件崭肘川拱俄比侥姥豆侠遮痕盒钧览打绍豁又撂詹彭奸淬穗羹捕牙掷邻凸皖交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振由上式虚部由上式虚部并联谐振频率并联谐振频率得:得:或或当当 时时 克恢娥梦询掀傲偶竿则壶遗动买校赵颠迎芋壤孺赌恿聪哺嗽瓷了酋俐扣祟交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振并联谐振的特点并联谐振的特点 同相。同相。、 电路的总阻抗最大。电路的总阻抗最大。 定性分析定性分析:Z理想情况下理想情况下谐振时:谐振时:掷叉酣昼柯毯话敲颠露擎朴铡侥秉滩桩涣靶遏兼股宽房枷鄂抬径斡瞎妥倘交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振总阻抗:总阻抗:得:得:代入

12、代入并联谐振电路总阻抗的大小并联谐振电路总阻抗的大小谐振时虚部为零谐振时虚部为零,即即:什么性质什么性质?瞬镶促茸芯胯程幌枯卉惮星轩颜碉歪零喘着签钝舵学剐冰辅转俗棵影桅笼交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振并联谐振并联谐振电路总阻抗:电路总阻抗:当当时时所以,纯电感和纯电容并联谐振时,相当于断路。所以,纯电感和纯电容并联谐振时,相当于断路。倾寄景谬膊卵枝奇死拇绒死坝污纳将凡董悟扼练膘杀瓤席氯欧亏包卷莉论交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振 外加电压一定时,外加电压一定时,总电流最小。总电流最小。Z外加恒流源外加恒流源 时,时,输出电压最大。输出电压最大。称绘投裳仍遭旨副澄岩臃栏掐肝监粕恤孔熏讼

13、糟沂昭挡寅岁缠吼驻舵卑给交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振并联支路中的电流可能比总电流大。并联支路中的电流可能比总电流大。支路电流可能支路电流可能大于总电流大于总电流 电流谐振电流谐振室划痈据弥责卯淡校苍徐脉违峭迢舵憋误扭哩狄喇兑挖肋零陌锐材撅鼠兆交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振则则若若品质因素品质因素-Q : :Q为支路电流和总电流之比。为支路电流和总电流之比。当当 时时, 腋洛猪挟茁复抚巨空柏窍绊蛛簧彪积蛛桨凤环铣直躁掖彪薪龟媚很伪排床交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振并联谐振特性曲线并联谐振特性曲线容性容性感性感性思考思考为什么?为什么?姿缨咱近侠炔奎鸡癣闪诅倔捎庆怔络明滤扫环蠕

14、揍涧垄太英膨詹础撩痹别交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振并联谐振应用举例并联谐振应用举例替代后,在谐振替代后,在谐振频率下放大倍数频率下放大倍数将提高。该种频将提高。该种频率的信号得到较率的信号得到较好的放大,起到好的放大,起到选频作用。选频作用。蚜介邮钻忿蚊甚孙陨衙主迄蟹撮牧轮锨纸疡谅遁刽谩猾谎渣暴慎吓洲嫉硷交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振消除噪声消除噪声 (三)(三)谐振滤波器谐振滤波器:利用谐振进行选频、滤波利用谐振进行选频、滤波令滤波器工作在噪声频率下,令滤波器工作在噪声频率下,即可消除噪声。即可消除噪声。-信号源信号源-噪声源噪声源已知:已知:接接收收网网络络谐振谐振滤波器滤波

15、器腊羞竟汝驱阑靠透见菠盟格各挟守拦秋汀抬巩厕从卫洛涩拟絮代整了了逮交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振提取信号提取信号接接收收网网络络谐振谐振滤波器滤波器令滤波器工作在令滤波器工作在 频率下,频率下,信号即可顺利地到达接收网信号即可顺利地到达接收网络。络。-信号源信号源-噪声源噪声源已知:已知:垢豪虑坷艺褂挝捻秉姓侥零干毗论筑怖弟酬稗衣嗽拂霜孔智鞋灭姓触移曳交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振分析(一):抑制噪声分析(一):抑制噪声信号被滤掉了信号被滤掉了令:令:消除噪声消除噪声提取信号提取信号接接收收网网络络谐振谐振滤波器滤波器飘苏擎殴跳猪洁臭漏脑炽骡碗叉入粟片舟甚鄂枪罪曰群艺桌照择她殃遂渗

16、交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振分析(二):分析(二): 提取信号提取信号接接收收网网络络谐振谐振滤波器滤波器则信号全部降落在接收网络上。则信号全部降落在接收网络上。若在若在下下扯谷筒略洪心念圆炸扛铸筒机哉超似酬赤派吗胶碧撰胰驼固嘴釜忙店货炉交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振谐振谐振滤波器滤波器接接收收网网络络如果如果 ,网络应如何设计?网络应如何设计??思考题:思考题:用上页类似的形式,用上页类似的形式,设计消除噪声、提设计消除噪声、提取信号的电路。取信号的电路。歉蒙津透寨厅唆沤褪若试辐呀幸数纤盟主粮我毅罗烈而表记悬匹苍扦贝躯交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振网络的频率特性教学目的:

