電路分析第9章ppt課件

1、4.Y形連接的對(duì)稱三相負(fù)載，每相阻抗為形連接的對(duì)稱三相負(fù)載，每相阻抗為Z=16+j12，接，接于線電壓于線電壓Ul=380V的對(duì)稱三相電源，試求線電流、有功功的對(duì)稱三相電源，試求線電流、有功功率率P、無功功率、無功功率Q和視在功率和視在功率S。5.對(duì)稱三相電阻爐作形連接，每相電阻對(duì)稱三相電阻爐作形連接，每相電阻R=38為，接于線為，接于線電壓電壓Ul=380V的對(duì)稱三相電源，試求負(fù)載相電流的對(duì)稱三相電源，試求負(fù)載相電流IP、線電、線電流流Il、三相功率、三相功率P。并以為參考相量畫出各電壓電流的相量。并以為參考相量畫出各電壓電流的相量圖。圖。11.某三相負(fù)載，額定相電壓為某三相負(fù)載，額定相電壓

2、為220V，每相負(fù)載，接入線，每相負(fù)載，接入線電壓為電壓為380V的對(duì)稱三相電源，試問該負(fù)載應(yīng)采用什么聯(lián)結(jié)的對(duì)稱三相電源，試問該負(fù)載應(yīng)采用什么聯(lián)結(jié)方法？負(fù)載的有功功率、無功功率、視在功率是多少？方法？負(fù)載的有功功率、無功功率、視在功率是多少？第第8章章作業(yè)作業(yè)P239l9.1 電路的頻率響應(yīng)電路的頻率響應(yīng) l9.2 RLC串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路l9.3 GLC并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路l9.4 應(yīng)應(yīng) 用用第第9 9章章 電路的頻率特性電路的頻率特性前往下一頁上一頁下一節(jié)上一節(jié) 分析電路的頻率響應(yīng)應(yīng)先掌握該電路在正分析電路的頻率響應(yīng)應(yīng)先掌握該電路在正弦穩(wěn)態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，電路的任何一個(gè)網(wǎng)弦穩(wěn)態(tài)下的

3、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，電路的任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線都絡(luò)函數(shù)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線都可稱為在指定輸入和輸出下的頻率響應(yīng)?？煞Q為在指定輸入和輸出下的頻率響應(yīng)。 9.1 9.1 電路的頻率響應(yīng)電路的頻率響應(yīng) 21(j )UHU(j )( )( )HH ( )H|(j )|H電壓轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)移函數(shù)復(fù)數(shù)形式復(fù)數(shù)形式幅頻特性幅頻特性 ( ) 相頻特性相頻特性 9.1.1 9.1.1 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù) 電路電路( (網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)) )本身的性能是由本身的性能是由電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的。電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的。在正弦穩(wěn)態(tài)下，表征電路或在正弦穩(wěn)態(tài)下，表征電路或系統(tǒng)的重要性能之一是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要性能

4、之一是網(wǎng)絡(luò)函數(shù)函數(shù)(network function)(network function)，其定義為其定義為(j )H輸出相量輸入相量9.1.2 9.1.2 一階一階RCRC電路分析電路分析 2111j(j )11jjUCHUCRRC21(j )arctan( )( )1()HRCHCR 21( )1()HCR( )arctan()RC 幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性網(wǎng)絡(luò)函數(shù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)( (電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)) ) 0 1RC( ) 1H( )0 1( )2H( )45 ( ) 0H( )90 低通電路，其截止頻率為低通電路，其截止頻率為C1RC0C為通頻帶；為通頻帶；C為阻帶為阻帶滯后

5、網(wǎng)絡(luò)滯后網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)21(j )UHU1j11jjRCRRCC=( )( )H =1j1jRCCR=式中式中( )1H全通函數(shù)全通函數(shù)相移網(wǎng)絡(luò)相移網(wǎng)絡(luò) RCarctan2用對(duì)數(shù)坐標(biāo)畫出的幅頻和相頻特性稱為用對(duì)數(shù)坐標(biāo)畫出的幅頻和相頻特性稱為 (Bode (Bode圖圖) )。工程上，。工程上，幅頻特性取對(duì)數(shù)后以分貝幅頻特性取對(duì)數(shù)后以分貝(dB)(dB)作單位，并稱為增益，用作單位，并稱為增益，用G G表示，表示，即即20lg( )GH波特圖波特圖 RC RC低通網(wǎng)絡(luò)的波特圖低通網(wǎng)絡(luò)的波特圖 由圖可見，在截止頻由圖可見，在截止頻率處特性的折線與實(shí)率處特性的折線與實(shí)際情況僅有際情況僅有3dB

