第十一章--电路的频率响应学习教案

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1、会计学1第十一章第十一章-电路电路(dinl)的频率响应的频率响应第一页，共26页。频率响应(pn l xin yn)。讲课(jing k)5学时。 第1页/共26页第二页，共26页。11-1 11-1 网络函数网络函数 频率响应：电路(dinl)和系统的工作状态跟随频率而变化的现象。jjjsdefjkERH 网络函数(hnsh)：输入变量和输出变量之间建立的函数(hnsh)关系，用来描述电路的频率特性。正弦稳态下，网络函数 定义为jH第2页/共26页第三页，共26页。11-1 网络函数jkR 为输出端口k的响应，为电压相量 或电流相量 。jkUjkIjsjE 为输入端口j的激励，为电压源相量

2、 或电流源相量 。jsjUjsjI)(skkIUZ 当 k = j 时(同一端口)，网络函数称为驱动点阻抗 或导纳 。)(skkUIY 当 k j 时(不同端口)，网络函数称为转移(zhuny)函数。)(sjkIU转移阻抗)(sjkUI转移导纳)(sjkII转移电流)(sjkUU转移电压第3页/共26页第四页，共26页。11-1 网络函数网络函数的频率特性分为(fn wi)：幅频特性 ：模值即两个正弦量的有效值(或振幅)的比值与频率的关系。jH相频特性 ：两个同频正弦量的相位差与频率的关系。j网络的频率响应曲线(qxin)包括幅频响应和相频响应曲线(qxin)。 网络函数不仅与电路的结构、参数

3、值有关，还与输入、输出变量(binling)的类型及端口对的相互位置有关。第4页/共26页第五页，共26页。11-1 网络函数例11-1 求图示电路的网络函数 和 。s2UIsUUL2+-j2I2jLUsU+-2I1I解：s2122jUII022j221IIj6j422s2UIj6422s2UIj642 j2sUULj6j4j2j2s2UIUL第5页/共26页第六页，共26页。11-2 RLC11-2 RLC串联电路串联电路(dinl)(dinl)的谐振的谐振一、频率响应(pn l xin yn)曲线RCL1arctanjOCXC1LXLRZ0CLRZ1jjjcosjRZXRLCSui+-频率

4、特性为第6页/共26页第七页，共26页。11-2 RLC串联(chunlin)电路的谐振二、串联(chunlin)谐振的特征 串联(chunlin)谐振的定义 含有L、C的串联电路中，端电压与电流同相，即 ，则电路发生串联谐振。0j001jjIm0000CLXZ 串联谐振的条件 串联谐振(角)频率LCo1LCfo21第7页/共26页第八页，共26页。11-2 RLC串联(chunlin)电路的谐振00f (或 )称为电路的固有频率，它仅与电路中L、C有关，与电阻R无关。RZ0j 如果电路中L、C可调，改变电路的固有频率，则RLC串联电路就具有选择任一频率谐振(xizhn)(调谐)，或避开某一频

5、率谐振(xizhn)(失谐)的性能，也可以利用串联谐振(xizhn)现象，判别输入信号的频率。 串联谐振阻抗(zkng)最小，电流最大RUI0s0jjO0I00jIjI该极大值又称为谐振峰第8页/共26页第九页，共26页。11-2 RLC串联(chunlin)电路的谐振 串联谐振又称为(chn wi)电压谐振0000j1jjICLUX 品质因数Q0s00s0defjjjjUUUUQCL0jj00CLUUCRRL001CLR1 当 Q 1 时，在高电压的电路系统中出现的过电压可能危及系统的安全(nqun)，须加以防范；在低电压的电路系统中，则要利用过电压获得较大的输入信号。00sjjRUU电阻R

6、获最大电压ILUCUUUR第9页/共26页第十页，共26页。11-2 RLC串联电路(dinl)的谐振 电路吸收(xshu)的无功功率为零000jjjCLQQQ0j1j020020ICLI 储存的电磁能的总和(zngh)为一常数000jjjCLWWW02s202m02mjj21j21UCQCULI002s020sjjjjPRURIS000002020jjjjjjPQPQRILIQCL第10页/共26页第十一页，共26页。11-2 RLC串联(chunlin)电路的谐振例11-2 图示电路， 时，电流I=0.1A。求正弦电压源uS的频率和电压UC、UL以及电路的Q值。200pF , H2 , 1

7、 , V1 . 0sCLRU则令 ,A 1 . 0 , V01 . 0 siIURLCSui+-解：jj100.11 . 0Xi电路处于谐振状态。同相，与电压电流，显然 0 , 0j sUIXirad/s105016LCo1001CLRQV10sQUUUCL第11页/共26页第十二页，共26页。11-3 RLC11-3 RLC串联串联(chunlin)(chunlin)电路的频电路的频率响应率响应一、以电阻电压(diny)作为输出变量的频率特性jjjsUUHRR1111jjQCLRR00 所有的RLC电路都在 处谐振，都在同一个相对尺度下来比较相互频率特性的差异，这一共同的尺度也表示各谐振电路