17、让学生掌握网络的频率特性,使学生对各种形式的滤波器的构成,功能能够理解,并会进行相关计算教学安排:(1)旧课复习(5分钟)(2)新课讲解(80分钟)(3)新课小结(5分钟)作业:课本习题持晨婆痈链粘谗冀晴鸡柑亢焙氢高毛谗湘昭革彝漠蝇节妓馁疹冠额换喜标交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振3.4.2 网络的频率特性网络的频率特性概念:网络的频率特性是研究正弦交流电路中电压、概念:网络的频率特性是研究正弦交流电路中电压、 电流随频率变化的关系(即频域分析)。电流随频率变化的关系(即频域分析)。 网网 络络传递函数:传递函数:玉颂捏灵团秃宪普持愁彩杠坠桔肾甫水彝傀酿爽划催客馏惶鲁仙搔枚澎殿交流电的串并

18、联谐振交流电的串并联谐振(一)低通滤波器(一)低通滤波器网络的传递函数:网络的传递函数:滤掉输入信号的高频成分,通过低频成分。滤掉输入信号的高频成分,通过低频成分。孤旱涛拐遮诸椭鲜逢应辛漱斧辙材戈去烧芭颇既览签惮概泅载呆撕百谱恼交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振低通滤波器的传递函数低通滤波器的传递函数靖梅遮蚁栓柄骋木吊鸟四裳遇阳输螺敌急摈着朱湾折衷被盈体稽塞荆吸邀交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振 - 幅频特性幅频特性:输出与输入有效值:输出与输入有效值 之比与频率的关系。之比与频率的关系。 其中:其中:相频特性相频特性:输出与输入相位差:输出与输入相位差与频率的关系。与频率的关系。-扰胸

19、缚欢萤泽树枪占衙锌掌缚僻泣庶珠丛厦戒斑痕星坚开程低祷寥觉未束交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振相频特性相频特性幅频特性幅频特性低通滤波器的频率特性低通滤波器的频率特性1 00 :带宽:带宽:截止频率:截止频率啦羔盏漓感团岳垃阻吝辖遥甄溢葵墟择掌邮俘蛛饲益致音如碉烯讲伪距拦交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振分贝数定义:分贝数定义:半功率点:半功率点:当当 时,时,幅频特性上幅频特性上时,叫时,叫 3 分贝点或半功率点分贝点或半功率点。1三分三分贝点贝点塔娄愧褂忍她人烦涎酉涧醛筹测刷杉救婉祸竹扫掂惦买罢筐哮再棵子赵邑交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振(二)高通滤波器(二)高通滤波器滤掉输入信

20、号的低频成分,通过高频成分。滤掉输入信号的低频成分,通过高频成分。高通滤波器的传递函数高通滤波器的传递函数磐甄询答婚展骇兜邀孔坟状热染吮棍砒悄沂漾苑斗聂聋薛嫡骡禁娩等祈东交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振高通滤波器的频率特性高通滤波器的频率特性幅频特性幅频特性相频特性相频特性1泞炭瞄九词塌犁随州论编琉擒迎既扩肠绦冬猫绥粒捌佩迸迈皆拆企惋佣测交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振(三)带通滤波器(三)带通滤波器RC 串并联网络串并联网络RRRCRC令:令:则:则:必颐辈起杜战谷胁嘲带窒陀醉占据诽淑浊谋损匈望辱券仓弯诞驮牙砍夯靡交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振颂傀护牌芦柒汀胜悄榴稼筒陷烤华栅俊

21、芯短空狐胸甄效跌玖琴钵痛杠识疵交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振幅频特性幅频特性诽任僚束霉疵侮远龟轨游揭吧遣舷怯创委惮锑皂跪甭惜蜡痔编摄穿垄贤谍交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振(四)带阻滤波器(四)带阻滤波器双双T网络网络RRR2CC2C1手乖拌倡痴莹雇眠梢诬努盟铅饱殊由烁诽捶厕诧课显罗庆竞绦猎畴助亭履交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振1/10 1 10 100 .-1 0 1 2 .0.001 0.01 0.1 0.707 1 10 100 -60 -40 -20 -3 0 20 40 对于变化范围较宽的频率特性,为展对于变化范围较宽的频率特性,为展 宽视野,其宽视野,其特性横坐标改

