-电路的频率响应和谐振现象.pptx
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1、(5-1)第五章第五章 电路的频率响应和谐振现象电路的频率响应和谐振现象5.1 频率响应与网络函数频率响应与网络函数5.2 一阶电路和二阶电路的频率响应一阶电路和二阶电路的频率响应5.3 串联谐振电路串联谐振电路5.4 并联谐振电路并联谐振电路(5-2)一、一、一、一、基本概念基本概念基本概念基本概念2、多频正弦信号的产生、多频正弦信号的产生电路的激励是多个不同频率的正弦波。电路的激励是多个不同频率的正弦波。实际的交流发电机发出的电压波形实际的交流发电机发出的电压波形通信工程方面传输的各种信号通信工程方面传输的各种信号电路存在非线性元件电路存在非线性元件1、频率响应:、频率响应:不同频率正弦稳
2、态下,电路响应与频率的关系。不同频率正弦稳态下,电路响应与频率的关系。3、多频正弦激励、多频正弦激励可分为两种情况:可分为两种情况:电路的激励是非正弦周期函数。电路的激励是非正弦周期函数。5.1 频率响应与网络函数(5-3)4、常见的非正弦周期电流、电压波形、常见的非正弦周期电流、电压波形TttTTTTttt(5-4)5、阻抗和导纳的频率特性、阻抗和导纳的频率特性电容和电感元件对于不同的频率呈现出不同的阻抗和导纳。电容和电感元件对于不同的频率呈现出不同的阻抗和导纳。无源无源线性线性+-输入阻抗的输入阻抗的幅频特性(曲线)幅频特性(曲线):与频率的关系(的曲线)。与频率的关系(的曲线)。输入阻抗
3、的输入阻抗的相频特性(曲线)相频特性(曲线):与频率的关系与频率的关系(的曲线)。(的曲线)。(5-5)无源单口网络的输入阻抗和输入导纳必然满足下列不等式:无源单口网络的输入阻抗和输入导纳必然满足下列不等式:若网络呈感性,即若网络呈感性,即X()0或或B()0时:时:又又(5-6)若网络呈容性,即若网络呈容性,即X()0时:时:若网络呈阻性,即若网络呈阻性,即X()=0或或B()=0时:时:综上所述,对所有综上所述,对所有 ,都,都有:有:(5-7)例例1 求如图所示求如图所示RC并联电路折输入阻抗,并绘出它的幅并联电路折输入阻抗,并绘出它的幅频特性和相频特性曲线。频特性和相频特性曲线。RC解
4、:解:故得幅频关系:故得幅频关系:得相频关系:得相频关系:(5-8)-45o-90o(5-9)二、二、二、二、正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数H(j)激励相量激励相量响应相量响应相量对于相量模型,网络函数定义为:对于相量模型,网络函数定义为:(复数)(复数)分析电路的频率响应先要掌握该电路在正弦稳态时的网分析电路的频率响应先要掌握该电路在正弦稳态时的网络函数。电路的任何一个网络函数(策动点函数和转移络函数。电路的任何一个网络函数(策动点函数和转移函数)的函数)的幅频特性幅频特性曲线和曲线和相频特性相频特性曲线都可称为在指定曲线都可称为在指定输入和输出下的频率响应
5、。输入和输出下的频率响应。(5-10)网网络络函函数数策策动动点点函函数数转转移移函函数数(传传输输函函数数)响应与响应与激励处激励处于同一于同一端口时端口时响应与响应与激励处激励处于不同于不同端口时端口时策动点阻抗策动点阻抗策动点导纳策动点导纳转移电压比转移电压比转移电流比转移电流比转移阻抗转移阻抗转移导纳转移导纳(5-11)1、RC低通电路(低通电路(RC低通滤波器)低通滤波器)i iRC+-u u1 1u u2 2+-求求解:解:一、一阶电路的频率响应一、一阶电路的频率响应5.2 5.2 一阶电路和二阶电路的频率响应一阶电路和二阶电路的频率响应(5-12)分析:分析:幅频特性幅频特性相频
