十章節(jié)正弦交流電路頻率響應(yīng)及諧振ppt課件

1、第十章第十章 正弦交流電路的正弦交流電路的頻率呼應(yīng)及諧振頻率呼應(yīng)及諧振第十章第十章 正弦交流電路的頻正弦交流電路的頻率呼應(yīng)及諧振率呼應(yīng)及諧振 10.1 頻率呼應(yīng)的概念頻率呼應(yīng)的概念10.2 RC電路的頻率呼應(yīng)電路的頻率呼應(yīng)10.3 正弦交流電路的串聯(lián)諧振正弦交流電路的串聯(lián)諧振10.4 正弦交流電路的并聯(lián)諧振正弦交流電路的并聯(lián)諧振 10-1 網(wǎng)絡(luò)的頻率特性網(wǎng)絡(luò)的頻率特性概念：網(wǎng)絡(luò)的頻率特性是研討正弦交流電路中概念：網(wǎng)絡(luò)的頻率特性是研討正弦交流電路中電壓、電流隨頻率變化的關(guān)系即頻域電壓、電流隨頻率變化的關(guān)系即頻域分析。分析。 iUoU網(wǎng)網(wǎng) 絡(luò)絡(luò)iOUUT)j（傳送函數(shù)：傳送函數(shù)：電路的頻率呼應(yīng)，是

2、電路指定輸入與輸出的頻率特性，頻率呼應(yīng)的研討是經(jīng)過正弦交流電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)來進(jìn)展的。網(wǎng)絡(luò)函數(shù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)定義：在正弦穩(wěn)態(tài)條件下，呼應(yīng)相量與鼓勵相量之比。 1 1、謀劃點函數(shù)、謀劃點函數(shù) 呼應(yīng)與鼓勵都屬同一端口， 1謀劃點阻抗 Z0= U/I2謀劃點導(dǎo)納 Y0= I/UUIIU/UI/UI2 2、轉(zhuǎn)移函數(shù)、轉(zhuǎn)移函數(shù) 呼應(yīng)和鼓勵不在同一端口呼應(yīng)和鼓勵不在同一端口 1轉(zhuǎn)移電壓比 AU=12UU 2轉(zhuǎn)移電流比 Ai= 3轉(zhuǎn)移阻抗 ZT= 4轉(zhuǎn)移導(dǎo)納 YT=12II12IU12UI12UU12II12IU12UI 我們用N(j)來泛指各類函數(shù)，普通情況下N(j)是一個復(fù)數(shù)，可表示為： N(j)= N(j)()

3、 式中N(j)是網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的模，等于呼應(yīng)幅值與鼓勵幅值之比，是的函數(shù)幅頻特性 ()是N(j)的輻角，等于呼應(yīng)與鼓勵的相位差，是的函數(shù)相頻特性一、一、RC低通電路低通電路網(wǎng)絡(luò)的傳送函數(shù)：網(wǎng)絡(luò)的傳送函數(shù)：ioUUTjOUiURC濾掉輸入信號的高頻成分，經(jīng)過低頻成分。濾掉輸入信號的高頻成分，經(jīng)過低頻成分。 10-2 RC電路的頻率呼應(yīng)電路的頻率呼應(yīng) TCRRCRCCRCUUTio12tan11j11j1j1jOUiURC低通濾波器的傳送函數(shù)低通濾波器的傳送函數(shù) TRCRCT12tan11j - 幅頻特性：輸出與輸入有效值幅頻特性：輸出與輸入有效值 之比與頻率的關(guān)系。之比與頻率的關(guān)系。 T其中：其中：

4、相頻特性：輸出與輸入相位差相頻特性：輸出與輸入相位差與頻率的關(guān)系。與頻率的關(guān)系。- 9045相頻特性相頻特性RC1tan）（幅頻特性幅頻特性211RCT）（低通濾波器的頻率特性低通濾波器的頻率特性1 RC1021 T000 ：帶寬：帶寬0：截止頻率：截止頻率分貝數(shù)定義：分貝數(shù)定義：ioioPPUUlg10lg20dB半功率點：半功率點：當(dāng)當(dāng) 時，時，21ioUU21ioPPdB321lg20lg20ioUU0幅頻特性上幅頻特性上時，叫時，叫 3 分貝點或半功率點。分貝點或半功率點。1RC1021 T三分三分貝點貝點OUiURC二、二、RC高通電路高通電路濾掉輸入信號的低頻成分，經(jīng)過高頻成分。濾

