第7章(電路頻率響應(yīng))

1、 7.1 7.1 頻率響應(yīng)的基本概念頻率響應(yīng)的基本概念 一、網(wǎng)絡(luò)函數(shù) 二、頻率響應(yīng) 7.2 7.2 一階電路的頻率響應(yīng)一階電路的頻率響應(yīng) 一、RC一階低通電路 二、RC一階高通電路 三、RC一階全通電路 7.3 RLC7.3 RLC二階串聯(lián)電路的頻率響應(yīng)二階串聯(lián)電路的頻率響應(yīng) 一、RLC二階串聯(lián)電路的頻率 二、RLC串聯(lián)諧振電路 7.4 RLC7.4 RLC二階并聯(lián)電路的頻率響應(yīng)二階并聯(lián)電路的頻率響應(yīng) 一、實用RLC并聯(lián)電路 二、RLC二階并聯(lián)電路的頻率響應(yīng) 點擊目錄 ，進(jìn)入相關(guān)章節(jié)下一頁前一頁退出本章下一頁前一頁退出本章 電路中傳輸?shù)碾娦盘柾皇菃我活l率的正弦量。如無線電通信、電視等傳輸?shù)?/p>

2、語言、音樂、圖象信號，都是由許多頻率的正弦分量組成。本章討論在不同頻率信號激勵下電路的傳輸特性。 動態(tài)電路中，由于容抗和感抗都是頻率的函數(shù)，因此，不同動態(tài)電路中，由于容抗和感抗都是頻率的函數(shù)，因此，不同頻率的正弦激勵作用于電路時，即使激勵的振幅和初相相同，響頻率的正弦激勵作用于電路時，即使激勵的振幅和初相相同，響應(yīng)的振幅和初相也隨之而變。應(yīng)的振幅和初相也隨之而變。例1 如圖正弦穩(wěn)態(tài)電路，R = 1k，C = 1F，當(dāng)uS(t) = 10 cos(103t)V時，uC(t) = ?當(dāng)uS(t) = 10 cos(2103t)V時，uC(t) = ?SUCURCj1解一、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)下一頁前一頁退出本

3、章當(dāng)uS(t) = 10 cos(103t)V時，V4507. 7111,/10,0103SmCmSmUjUsradVUuC(t) = 7.07 cos(103t- 45)V當(dāng)uS(t) = 10 cos(2 103t)V時，V4 .6347. 4121,/102,0103SCmSmUjUsradVUuC(t) = 4.47 cos(2103t 63.4 )V電路的響應(yīng)隨激勵頻率而變化的特性稱為電路的電路的響應(yīng)隨激勵頻率而變化的特性稱為電路的頻率特性頻率特性。通常用網(wǎng)絡(luò)函數(shù)通常用網(wǎng)絡(luò)函數(shù)(Network function)(Network function)描述。描述。下一頁前一頁退出本章網(wǎng)絡(luò)

4、函數(shù)的定義：F)(def激勵相量響應(yīng)相量YjH如前例，SUCURCj111)(CRjUUjHSC網(wǎng)絡(luò)函數(shù)一般是網(wǎng)絡(luò)函數(shù)一般是的復(fù)函數(shù)，可寫為的復(fù)函數(shù)，可寫為)(e)()(jjHjH 其中，其中，|H(j)|H(j)|稱為電路的幅頻特性稱為電路的幅頻特性(amplitude (amplitude response)response)，()()稱為相頻特性稱為相頻特性(phase response)(phase response)， 合稱電路的頻率特性合稱電路的頻率特性( (頻率響應(yīng)）。頻率響應(yīng)）。二、頻率響應(yīng)下一頁前一頁退出本章211)(CRjH)arctan()(CR10.7070C(a)|H

5、(j)|0-45-90()(b)C 電路對低頻信號有較大輸出，而對高頻分量有抑制作用，稱電路為低通電路，相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)稱低通函數(shù)。 通常將|H(j)|/Hmax 0.707的頻率范圍稱為電路的通帶；而將|H(j)|/Hmax 0.707的頻率范圍稱為止帶或阻帶； 邊界角頻率C稱為截止角頻率。當(dāng)= C時，電路的輸出功率是最大功率的一半，故C也稱半功率點頻率。下一頁前一頁退出本章21707. 011)(2maxCRHjHC解得： C= 1/(RC)。 按通帶、止帶分類，濾波電路分為：低通、高通、帶通、帶阻和全通濾波電路。0C(a)|H(j)|通帶止帶0C(b)|H(j)|通帶止帶0C1(c)|H(j

6、)|通帶止帶止帶C20C1(d)|H(j)|通帶 止帶 通帶C20(e)|H(j)|通帶當(dāng)Hmax =1 , 一階電路和二階電路是常用的兩類重要電路。它通常是構(gòu)成高階電路的基本單元模塊。一、一階低通電路 一階電路按頻率響應(yīng)可分為：低通、高通和全通三種類型。CCjHjH0)(下一頁前一頁退出本章 一階低通電路網(wǎng)絡(luò)函數(shù)典型形式為：CRSUCURUCCSCjCjRCjUUjH11)(例例 如圖如圖RCRC電路，若以電容電壓電路，若以電容電壓 作輸出，其頻率響應(yīng)為作輸出，其頻率響應(yīng)為CU下一頁前一頁退出本章CRSUCURU例 如圖RC電路，若以電阻電壓 作輸出，其網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為RUCSRjjCjRRUUj

