《正弦穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)》ppt課件

1、第十二章第十二章 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)和頻率特性網(wǎng)絡(luò)函數(shù)和頻率特性 前兩章討論了正弦鼓勵(lì)頻率為給定值時(shí)，動(dòng)前兩章討論了正弦鼓勵(lì)頻率為給定值時(shí)，動(dòng)態(tài)電路的正弦穩(wěn)態(tài)呼應(yīng)。本章討論正弦鼓勵(lì)頻率態(tài)電路的正弦穩(wěn)態(tài)呼應(yīng)。本章討論正弦鼓勵(lì)頻率變化時(shí)，動(dòng)態(tài)電路的特性變化時(shí)，動(dòng)態(tài)電路的特性頻率特性。為此，頻率特性。為此，先引見在正弦穩(wěn)態(tài)條件下的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。然后利用先引見在正弦穩(wěn)態(tài)條件下的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。然后利用網(wǎng)絡(luò)函數(shù)研討幾種典型網(wǎng)絡(luò)函數(shù)研討幾種典型RC電路的頻率特性。最后電路的頻率特性。最后引見諧振電路及其頻率特性。動(dòng)態(tài)電路的頻率特引見諧振電路及其頻率特性。動(dòng)態(tài)電路的頻率特性在電子和通訊工程中得到了廣泛運(yùn)用，常用來性在電子和通訊

2、工程中得到了廣泛運(yùn)用，常用來實(shí)現(xiàn)濾波、選頻、移相等功能。實(shí)現(xiàn)濾波、選頻、移相等功能。121 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)一、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的定義和分類一、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的定義和分類)112()j (輸入相量輸入相量輸出相量輸出相量 H 輸入輸入(鼓勵(lì)鼓勵(lì))是獨(dú)立電壓源或獨(dú)立電流源，輸出是獨(dú)立電壓源或獨(dú)立電流源，輸出(呼應(yīng)呼應(yīng))是是感興趣的某個(gè)電壓或電流。感興趣的某個(gè)電壓或電流。 動(dòng)態(tài)電路在頻率為動(dòng)態(tài)電路在頻率為的單一正弦鼓勵(lì)下，正弦穩(wěn)態(tài)呼的單一正弦鼓勵(lì)下，正弦穩(wěn)態(tài)呼應(yīng)應(yīng)(輸出輸出)相量與鼓勵(lì)相量與鼓勵(lì)(輸入輸入)相量之比，稱為正弦穩(wěn)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)相量之比，稱為正弦穩(wěn)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，記為函數(shù)，記為H(j)，即，即 和和 稱為驅(qū)

3、動(dòng)點(diǎn)阻抗。稱為驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗。11/ IU22/ IU 假設(shè)輸入和輸出屬于同一端口，假設(shè)輸入和輸出屬于同一端口，稱為驅(qū)動(dòng)點(diǎn)函數(shù)，或謀劃點(diǎn)函數(shù)。稱為驅(qū)動(dòng)點(diǎn)函數(shù)，或謀劃點(diǎn)函數(shù)。以圖示雙口網(wǎng)絡(luò)為例以圖示雙口網(wǎng)絡(luò)為例和和 稱為驅(qū)動(dòng)點(diǎn)導(dǎo)納。稱為驅(qū)動(dòng)點(diǎn)導(dǎo)納。11/UI22/UI 假設(shè)輸入和輸出屬于不同端口時(shí)，稱為轉(zhuǎn)移函數(shù)。假設(shè)輸入和輸出屬于不同端口時(shí)，稱為轉(zhuǎn)移函數(shù)。12/ IU和和 稱為轉(zhuǎn)移阻抗。稱為轉(zhuǎn)移阻抗。21/ IU和和 稱為轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。稱為轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。21/UI12/UI和和 稱為轉(zhuǎn)移電壓比。稱為轉(zhuǎn)移電壓比。12/UU21/UU和和 稱為轉(zhuǎn)移電流比。稱為轉(zhuǎn)移電流比。21/ II12/ II圖圖 12-1二

4、、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的計(jì)算方法二、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的計(jì)算方法輸入相量輸入相量輸出相量輸出相量 )j ( H 正弦穩(wěn)態(tài)電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)是以正弦穩(wěn)態(tài)電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)是以為變量的兩個(gè)多項(xiàng)式為變量的兩個(gè)多項(xiàng)式之比，它取決于網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造和參數(shù)，與輸入的量值無關(guān)。之比，它取決于網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造和參數(shù)，與輸入的量值無關(guān)。 在知網(wǎng)絡(luò)相量模型的條件下，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的根本方在知網(wǎng)絡(luò)相量模型的條件下，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的根本方法是外加電源法：在輸入端外加一個(gè)電壓源或電流源，用法是外加電源法：在輸入端外加一個(gè)電壓源或電流源，用正弦穩(wěn)態(tài)分析的任一種方法求輸出相量的表達(dá)式，然后將正弦穩(wěn)態(tài)分析的任一種方法求輸出相量的表達(dá)式，然后將輸出相量與輸入相量相比，求得

