《電路 邱關(guān)源(第五版).ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電路 邱關(guān)源(第五版).ppt（49頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第十一章 電路的頻率響應(yīng),本章重點(diǎn),重點(diǎn),1. 網(wǎng)絡(luò)函數(shù),2. 串、并聯(lián)諧振的概念,返 回,11-1 網(wǎng)絡(luò)函數(shù),當(dāng)電路中激勵(lì)源的頻率變化時(shí)，電路中的感抗、容抗將跟隨頻率變化，從而導(dǎo)致電路的工作狀態(tài)亦跟隨頻率變化。因此，分析研究電路和系統(tǒng)的頻率特性就顯得格外重要。,下 頁(yè),上 頁(yè),,頻率特性,,電路和系統(tǒng)的工作狀態(tài)跟隨頻率而變化的現(xiàn)象，稱為電路和系統(tǒng)的頻率特性，又稱頻率響應(yīng)。,1. 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H(j)的定義,返 回,在線性正弦穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)只有一個(gè)獨(dú)立激勵(lì)源作用時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中某一處的響應(yīng)（電壓或電流）與網(wǎng)絡(luò)輸入之比，稱為該響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。,2. 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H(j)的物理意義,驅(qū)動(dòng)點(diǎn)函數(shù),下 頁(yè),上 頁(yè),

2、返 回,策動(dòng)點(diǎn)阻抗,策動(dòng)點(diǎn)導(dǎo)納,激勵(lì)是電流源，響應(yīng)是電壓,激勵(lì)是電壓源，響應(yīng)是電流,,,轉(zhuǎn)移函數(shù)(傳遞函數(shù)),下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,轉(zhuǎn)移 導(dǎo)納,轉(zhuǎn)移 阻抗,轉(zhuǎn)移 電壓比,轉(zhuǎn)移 電流比,激勵(lì)是電壓源,激勵(lì)是電流源,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,注意, H(j)與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)值有關(guān)，與輸入、輸出變量的類型以及端口對(duì)的相互位置有關(guān)，與輸入、輸出幅值無(wú)關(guān)。因此網(wǎng)絡(luò)函數(shù)是網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)的一種體現(xiàn)。, H(j) 是一個(gè)復(fù)數(shù)，它的頻率特性分為兩個(gè)部分：,模與頻率的關(guān)系,幅頻特性,,幅角與頻率的關(guān)系,相頻特性,, 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)可以用相量法中任一分析求解方法獲得。,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,例1-1,解,列網(wǎng)孔方程解電流,

3、轉(zhuǎn)移導(dǎo)納,轉(zhuǎn)移電壓比,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,以網(wǎng)絡(luò)函數(shù)中j的最高次方的次數(shù)定義網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的階數(shù)。,,注意,由網(wǎng)絡(luò)函數(shù)能求得網(wǎng)絡(luò)在任意正弦輸入時(shí)的端口正弦響應(yīng)，即有,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,諧振是正弦電路在特定條件下產(chǎn)生的一種特殊物理現(xiàn)象。諧振現(xiàn)象在無(wú)線電和電工技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用，研究電路中的諧振現(xiàn)象有重要實(shí)際意義。,含R、L、C的一端口電路，在特定條件下出現(xiàn)端口電壓、電流同相位的現(xiàn)象時(shí)，稱電路發(fā)生了諧振。,1. 諧振的定義,發(fā)生諧振,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,2.串聯(lián)諧振的條件,諧振角頻率,諧振頻率,,諧振條件,僅與電路參數(shù)有關(guān),下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,串聯(lián)電路實(shí)

4、現(xiàn)諧振的方式：,(1) L C 不變，改變 w,(2)電源頻率不變，改變 L 或 C ( 常改變C ),0由電路參數(shù)決定，一個(gè)R L C串聯(lián)電路只有一個(gè)對(duì)應(yīng)的0 , 當(dāng)外加電源頻率等于諧振頻率時(shí)，電路發(fā)生諧振。,3. RLC串聯(lián)電路諧振時(shí)的特點(diǎn),阻抗的頻率特性,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,幅頻特性,相頻特性,,Z(j)頻響曲線,,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,Z(j)頻響曲線表明阻抗特性可分三個(gè)區(qū)域描述：,輸入阻抗為純電阻，即Z=R，阻抗值|Z|最小。,電流I 和電阻電壓UR達(dá)到最大值 I0=U/R (U一定)。,,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,(2) L、C上的電壓大小相等，相位相反，串聯(lián)總電壓為零，也稱電

5、壓諧振，即,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,,特性阻抗,品質(zhì)因數(shù),當(dāng) w0L=1/(w0C )R 時(shí)，Q1 UL= UC =QU U,(3) 諧振時(shí)出現(xiàn)過電壓,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,例2-1,某收音機(jī)輸入回路 L=0.3mH，R=10，為收到中央電臺(tái)560kHz信號(hào)，求：(1)調(diào)諧電容C值； (2) 如輸入電壓為1.5V,求諧振電流和此時(shí)的電容電壓。,解,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,或,(4) 諧振時(shí)的功率,P=UIcosUIRI02=U2/R 電源向電路輸送電阻消耗的功率，電阻功率達(dá)最大。,電源不向電路輸送無(wú)功功率。電感中的無(wú)功功率與電容中的無(wú)功功率大小相等，互相補(bǔ)償，彼此進(jìn)行能量交換。,注意,下