7、H1)(CjHjHj)(二、一階高通電路 一階高通電路網(wǎng)絡(luò)函數(shù)典型形式為：CCjHjHj)(0三、一階全通電路 一階全通電路網(wǎng)絡(luò)函數(shù)典型形式為：CCRR2U1U+-例 如圖RC電路，若以 為輸入， 以 為輸出，根據(jù)分壓公式1U2U11)(12RCjRCjUUjH111211111URCjRCjUCjRCjUCjRRU下一頁前一頁第 7-10 頁退出本章 二階電路按頻率響應(yīng)可分為：低通、高通、帶通、帶阻和全通五種類型，其網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的典型形式為2002200)()(jQjHjH低通函數(shù)20022)(j)(jQjHjH）（高通函數(shù)1、二階電路下一頁前一頁退出本章20022020)(j)(jQjHjH）

8、（帶阻函數(shù)200220020)()(j)(jQjjQHjH）（全通函數(shù)1、二階電路200200)(j)(jQjQHjH）（帶通函數(shù)下一頁前一頁退出本章0UCRSUCR0U220133311/11/)(RCjRCjjRCCjRCjRCjRUUjHS電路為帶通電路。0=1/(RC)，Q= 1/3，H0 = 1/3例 如圖雙RC電路，若以電容電壓 作輸出，其網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為下一頁前一頁退出本章200200)(jQjjQHjH將分子、分母同除以j0/Q，整理得0001)(jQHjH其幅頻特性與相頻特性為200201)(QHjH Q00arctan帶通電路的幅頻特性與相頻特性001/3|H(j)|0()/2-

9、/2可見，幅頻的最大值發(fā)生在0處， 0稱為中心角頻率。下一頁前一頁退出本章通頻帶 當(dāng)|H(j)|下降到其最大值的0.707倍時，對應(yīng)的頻率稱為截止頻率，用C1、 C2表示。2111)(2002maxCCQHjH100CCQ解得1212112121202201QQQQCC下一頁前一頁退出本章C1 C2的頻率范圍為通帶。通帶的寬度稱為帶寬或通頻帶，用B表示。(rad/s)012QBCC)(0HzQfB 或下一頁前一頁退出本章 諧振諧振(resonant)(resonant)現(xiàn)象是正弦穩(wěn)態(tài)電路的一種特現(xiàn)象是正弦穩(wěn)態(tài)電路的一種特定的工作狀態(tài)。定的工作狀態(tài)。諧振電路主要是利用它對頻率的選諧振電路主要是利

10、用它對頻率的選擇性。擇性。諧振電路由于其良好的選頻特性，在通信和諧振電路由于其良好的選頻特性，在通信和電子技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。電子技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。7.3.2、電路諧振的概念下一頁前一頁退出本章一、RLC串聯(lián)諧振電路的頻率響應(yīng)LrCSUI由實際電感線圈、電容器串聯(lián)組成的電路，稱為串聯(lián)諧振電路。如圖r反映損耗的等效電阻，一般電容器損耗很小，可以忽略不計。以電流 為響應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為I0000011111/1)1(1)(jQrLCrLjrCjLjrUIjHSrHjQjjQHjH1)()()()(0200200下一頁前一頁退出本章 由幅頻特性可見，諧振電路對頻率具有選擇性，其Q值越高，電路的選擇性越

11、好。但帶寬則越窄。 當(dāng)w=w0時，稱電路發(fā)生了諧振。使電路發(fā)生諧振的方法：（1）調(diào)電源頻率（實驗室常用）（2）調(diào)電路參數(shù)C（實際接受電路常用。）(rad/s)0QB串聯(lián)諧振電路的通頻帶為0|H(j)|/H010.7070C2C1Q1 Q2 1)，并且工作在諧振頻率附近。rLCSI總導(dǎo)納；2222)()(1LrLCjLrrCjLjrY當(dāng)回路的品質(zhì)因數(shù)Q較高，即r2(L)2時，上式可近似為)1()1()(2LCjGLCjLrY在諧振頻率附近，即 0，等效電路如圖。LCrLrLrRG202)()(1LCSIRCrL下一頁前一頁退出本章LC10諧振阻抗CrLRZ0品質(zhì)因數(shù)rLLRCRQ000若r 0L

12、，則并聯(lián)諧振電路參數(shù)為：下一頁前一頁退出本章例 如圖。US = 12V，RS = 60k;并聯(lián)諧振電路的L =54H，C = 90pF，r = 9 ;負(fù)載為阻容并聯(lián)電路，RL = 60k,CL= 10pF。若整個電路對電源頻率諧振，求諧振頻率f0、U和有載QL。CRSCLRLLrUSU解 進(jìn)行等效SIRSCLR0CLRLmARUISSS2 . 01060123kCrLR6091010010541260總電阻 R= RS/R0/RL = 20k 總電容 C= C + CL = 100pF下一頁前一頁退出本章MHzLCf17. 210100105421211260VRIUS41020102 . 0332 .2710541010010206123LCRRQL下一頁前一頁退出本章對比記憶：rLC串聯(lián)RLC并聯(lián)實用簡單并聯(lián)諧振角頻率0特性阻抗諧振阻抗Z0 品質(zhì)