6、特性相频特性01(5-13)概念:概念:通带:通带:阻带:阻带:截止频率截止频率fC:指通带与阻带的边界频率。指通带与阻带的边界频率。截止角频率截止角频率 C:指通带与阻带的边界角频率。指通带与阻带的边界角频率。当当 f=fC(=C)时,电路的输出功率为最大输)时,电路的输出功率为最大输出功率的一半。出功率的一半。又称半功率点频率又称半功率点频率又称半功率点角频率又称半功率点角频率(5-14)2、RC高通电路(高通电路(RC高通滤波器)高通滤波器)i iRC+-u u1 1u u2 2+-求求解:解:(5-15)分析:分析:幅频特性幅频特性相频特性相频特性01截止角频率截止角频率(5-16)3
7、、滤波器分类、滤波器分类滤波器滤波器:让一定频率范围的信号通过,而抑制其它频:让一定频率范围的信号通过,而抑制其它频 率信号的电路。率信号的电路。按通带、止带分类按通带、止带分类:00000低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器全通滤波器全通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器(5-17)二、二阶电路的频率响应Z1Z2(5-18)带通滤波器带通滤波器(5-19)二阶电路分类二阶电路分类:低通、高通、带通、带阻和全通五种。低通、高通、带通、带阻和全通五种。由电路参数决定。由电路参数决定。(5-20)本次习题本次习题5-1(5-21)5.3 串联谐振电路主要内容:主要内容:1、品质因数
8、的定义,电感线圈、电容器的品质因数;、品质因数的定义,电感线圈、电容器的品质因数;2、rLC串联电路谐振的条件、谐振特征;串联电路谐振的条件、谐振特征;3、rLC串联谐振电路的选择性、带宽与品质因数的关系。串联谐振电路的选择性、带宽与品质因数的关系。(5-22)一、品质因数一、品质因数品质因数品质因数Q定义:在正弦稳态电路下,元件或谐振电路定义:在正弦稳态电路下,元件或谐振电路储能的最大值与其在一个周期内所消耗能量之比的储能的最大值与其在一个周期内所消耗能量之比的2 倍。倍。1、电感线圈的品质因数、电感线圈的品质因数考虑电感线圈的能量损耗时,考虑电感线圈的能量损耗时,其电路模型如右。其电路模型
9、如右。则电感的储能为则电感的储能为:(5-23)电感最大储能为电感最大储能为:一周期内线圈电阻一周期内线圈电阻r所消耗能量为所消耗能量为:电感线圈的品质因数为电感线圈的品质因数为:2、电容器的品质因数、电容器的品质因数考虑电容器的能量损耗时,其考虑电容器的能量损耗时,其电路模型如右。电路模型如右。则电容的储能为则电容的储能为:(5-24)电容储能最大值为电容储能最大值为:一周期内电容损耗电导一周期内电容损耗电导G所消耗能量为所消耗能量为:电容器的品质因数为电容器的品质因数为:电容器的性能也常用损耗角或损耗系数来衡量:电容器的性能也常用损耗角或损耗系数来衡量:品质因数越高,损耗系数越小,电容器性
10、能越好。品质因数越高,损耗系数越小,电容器性能越好。(5-25)二、二、rLC串联谐振电路串联谐振电路通常,电容器损耗比电感线通常,电容器损耗比电感线圈的损耗小很多,可忽略不圈的损耗小很多,可忽略不计,故等效电路如右。计,故等效电路如右。(5-26)X0感性感性(5-27)1、谐振定义、谐振定义 对于图示串联电路而言,对于图示串联电路而言,电电压和电流压和电流同相同相时的工作状况时的工作状况称为电路发生了谐振。称为电路发生了谐振。2、发生谐振的条件、发生谐振的条件谐振角频率:谐振角频率:谐振频率:谐振频率:它们是由电路参数它们是由电路参数L、C决定的,决定的,与外施激励无关,称与外施激励无关,
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