5、掉輸入信號的低頻成分，經(jīng)過高頻成分。高通濾波器的傳送函數(shù)高通濾波器的傳送函數(shù)CRCRCRRUUTioj1jj1j高通濾波器的頻率特性高通濾波器的頻率特性CRCRCRRUUTioj1jj1j幅頻特性幅頻特性21RCCRT）（相頻特性相頻特性RC1tan90）（1RC1021 T 9045三、三、RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)iUoURRCXjCXjiuouRCRCcccXRXRCRZXRCRZj)j()(j)(21并聯(lián)串聯(lián)令：令：ioUZZZU212那么：那么：iOUZZZU212icccccOUXRXRXRXRXRUj)j()j(j)j(iUCRCR)1( j31iOUCRCRU)1( j3122

6、)1(31)j (CRCRT幅頻特性幅頻特性)j(TRC1031 含有電感和電容的電路，假設(shè)無功功率得到完全含有電感和電容的電路，假設(shè)無功功率得到完全補償，使電路的功率因數(shù)等于補償，使電路的功率因數(shù)等于1，即：，即：u、 i 同相，同相，便稱此電路處于諧振形狀。便稱此電路處于諧振形狀。諧振諧振串聯(lián)諧振：串聯(lián)諧振：L L 與與 C C 串聯(lián)時串聯(lián)時 u u、i i 同相同相并聯(lián)諧振：并聯(lián)諧振：L L 與與 C C 并聯(lián)時并聯(lián)時 u u、i i 同相同相 諧振電路在無線電工程、電子丈量技術(shù)等許多電路中運諧振電路在無線電工程、電子丈量技術(shù)等許多電路中運用非常廣泛。用非常廣泛。諧振概念：諧振概念：10

7、.3 正弦交流電路的串聯(lián)諧振正弦交流電路的串聯(lián)諧振RXXXXRZXXRZCLCLCL122tanj串聯(lián)諧振的條件串聯(lián)諧振的條件CURLCURULUI串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路IU、 同相同相假設(shè)令：假設(shè)令：CLXX 0那么：那么：諧振諧振CLXX 串聯(lián)諧振的條件是：串聯(lián)諧振的條件是：fCCXfLLXCL211 2諧振頻率：諧振頻率： ofCL001CLXX LC10LCf210串聯(lián)諧振的特點串聯(lián)諧振的特點RXXRZZCL22minCLXX 0tan1RXXCLU、I 同相同相 RXXCL 當(dāng)當(dāng)時時RIUXIUXIUCCLL000 當(dāng)電源電壓一定時：當(dāng)電源電壓一定時：RUIIImax0UC 、UL

8、將大將大于于電源電壓電源電壓U注：串聯(lián)諧振也被稱為電壓諧振注：串聯(lián)諧振也被稱為電壓諧振當(dāng)當(dāng) 時，時，RXRXCL 、UUUCLRUI 0諧振時：諧振時：URXXRUXIUURXXRUXIUCCCCLLLL00LUCUIUURCLXX、質(zhì)量要素質(zhì)量要素 Q Q 值值 定義：電路處于串聯(lián)諧振時，電感或電容上的定義：電路處于串聯(lián)諧振時，電感或電容上的電壓和總電壓之比。電壓和總電壓之比。UCRURXUURLURXUCCLL001諧振時諧振時:RCRLUUUUQCL001在諧振形狀下在諧振形狀下, ,假設(shè)假設(shè) RXLRXL、RXC RXC ，Q Q 那么表達(dá)那么表達(dá)了電容或電感上電壓比電源電壓高出的倍數(shù)

9、。了電容或電感上電壓比電源電壓高出的倍數(shù)。串聯(lián)諧振特性曲線串聯(lián)諧振特性曲線0I0f20I1f2ffIRUI 0諧振電流諧振電流:0f諧振頻率諧振頻率下限截止頻率下限截止頻率上限截止頻率上限截止頻率1221fffff通頻帶通頻帶關(guān)于諧振曲線的討論關(guān)于諧振曲線的討論(a) 不變，不變，00I變化。變化。(c) 不變，不變， f變化。變化。00I不變，不變，00II(b) 不變，不變， 變化。變化。00I01020II00II分以下三種情況：分以下三種情況： 諧振曲線討論之一諧振曲線討論之一結(jié)論：結(jié)論：R的變化引起的變化引起 變化變化 R愈大愈大 愈小選擇性差愈小選擇性差 R愈小愈小 愈大選擇性好愈

10、大選擇性好0I0I0IR小小R大大不變，不變，00I變化。變化。0I0I0I 01 不變不變 即即LC不變不變LC10RUI 0R改動改動0I改動改動20I分析：分析：1 不變不變 即即U、R不變不變RUI 02 改動改動0LC10結(jié)論：結(jié)論：LC 的變化引起的變化引起 變化變化 L 變小或變小或 C 變小變小 變大變大 L 變大或變大或 C 變大變大 變小變小000 諧振曲線討論之二諧振曲線討論之二01020II不變，不變， 變化。變化。00I 諧振曲線討論之三諧振曲線討論之三結(jié)論：結(jié)論：Q愈大，帶寬愈小，曲線愈鋒利。愈大，帶寬愈小，曲線愈鋒利。 Q愈小，帶寬愈大，曲線愈平坦。愈小，帶寬愈大