8、的偏离谐振点的程度。1第12页/共26页第十三页，共26页。11-3 RLC串联(chunlin)电路的频率响应1arctanjQ22111jQHR幅频特性相频特性频率响应(pn l xin yn)为 上述关系可用于不同的RLC串联谐振电路，它们在同一个坐标(zubio)()下，根据Q取值不同，曲线将仅与Q值有关。第13页/共26页第十四页，共26页。11-3 RLC串联电路(dinl)的频率响应O 1 j/jsUUR11Q1Q2BWBW21只有在谐振点附近的频域内，即 ，才有较大的输出幅度，电路的这种性能称为选择性。1当信号的频率偏离谐振频率( )后，输出信号的幅度逐渐下降，表明电路对非谐振

9、频率的信号有抑制能力。1 电路选择性的优劣取决于对非谐振频率的输入信号(xnho)的抑制能力。Q 值大，曲线在谐振点附近的形状尖锐，当稍微偏离谐振频率，输出就急剧下降，说明对非谐振频率的输入具有较强的抑制能力，选择性能好。Q 值小，在谐振频率附近曲线顶部形状平缓，选择性差。第14页/共26页第十五页，共26页。11-4 RLC11-4 RLC并联并联(bnglin)(bnglin)谐振电路谐振电路+-CjLj1GsIIUGILICI 并联谐振(xizhn)的定义 含有L、C的并联电路中，端电压与电流同相，即 ，则电路发生并联谐振。0j001jjIm0000LCBY 并联谐振(xizhn)的条件

10、一、RLC并联电路 并联谐振(角)频率LCo1LCfo21第15页/共26页第十六页，共26页。11-4 RLC并联(bnglin)谐振电路00f (或 )称为电路的固有频率，它仅与电路中L、C有关，与电阻R无关。 并联(bnglin)谐振导纳最小，端电压最大ss00jRIIZUGLCGY0001jj 并联谐振(xizhn)又称为电流谐振(xizhn)ULIL001j000CLIIUCILIsIIGUCIC00j第16页/共26页第十七页，共26页。11-4 RLC并联谐振(xizhn)电路 品质因数Q0s00s0defIIIIQCLGCLG001LCG1若Q1，则并联(bnglin)谐振时在

11、电感和电容中会出现过电流。 电路(dinl)吸收的无功功率为零000jjjCLQQQ012020CUUL 储存的电磁能的总和为一常数000CLWWW2s2ILQ常数 并联谐振时，电感的磁场能量和电容的电场能量彼此相互交换，完全补偿。第17页/共26页第十八页，共26页。11-4 RLC并联(bnglin)谐振电路二、工程中的常用RLC并联(bnglin)电路+-LjCj1RsIU1I2ILRCY000j1jj200020jjjZLCZR0jjIm20000ZLCYLCRLC2011012LCRCLR 只有当 ，即 时， 才是实数，因此 时，电路不会发生谐振。0CLR 第18页/共26页第十九页

12、，共26页。谐振(xizhn)时的输入导纳11-4 RLC并联(bnglin)谐振电路LRCZRY200jj 可以证明，该电路发生谐振时的输入导纳不是(b shi)最小值，因此谐振时的端电压不是(b shi)最大值。 该电路只有当 时，其谐振时的特点才与RLC并联谐振的特点接近。CLR U2I1IsI11s112tansinIII 若电感线圈的阻抗角 很大，谐振时有过电流出现在电感支路和电容中。1第19页/共26页第二十页，共26页。11-5 11-5 波特波特(b t)(b t)图图 工程上常采用对数坐标绘制频响曲线，这样做可以在不同频域内用直线(zhxin)近似代替曲线，使曲线局部直线(z

13、hxin)化，整个曲线折线化，从而使频响曲线变得易于描绘。这种用对数坐标描绘的频率响应图称为频响波特图。jjejjHHjjjlnjlnHH取其对数(du sh)得第20页/共26页第二十一页，共26页。11-5 波特(b t)图jjjlnjlnHH 其实部为 的对数模，虚部为 的相移函数，均是 的实函数。jHjH用对数(du sh)坐标作图时，须作两个图： 幅频波特图：对数模与对数频率的关系(gun x)图形。用分贝(dB)表示对数模，即相频波特图：相移与对数频率的关系图形。jlg20dBHH第21页/共26页第二十二页，共26页。11-6 11-6 滤波器简介滤波器简介(jin ji)(ji

14、n ji) 工程上根据输出端口对信号频率范围的要求，设计专门的网络，置于输入-输出端口之间，使输出端口所需要的频率分量能够顺利通过，而抑制不需要的频率分量，这种具有选频功能的中间(zhngjin)网络称为滤波器。通带：希望(xwng)保留的频率范围。阻带：希望抑制的频率范围。 根据通带和阻带在频率范围中的相对位置，滤波器分为低通、高通、带通、带阻四种类型。第22页/共26页第二十三页，共26页。11-6 滤波器简介(jin ji) 工程上利用电感L和电容C彼此相反而又互补的频率特性，先设计具有一定滤波功能的单元电路，然后采用并联、级联等方式，连接成各种( zhn)滤波器网络。LC低通滤波器CL高通滤波器第23页/共26页第二十四页，共26页。11-6 滤波器简介(jin ji)L1带通滤波器L2C1C2L1带阻通滤波器L2C1C2 利用(lyng)谐振电路的频率特性，只允许谐振频率邻域内的信号通过。 阻止谐振频率邻域内的信号(xnho)通过。第24页/共26页第二十五页，共26页。第十一章作业第十一章作业(zuy)P297 11-2 11-4 11-9 11-11第25页/共26页第二十六页，共26页。