6、頁(yè),上 頁(yè),返 回,(5) 諧振時(shí)的能量關(guān)系,設(shè),則,電場(chǎng)能量,磁場(chǎng)能量,電感和電容能量按正弦規(guī)律變化，最大值相等 WLm=WCm。L、C的電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量作周期振蕩性的交換，而不與電源進(jìn)行能量交換。,,,表明,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,總能量是不隨時(shí)間變化的常量，且等于最大值。,電感、電容儲(chǔ)能的總值與品質(zhì)因數(shù)的關(guān)系：,Q是反映諧振回路中電磁振蕩程度的量，Q越大，總能量就越大，維持振蕩所消耗的能量愈小，振蕩程度越劇烈。則振蕩電路的“品質(zhì)”愈好。一般在要求發(fā)生諧振的回路中希望盡可能提高Q值。,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,例2-2,一接收器的電路參數(shù)為：=5103 rad/s, U=10V，調(diào)C使電路

7、中的電流最大，Imax=200mA，測(cè)得電容電壓為600V，求R、L、C及Q。,解,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,11-3 RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng),研究物理量與頻率關(guān)系的圖形（諧振曲線）可以加深對(duì)諧振現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。,的頻率響應(yīng),為比較不同諧振回路，令,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,,,幅頻特性,相頻特性,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,在諧振點(diǎn)響應(yīng)出現(xiàn)峰值，當(dāng) 偏離0時(shí)，輸出下降。即串聯(lián)諧振電路對(duì)不同頻率信號(hào)有不同的響應(yīng)，對(duì)諧振信號(hào)最突出(響應(yīng)最大)，而對(duì)遠(yuǎn)離諧振頻率的信號(hào)具有抑制能力。這種對(duì)不同輸入信號(hào)的選擇能力稱為“選擇性”。,諧振電路具有選擇性,表明,諧振電路的選擇性與Q成正比,Q越大，諧振曲線越陡，電路對(duì)

8、非諧振頻率的信號(hào)具有越強(qiáng)的抑制能力，所以選擇性越好。因此Q是反映諧振電路性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,諧振電路的有效工作頻段,半功率點(diǎn),聲學(xué)研究表明，如信號(hào)功率不低于原有最大值一半，人的聽覺辨別不出。,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,,通頻帶規(guī)定了諧振電路允許通過信號(hào)的頻率范圍。是比較和設(shè)計(jì)諧振電路的指標(biāo)。,通頻帶,可以證明：,HdB= 20lgUR（j）/Us（j1）,20lg0.707 = 3 dB,定義：,,3分貝頻率,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,例3-1,討論一接收器的輸出電壓UR ， 參數(shù)為,U1=U2=U3=10mV, 當(dāng)電容調(diào)至 C=150pF時(shí)諧振。 w0=5.5106ra

9、d/s, f0=820 kHz,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,L=250mH, R=20W,,解,UR0=10,UR1=0.304,UR2=0.346,UR=UR/|Z| (mA),收到北京臺(tái)820kHz的節(jié)目。,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,以UL(w )與UC(w )為輸出的H( )頻率特性,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,HL( )與HC( )的極值點(diǎn)：令,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回, =C2，UC()獲最大值； =L2，UL()獲最大值。且UC(C2)=UL(L2)。,Q越高，L2和C2 越靠近=1，同時(shí)峰值增高。,注意,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,1. GCL 并聯(lián)電路,11-4 RLC并聯(lián)諧振電路,諧振角頻率

10、,諧振特點(diǎn)：,輸入導(dǎo)納為純電導(dǎo)，導(dǎo)納值|Y|最小，端電壓達(dá)最大。,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回, L、C上的電流大小相等，相位相反，并聯(lián)總電流為零，也稱電流諧振，即,IL(w0) =IC(w0) =QIs,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,諧振時(shí)的功率,諧振時(shí)的能量,品質(zhì)因數(shù),下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,2.電感線圈與電容器的并聯(lián)諧振,實(shí)際的電感線圈總是存在電阻，因此當(dāng)電感線圈與電容器并聯(lián)時(shí)，電路如圖所示。,（1）諧振條件,,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,電路發(fā)生諧振是有條件的，在電路參數(shù)一定時(shí)，滿足,注意,一般線圈電阻R<

11、阻抗很大。,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,電流一定時(shí)，端電壓較高。,支路電流是總電流的Q倍，設(shè)R<

12、位（單位度）,,,相頻波特圖,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,11-6 濾波器簡(jiǎn)介,,濾波器,工程上根據(jù)輸出端口對(duì)信號(hào)頻率范圍的要求，設(shè)計(jì)專門的網(wǎng)絡(luò)，置于輸入-輸出端口之間，使輸出端口所需要的頻率分量能夠順利通過，而抑制或削弱不需要的頻率分量，這種具有選頻功能的中間網(wǎng)絡(luò)，工程上稱為濾波器。,有源濾波器,下 頁(yè),上 頁(yè),利用有源元件運(yùn)算放大器構(gòu)成的濾波器稱為有源濾波器。,返 回,濾波電路的傳遞函數(shù)定義,濾波電路分類,按所處理信號(hào)分,,模擬和數(shù)字濾波器,按所用元件分,,無(wú)源和有源濾波器,按濾波特性分,,高通濾波器（HPF）,低通濾波器（LPF）,帶通濾波器（BPF）,帶阻濾波器（BEF）,全通濾波器（APF）,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,低通濾波器的單元電路,L形,T形,形,,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,高通濾波器的單元電路,形,L形,T形,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,帶通濾波器,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,高通,傳遞函數(shù)，設(shè),例6-1,一階RC無(wú)源低通濾波器。,低通,下 頁(yè),上 頁(yè),返 回,