11、，曲線愈平坦。QfLRf02分析：分析：0I不變，不變， 不變不變0LC、R 不變，不變，f12如何改動如何改動或或？可以可以證明：證明：可見可見 與與 Q 相關(guān)。相關(guān)。f不變，不變， f變化。變化。0I0不變，不變，00II20I串聯(lián)諧振時的阻抗特性串聯(lián)諧振時的阻抗特性0R感性感性022)( jCLCLXXRXXRZZLC1容性容性0串聯(lián)諧振運用舉例串聯(lián)諧振運用舉例收音機接納電路收音機接納電路1L2L3LC:1L接納天線接納天線2L與與 C ：組成諧振電路：組成諧振電路:3L將選擇的信號送將選擇的信號送 接納電路接納電路1L2L3LC 組成諧振電路組成諧振電路 ，選出所需的電臺。，選出所需的

12、電臺。C - 2L321 eee、 為來自為來自3個不同電臺不同頻率個不同電臺不同頻率的電動勢信號；的電動勢信號；C2L2LR1e2e3e知：知：20 H25022LRL、kHz8201fC2L2LR1e2e3e解：解：CLf21212221LfCpF150102501082021623C假設(shè)要收聽假設(shè)要收聽 節(jié)目，節(jié)目，C 應(yīng)配多大？應(yīng)配多大？1e問題一：問題一：結(jié)論：當(dāng)結(jié)論：當(dāng) C 調(diào)到調(diào)到 150 pF 時，可收聽到時，可收聽到 的節(jié)目。的節(jié)目。1e問題二：問題二：1e信號在電路中產(chǎn)生的電流信號在電路中產(chǎn)生的電流 有多有多大？在大？在 C 上上 產(chǎn)生的電壓是多少？產(chǎn)生的電壓是多少？V10

13、1E pF1501C H2502L 20 2LR知：知：kHz8201f解答：解答：129021fLXXCLA5 . 021REIV645C1CIXU所希望的信號所希望的信號被放大了被放大了64倍。倍。C2L2LR1e2e3e10.4 正弦交流電路的并聯(lián)諧振正弦交流電路的并聯(lián)諧振當(dāng)當(dāng) 時時 領(lǐng)先于領(lǐng)先于 (容性容性)CLII IUUILICI諧振諧振當(dāng)當(dāng) 時時 CLII 0ILIUCI理想情況：純電感和純電容理想情況：純電感和純電容 并聯(lián)。并聯(lián)。 當(dāng)當(dāng) 時時 落后于落后于 (感性感性)CLII IUCIULIIIULICICLXUXUCL001LC10LCf210或或LIUCICLII 理想情

14、況下并聯(lián)諧振條件理想情況下并聯(lián)諧振條件IULICICCLRLXUIXRUIjjURLICIICRLIII非理想情況下的并聯(lián)諧振非理想情況下的并聯(lián)諧振UIRLICIUI、同相時那么諧振同相時那么諧振UCLRLLRRUCLRI2222jjj1虛部虛部實部實部那么那么 、 同相同相 IU虛部虛部=0。諧振條件：諧振條件：UIRLICICRLIII一、非理想情況下并聯(lián)諧振條件一、非理想情況下并聯(lián)諧振條件002020CLRL由上式虛部由上式虛部并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率UIRLICI2220111RLCLCLRLC得：得：LC10LCf210或或02RLC當(dāng)當(dāng) 時時 并聯(lián)諧振的特點并聯(lián)諧振的特點 I同相。

15、同相。U、 電路的總阻抗最大。電路的總阻抗最大。 定性分析定性分析:IULICIZULICI理想情況下理想情況下諧振時：諧振時：max0ZZI總阻抗：總阻抗：RCLZZmax0UCLRLLRRI2222j得：得：IRCLU2201LRLC代入代入并聯(lián)諧振電路總阻抗的大小并聯(lián)諧振電路總阻抗的大小UIRLICI諧振時虛部為零諧振時虛部為零,即即:ULRRI22什么性質(zhì)什么性質(zhì)?并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振電路總阻抗：電路總阻抗：RCLZZmax00Z0R當(dāng)當(dāng)時時UU所以，純電感和純電容并聯(lián)諧振時，相當(dāng)于斷路。所以，純電感和純電容并聯(lián)諧振時，相當(dāng)于斷路。 minIZUIO外加電壓一定時，外加電壓一定時，總電流最小?？傠娏髯钚　ULICIZOUSImaxZZOOSOZIUUmax外加電流為恒定電流外加電流為恒定電流 時，時，輸出電壓最大。輸出電壓最大。）（