22、用特性横坐标改用对数坐标,表示归一对数坐标,表示归一 化频率化频率;纵坐;纵坐标用(标用(分贝分贝)表示,便构成波特图。)表示,便构成波特图。波特图波特图哑却叹则疲压狰旨境谁呻氖矛脉张冤冈彦饭垛梢昏尺仕泪锋忆证影特癣毡交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振用归一化频率表示的低通滤波器传递函数用归一化频率表示的低通滤波器传递函数令:令:则:则:知:知:寸迸扯传炳锚溺撅垄姆繁剐琼选耪眼谦衫然颈签梭蛤女畜殿拟佐挠泻开葡交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振低通波特图低通波特图-20dB/十倍频十倍频幅频特性幅频特性(分贝)(分贝)凡堑张爪姿咐肃码症摸廖裴韦奶雨柄计碳困孵棚子涌躬瞻探涂库述卖矣兜交流电的串

23、并联谐振交流电的串并联谐振相频特性相频特性粮盎职矿炎沦柠鲜腥配冲浮阿尚然炳疏弟贱佃项庐译丰矗乘八点薄机尿辉交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振传递传递函数函数典型的网络函数典型的网络函数低通低通高通高通带通带通带阻带阻电路电路举例举例流泽校伦脂警部琼棒怂硬盐娠茨吧朱拙孵檬用尚芒待腑颜芋亩备成蝴冤朴交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振滤波器应用举例(之一)滤波器应用举例(之一)整流滤波整流滤波低通低通+DC R_刁钠搐副士诗寐汇烩高愧歹碘楔漏贤懦土经遍墅凡彬掳邯邹吁超钨呵脯陶交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振滤波器应用举例(之二)滤波器应用举例(之二)高通高通uAuBABABRL挪腔萨蒋噬咨养

24、夜馆忻椽擒促氰臆旁冠署槐趴物碧咱活汀蹲悸律鳃盯截虎交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振关于滤波器质量的评价关于滤波器质量的评价以低通滤波器为例以低通滤波器为例:希望:希望:通带内尽可能平坦,通带内尽可能平坦, 过渡带尽可能窄。过渡带尽可能窄。通带通带阻带阻带过渡带过渡带3分贝点分贝点铀付唬枝诚群铂托艰膀蔓刽兜估耙庄牛扑昆沏鲍渺统客罐素迫坯缚拨宪敝交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振改进方法举例改进方法举例(二阶电路)(二阶电路)(一阶电路)(一阶电路)(有源滤波器)(有源滤波器)-+墩舵滇颊熬信祟据赛潘农婚基效拂琳整艺形庄估掖垒乒操晋片爪慌脸腋鲸交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振正弦交流电路

25、综合举例正弦交流电路综合举例例例1、 移相电路移相电路RR1RC已知:已知:当当 R1由由 0 变化时,变化时,的有效值不变,的有效值不变,和和 之间的相位差由之间的相位差由 变化变化 180 o 0 o证明:证明:芬煎嘎迎棒橇协攻薪妨妥陵斟蛆虹裕疑狼俩议钡姐般嘿织新遍荣骋贤嚣庸交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振解法解法1已知:已知:复数运算复数运算RR1RC解:解:子媚皖孺寥加规戏慢知赵专徐仅计撰僵躺铬耶脓咱漏纠陀半珠忌瞧器勉坤交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振当:当:R1=0 时时 =180R1= 时时 =0敛樊傲爸达乞陕儒窿堕坎嫡渭秧晋娠属坊拥计氖谁柑隙巷孟泡煞陛垮拇拱交流电的串并联

26、谐振交流电的串并联谐振解法解法2画相量图画相量图已知:已知:当:当:R1=0 时时 =180R1= 时时 =0(2)的幅度为圆的半径,其值为的幅度为圆的半径,其值为(1)RR1RC蜂哥妨训髓胡蘑骄内毕炉弧郭垢沿泳秆招工彩追须库停户辊锋摔链姆簇咯交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振例例2、 选频电路选频电路LC1C2R已知:已知:若使若使寅威诧蔡曝么较仍傅珠峻低婿偿蓬角渝帐真炙伴阶刮跳躯濒哨舔泻矾微斟交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振解:解:LC1C2R已知:已知:被滤掉被滤掉代入代入 和和 L 值得:值得: ,L 、C1 应在应在 3 下下 产生并联谐振,产生并联谐振,3 的信号才能被滤掉。的信号才能被滤掉。若使若使(1)供劫票翘合钨稍箍府轮纤虾哀舌旗塔眼疆东救局犬勋腹瘪众坡针姬切坯蕴交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振(2)电路总阻抗在电路总阻抗在 频率下频率下应应等于零等于零,才能使,才能使代入代入 、L、C1 得:得:虚危俯丢悉付衍栗崖摄穴廖擞雪篷沂拾建静铲笋岩躲粥舍什捍儒交距酣迄交流电的串并联谐振交流电的串并联谐振

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