5、相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。對(duì)于二輸出相量與輸入相量相比，求得相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。對(duì)于二端元件組成的阻抗串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，也可用阻抗串并聯(lián)公式計(jì)端元件組成的阻抗串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，也可用阻抗串并聯(lián)公式計(jì)算驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗和導(dǎo)納，用分壓、分流公式計(jì)算轉(zhuǎn)移函數(shù)。算驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗和導(dǎo)納，用分壓、分流公式計(jì)算轉(zhuǎn)移函數(shù)。 例例12-l 試求圖試求圖12-2(a)所示網(wǎng)絡(luò)負(fù)載端開路時(shí)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗所示網(wǎng)絡(luò)負(fù)載端開路時(shí)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗 和轉(zhuǎn)移阻抗和轉(zhuǎn)移阻抗 。 11/ IU12/ IU圖圖 12-2解：首先畫出網(wǎng)絡(luò)的相量模型，如圖解：首先畫出網(wǎng)絡(luò)的相量模型，如圖12-2(b)所示。用阻抗所示。用阻抗 串并聯(lián)公式求得驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗串并聯(lián)公式求得驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗 2

6、222112j3 j1j12j1j1CRCRCCRCRCRRCIU2 12122 j1jj12IRCCRCRIRRU 然后求得然后求得 RCCRIU 2 j1j212 讀者留意到網(wǎng)絡(luò)函數(shù)式中，頻率讀者留意到網(wǎng)絡(luò)函數(shù)式中，頻率是作為一個(gè)變量出是作為一個(gè)變量出如今函數(shù)式中的。如今函數(shù)式中的。 為求轉(zhuǎn)移阻抗為求轉(zhuǎn)移阻抗 ，可外加電流源可外加電流源 ，用分流公，用分流公式先求出式先求出 的表達(dá)式的表達(dá)式 2U1I12/ IU圖圖 12-2 解：先畫出相量模型，如圖解：先畫出相量模型，如圖(b)所示。外加電壓源所示。外加電壓源 ，列出結(jié)，列出結(jié) 點(diǎn)方程：點(diǎn)方程： 1U 0j1)j(jj222Cm12CU

7、CRUCgRUUCUCR 解得解得 ) 212(j4 j2jm22m12 gCRCRCRCRRgUU22 例例12-2 試求圖試求圖12-3(a)所示網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移電壓比所示網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移電壓比 。 12/UU圖圖 12-3)312()( | )j (|)j (12 HUUH 其中其中 )512( )()412()j (1212 UUH三、利用網(wǎng)絡(luò)函數(shù)計(jì)算輸出電壓電流三、利用網(wǎng)絡(luò)函數(shù)計(jì)算輸出電壓電流 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H(jH(j ) )是輸出相量與輸入相量之是輸出相量與輸入相量之比，比，H(jH(j ) )反映輸出正弦波振幅及相位與輸入正弦反映輸出正弦波振幅及相位與輸入正弦波振幅及相位間的關(guān)系。在知網(wǎng)

8、絡(luò)函數(shù)的條件下，波振幅及相位間的關(guān)系。在知網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的條件下，給定任一頻率的輸入正弦波，即可直接求得輸出給定任一頻率的輸入正弦波，即可直接求得輸出正弦波。例如知某電路的轉(zhuǎn)移電壓比正弦波。例如知某電路的轉(zhuǎn)移電壓比 式式(124)闡明輸出電壓闡明輸出電壓u2(t)的幅度為輸入電壓的幅度為輸入電壓u1(t)幅幅度的度的|H(j )|倍，即倍，即 12| )(|UjHU 式式(125)闡明輸出電壓闡明輸出電壓u2(t)的相位比輸入電壓的相位比輸入電壓u1(t)的的相位超前相位超前( )，即，即 )(12 假設(shè)知假設(shè)知u1(t)=U1mcos( t+1)，那么由，那么由u1(t)引起的呼引起的呼應(yīng)為應(yīng)為