6、3dB的誤差。的誤差。這樣做不僅可以在很這樣做不僅可以在很寬的頻率范圍內(nèi)用折寬的頻率范圍內(nèi)用折線畫出幅頻特性，而線畫出幅頻特性，而且簡(jiǎn)便直觀。且簡(jiǎn)便直觀。9.2 RLC串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路 含有電感、電容和電阻元件的單口網(wǎng)絡(luò)，含有電感、電容和電阻元件的單口網(wǎng)絡(luò)，在某一工作頻率上，出現(xiàn)端口電壓和電流在某一工作頻率上，出現(xiàn)端口電壓和電流波形相位相同的情況時(shí)，稱電路發(fā)生諧振。波形相位相同的情況時(shí)，稱電路發(fā)生諧振。 能發(fā)生諧振的電路，稱為諧振電路能發(fā)生諧振的電路，稱為諧振電路當(dāng)滿足一定條件當(dāng)滿足一定條件( (對(duì)對(duì)RLCRLC串聯(lián)電路，使串聯(lián)電路，使 L=1/ L=1/ C)C)， 電路電路中電壓、

7、電流同相，電路的這種狀態(tài)稱為諧振。中電壓、電流同相，電路的這種狀態(tài)稱為諧振。|)( j)1( jZXXRCLRZCL感性即當(dāng) ,1CLXXCL IRj L+_Cj1 U容性即當(dāng) ,1CLXXCL諧振：諧振：諧振的定義諧振的定義1. 1. 串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振 純電阻性即當(dāng) ,1CLXXCL諧振的產(chǎn)生諧振的產(chǎn)生1. L C 1. L C 不變，改變不變，改變。2. 2. 電源頻率不變，改變電源頻率不變，改變L L 或或C (C (常改變常改變C )C )。諧振角頻率諧振角頻率LC10 0由電路本身的參數(shù)決定，一個(gè)由電路本身的參數(shù)決定，一個(gè) R L C 串聯(lián)電路只能有一個(gè)對(duì)應(yīng)的串聯(lián)電路只能有一個(gè)對(duì)應(yīng)的

8、 0 , 當(dāng)外加電源頻率等于電路諧振頻率時(shí)，電路發(fā)生諧振。當(dāng)外加電源頻率等于電路諧振頻率時(shí)，電路發(fā)生諧振。諧振頻率諧振頻率LCf210 諧振周期諧振周期LCfT2/100 通常收音機(jī)選臺(tái)，即選擇不同頻率的信號(hào)，就采用改變通常收音機(jī)選臺(tái)，即選擇不同頻率的信號(hào)，就采用改變C C使電路達(dá)到使電路達(dá)到諧振。諧振。CL001 諧振時(shí)諧振時(shí)RLC串聯(lián)電路諧振時(shí)的特點(diǎn)串聯(lián)電路諧振時(shí)的特點(diǎn). . 1 同相與IU根據(jù)這個(gè)特征來判斷電根據(jù)這個(gè)特征來判斷電路是否發(fā)生了串聯(lián)諧振。路是否發(fā)生了串聯(lián)諧振。2. 輸入阻抗輸入阻抗Z為純電阻，即為純電阻，即Z=R。電路中阻抗值。電路中阻抗值|Z|最小。最小。|Z|00R3.

9、電流電流I達(dá)到最大值達(dá)到最大值I0=U/R (U一定一定)。 IR Rj j L L+ +_ _Cj1 U+ + + +_ _ _ _RU LU CU 22221CLRXRZLU CU RU I0 , CLRUUUU4. 電阻上的電壓等于電源電壓，電阻上的電壓等于電源電壓，LC上串聯(lián)總電壓為零，即上串聯(lián)總電壓為零，即串聯(lián)諧振時(shí)，電感上的電壓和串聯(lián)諧振時(shí)，電感上的電壓和電容上的電壓大小相等，方向相反，電容上的電壓大小相等，方向相反，相互抵消，因此串聯(lián)諧振又稱電壓相互抵消，因此串聯(lián)諧振又稱電壓諧振。諧振。當(dāng)當(dāng)0L=1/(0C)R時(shí)，時(shí)， UL= UC U。5. 5. 功率功率P=RI02=U2/R