9、)612()(cos| )j (|)(1m12 tUHtu 對(duì)于其它網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，也可得到類似的結(jié)果。對(duì)于其它網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，也可得到類似的結(jié)果。 當(dāng)電路的輸入是一個(gè)非正弦波形時(shí)，可以利當(dāng)電路的輸入是一個(gè)非正弦波形時(shí)，可以利用網(wǎng)絡(luò)函數(shù)計(jì)算每個(gè)諧波分量的瞬時(shí)值，再用疊用網(wǎng)絡(luò)函數(shù)計(jì)算每個(gè)諧波分量的瞬時(shí)值，再用疊加方法求得輸出電壓或電流的波形。加方法求得輸出電壓或電流的波形。 例例12-3 電路如圖電路如圖12-3所示。知所示。知, 假設(shè)：假設(shè)：(1) =103rad/s ,(2) =104rad/s，試求輸出電壓，試求輸出電壓u2(t)。mS2F,1,k1,V)10cos(210)(m1 gCRttu 36

10、312102 j10210j2)(j 2UUH解：該電路的轉(zhuǎn)移電壓比如式解：該電路的轉(zhuǎn)移電壓比如式(12-2)所示。代入所示。代入R、C、gm 之值得到之值得到 圖圖 12-3 (1) =103rad/s時(shí)時(shí) 9 .3612 j11 j2)(j12 UUH 由式由式(126)求得求得 V)9 .2610cos(210 V)9 .361010cos(2101 )(cos| )j (|)(331m12 tttUHtu (2) =104rad/s時(shí)時(shí) 8 .89102. 020j9810j2)(j12 UUH 由式由式(126)求得求得 V)8 .7910cos(21.02 V)8 .891010c

11、os(210102. 0 )(cos| )j (|)(441m12 tttUHtu 實(shí)踐電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，可以用實(shí)驗(yàn)方法求得。將正弦實(shí)踐電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，可以用實(shí)驗(yàn)方法求得。將正弦波信號(hào)發(fā)生器接到被測網(wǎng)絡(luò)的輸入端，用一臺(tái)雙蹤示波器波信號(hào)發(fā)生器接到被測網(wǎng)絡(luò)的輸入端，用一臺(tái)雙蹤示波器同時(shí)觀測輸出和輸入正弦波。從輸出和輸入波形幅度之比同時(shí)觀測輸出和輸入正弦波。從輸出和輸入波形幅度之比可求得求得轉(zhuǎn)移電壓比的可求得求得轉(zhuǎn)移電壓比的|H(j )|。從輸出和輸入波形的相。從輸出和輸入波形的相位差可求得位差可求得( )。改動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的頻率，求得各種頻率。改動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的頻率，求得各種頻率下的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)下的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)

12、H(j )，就知道該網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。，就知道該網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。 四、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的頻率特性四、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的頻率特性 )(| )j (|)j ( HH 普通來說，普通來說， 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的振幅網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的振幅|H(j )|和相位和相位( )是頻率是頻率的函數(shù)?？梢杂谜穹蛳辔蛔骺v坐標(biāo)，畫出以頻率為橫坐的函數(shù)?？梢杂谜穹蛳辔蛔骺v坐標(biāo)，畫出以頻率為橫坐標(biāo)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線。由幅頻和相頻特性曲標(biāo)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線。由幅頻和相頻特性曲線，可直觀地看出網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同頻率正弦波呈現(xiàn)出的不同特線，可直觀地看出網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同頻率正弦波呈現(xiàn)出的不同特性，在電子和通訊工程中被廣泛采用。性，在電子和通訊工程中被廣泛

13、采用。 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)是一個(gè)復(fù)數(shù)，用極坐標(biāo)方式表為網(wǎng)絡(luò)函數(shù)是一個(gè)復(fù)數(shù)，用極坐標(biāo)方式表為 圖圖 12-3圖圖123電路的幅頻和相頻特性曲線如圖電路的幅頻和相頻特性曲線如圖(a)和和(b)所示。所示。圖圖 12-4圖圖 12-4 這些曲線的橫坐標(biāo)是用對(duì)數(shù)尺度繪制的。由幅頻特性這些曲線的橫坐標(biāo)是用對(duì)數(shù)尺度繪制的。由幅頻特性曲線可看出，該網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻率較高的正弦信號(hào)有較大的衰減，曲線可看出，該網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻率較高的正弦信號(hào)有較大的衰減，而頻率較低的正弦信號(hào)卻能順利經(jīng)過，這種特性稱為低通而頻率較低的正弦信號(hào)卻能順利經(jīng)過，這種特性稱為低通濾波特性。由相頻特性可看出，該網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入正弦信號(hào)有濾波特性。由相頻特性可看出，該網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入正弦信號(hào)有移相作用，移相