10、，電阻功率最大。，電阻功率最大。即即L L與與C C交換能量，與電源間無能量交換。交換能量，與電源間無能量交換。2002001 , , 0ICQLIQQQQCLCL LU CU RU I品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)它是說明諧振電路性能的一個(gè)指標(biāo)，同樣僅由電路它是說明諧振電路性能的一個(gè)指標(biāo)，同樣僅由電路的參數(shù)決定。的參數(shù)決定。無量綱無量綱諧振時(shí)，電路中感抗或容抗吸收的無功功率與電阻吸收諧振時(shí)，電路中感抗或容抗吸收的無功功率與電阻吸收的有功功率之比稱為電路的品質(zhì)因數(shù)，用字母的有功功率之比稱為電路的品質(zhì)因數(shù)，用字母Q0Q0表示，表示， 2000020011ILLLQI RRRCRC無功功率有功功率諧振時(shí)，電感和

11、電容兩端的電壓分別為諧振時(shí)，電感和電容兩端的電壓分別為 000S0SjjjLLULIUQ UR0S0S0011jjjCUIUQ UCCR RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振時(shí)電感兩端電壓與電容兩端電壓有效串聯(lián)電路發(fā)生諧振時(shí)電感兩端電壓與電容兩端電壓有效值大小相等，且等于電源電壓有效值的值大小相等，且等于電源電壓有效值的Q0倍。即倍。即0SLCUUQU在在RLC串聯(lián)電路中，假設(shè)信號(hào)源電壓串聯(lián)電路中，假設(shè)信號(hào)源電壓US1mV，頻率，頻率f 2MHz，回路的電感量，回路的電感量L30H，Q040。若用調(diào)節(jié)電容。若用調(diào)節(jié)電容C的的辦法使電路對(duì)信號(hào)頻率諧振，試求諧振時(shí)的電容量辦法使電路對(duì)信號(hào)頻率諧振，試求諧振時(shí)的電

12、容量C，回路電，回路電流流I0和電容電壓。和電容電壓。例例解解諧振時(shí)，電容諧振時(shí)，電容C為為2266011F212pF22 1030 10CL 回路中的電阻回路中的電阻 660022 1030 109.4340LRQ 回路電流回路電流( (諧振時(shí)的電流諧振時(shí)的電流) ) 3S01 10A0.106mA9.43UIR電容上的電壓電容上的電壓 C0S40 1mV40mVUQ U例例在圖中，若在圖中，若R=1R=1，L=2L=2，C=50pFC=50pF， ，試求電路的諧振頻率，品質(zhì)因數(shù)和電容兩端的電壓。試求電路的諧振頻率，品質(zhì)因數(shù)和電容兩端的電壓。S25 0 mVU 解解諧振頻率諧振頻率012fL

13、C6121Hz15.9MHz22 1050 10=品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)6001212 1020050 10LLQRRC電容上電壓電容上電壓 C0S20025mV5VUQ U選擇性選擇性 電路從輸入的全部信號(hào)中選出所需信號(hào)的能力稱為電路的電路從輸入的全部信號(hào)中選出所需信號(hào)的能力稱為電路的選擇性。選擇性。 頻率特性頻率特性若取電阻若取電阻R R上的電壓為輸出電壓上的電壓為輸出電壓u2u2，則，則網(wǎng)絡(luò)函數(shù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù) 2SjUHU1jRRLC=111 jLRRC=因因 0001LQRRC2SjUHU00011jQ=幅頻特性幅頻特性 2SUHU2200011Q= 00000001QRCRLRCRL由于由于 2

14、( )( )URI， 0( )II2200011Q= 當(dāng)當(dāng)=0或或 =時(shí)，時(shí)， ；當(dāng)；當(dāng)= 0時(shí)，電路諧振，時(shí)，電路諧振，達(dá)最大值，說明達(dá)最大值，說明RLC串聯(lián)電路具有帶通濾波特性。串聯(lián)電路具有帶通濾波特性。 ( )0H( )1H0( )I fI2200011ffQff= 2SUHU2200011Q=RIUS0通頻帶通頻帶 當(dāng)電路外加電壓的幅值保持不變時(shí)，電路中電流不小于諧當(dāng)電路外加電壓的幅值保持不變時(shí)，電路中電流不小于諧振電流值的振電流值的 倍的頻率范圍，稱為諧振電路的通頻帶，用倍的頻率范圍，稱為諧振電路的通頻帶，用ff表示表示 通頻帶的寬度通頻帶的寬度 21fff 21f1(或或1)-下邊

15、界頻率下邊界頻率(或下邊界角或下邊界角頻率頻率)f2(或或2)-上邊界頻率上邊界頻率(或上邊界角或上邊界角頻率頻率) 在通頻帶的邊界頻率上應(yīng)滿足在通頻帶的邊界頻率上應(yīng)滿足 0( )II2200011Q=12= 12可解得可解得 010101Q 020201Q0( )II2200011Q=12=將以上二式相加和相減，得將以上二式相加和相減，得 021210120()2Q 01221012() 202121002()2Q通頻帶通頻帶 0210RQL0210ffffQ 諧振電路的通頻帶與品質(zhì)因數(shù)成反比。品質(zhì)因數(shù)越高，電路的通諧振電路的通頻帶與品質(zhì)因數(shù)成反比。品質(zhì)因數(shù)越高，電路的通頻帶越窄，選擇信號(hào)的

16、能力越強(qiáng)；若品質(zhì)因數(shù)越小，則通頻帶越頻帶越窄，選擇信號(hào)的能力越強(qiáng)；若品質(zhì)因數(shù)越小，則通頻帶越寬，選擇信號(hào)的能力越差。寬，選擇信號(hào)的能力越差。9.3 GLC9.3 GLC并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路適用于低內(nèi)阻的信號(hào)源。當(dāng)信號(hào)源串聯(lián)諧振電路適用于低內(nèi)阻的信號(hào)源。當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻很大時(shí)，要求諧振電路在諧振頻率附近具有內(nèi)阻很大時(shí)，要求諧振電路在諧振頻率附近具有高阻抗，這時(shí)可采用并聯(lián)諧振電路。高阻抗，這時(shí)可采用并聯(lián)諧振電路。并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振總導(dǎo)納總導(dǎo)納1jjYGCGBLS1jIYUGCUL總電流總電流GLC并聯(lián)電路并聯(lián)電路要使要使GLCGLC并聯(lián)電路發(fā)生諧振，即電流與電壓同相，必須滿足并聯(lián)電路發(fā)生

17、諧振，即電流與電壓同相，必須滿足導(dǎo)納導(dǎo)納B B的虛部為零。即的虛部為零。即1LC1LC諧振條件諧振條件諧振角頻率諧振角頻率01LC諧振頻率諧振頻率 012fLC其諧振頻率只與電路參數(shù)其諧振頻率只與電路參數(shù)L L、C C有關(guān)。有關(guān)。GLC并聯(lián)電路諧振時(shí)的特點(diǎn)并聯(lián)電路諧振時(shí)的特點(diǎn)1.1.當(dāng)電路諧振時(shí)，電納為零，即當(dāng)電路諧振時(shí)，電納為零，即 ，這時(shí)導(dǎo)納為極小值，這時(shí)導(dǎo)納為極小值，且為純電導(dǎo)性且為純電導(dǎo)性( (因而阻抗為極大值，且為純電阻性）因而阻抗為極大值，且為純電阻性） 001CL諧振時(shí)的導(dǎo)納為諧振時(shí)的導(dǎo)納為 YG即諧振阻抗最大為即諧振阻抗最大為01ZG諧振時(shí)電壓諧振時(shí)電壓S0IUUG200002

18、001ULCQU GGLG無功功率有功功率品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù) 2.2.在電壓一定的條件下，電流也是極小值，并且總電流與電壓同在電壓一定的條件下，電流也是極小值，并且總電流與電壓同相相 當(dāng)電路發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，由于當(dāng)電路發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，由于，并且，并且，所以電，所以電感支路和電容支路的電流分別為感支路和電容支路的電流分別為001CL00IU G0000SjjjCSCICUIQ IG電路中，知電路中，知 ， ， ， ，電路諧振，求電壓，電路諧振，求電壓U U和電流和電流 。例例S100Vu S100kR 100kR 100 HL 100pFC CI解解首先作出圖首先作出圖(a)(a)的等效電路，如圖的等效電路，如圖(b)(b)所示。由電路參