電路的頻率響應ppt課件

1、2022-4-22第11-1頁第十一章第十一章 電路的頻率呼應電路的頻率呼應 11-1 網絡函數網絡函數 11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振串聯(lián)電路的諧振 11-3 RLC串聯(lián)電路的頻率呼應串聯(lián)電路的頻率呼應 11-4 RLC并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路 11-5 波特圖波特圖 11-6 濾波器簡介濾波器簡介2022-4-22第11-2頁11.1 網絡函數網絡函數當電路中鼓勵源的頻率變化時，電路中的感抗、容抗將當電路中鼓勵源的頻率變化時，電路中的感抗、容抗將跟隨頻率變化，從而導致電路的任務形狀亦跟隨頻率變化。跟隨頻率變化，從而導致電路的任務形狀亦跟隨頻率變化。因此，分析研討電路和系統(tǒng)的頻率特性就顯得格

2、外重要。因此，分析研討電路和系統(tǒng)的頻率特性就顯得格外重要。 頻率特性頻率特性 電路和系統(tǒng)的任務形狀跟隨頻率而變化電路和系統(tǒng)的任務形狀跟隨頻率而變化的景象，稱為電路和系統(tǒng)的頻率特性，又稱頻率呼應。的景象，稱為電路和系統(tǒng)的頻率特性，又稱頻率呼應。 1. 網絡函數Hj的定義 在線性正弦穩(wěn)態(tài)網絡中，當只需一個獨立鼓勵源作用時，在線性正弦穩(wěn)態(tài)網絡中，當只需一個獨立鼓勵源作用時，網絡中某一處的呼應電壓或電流與網絡輸入之比，稱為網絡中某一處的呼應電壓或電流與網絡輸入之比，稱為該呼應的網絡函數。該呼應的網絡函數。)j ()j ()j (defERH)j ()j ( H2022-4-22第11-3頁2. 網絡函

3、數H(j)的物理意義l驅動點函數驅動點函數線性線性網絡網絡)j (I)j (U)j ()j ()j (IUH驅動點阻抗驅動點阻抗驅動點導納驅動點導納鼓勵是電流源，呼應是電壓鼓勵是電流源，呼應是電壓鼓勵是電壓源，呼應是電流鼓勵是電壓源，呼應是電流)j ()j ()j (UIH2022-4-22第11-4頁轉移轉移導納導納轉移轉移阻抗阻抗 轉移轉移電壓比電壓比 轉移轉移電流比電流比鼓勵是電壓源鼓勵是電壓源鼓勵是電流源鼓勵是電流源)j (1U線性線性網絡網絡)j (2U)j (1I)j (2I)j ()j ()j (12IUH)j ()j ()j (12UIH)j ()j ()j (12UUH)j

4、()j ()j (12IIHl轉移函數轉移函數( (傳送函數傳送函數) )2022-4-22第11-5頁留意 H(j)與網絡的構造、參數值有關，與輸入、輸與網絡的構造、參數值有關，與輸入、輸出變量的類型以及端口對的相互位置有關，與輸出變量的類型以及端口對的相互位置有關，與輸入、輸出幅值無關。因此網絡函數是網絡性質的入、輸出幅值無關。因此網絡函數是網絡性質的一種表達。一種表達。 H(j ) 是一個復數，它的頻率特性分為兩個部分：是一個復數，它的頻率特性分為兩個部分：模與頻率的關系模與頻率的關系 |)(j| H幅頻特性幅頻特性 幅角與頻率的關系幅角與頻率的關系 )(j相頻特性相頻特性 網絡函數可以

5、用相量法中任一分析求解方法獲得。網絡函數可以用相量法中任一分析求解方法獲得。2022-4-22第11-6頁例例求圖示電路的網絡函數求圖示電路的網絡函數2S/IUS/LUU和和L .UsU2j+_+_j22I1I2I解解列網孔方程解電流列網孔方程解電流 2I12S(2j )2IIU0)j4(221IIS2224(j )j6UI2S22/4j6IUS2j2/4j6LUU轉移導納轉移導納 轉移電壓比轉移電壓比 2022-4-22第11-7頁11.2 RLC串聯(lián)電路的諧振串聯(lián)電路的諧振 諧振：正弦穩(wěn)態(tài)下一端口電路的端電壓、諧振：正弦穩(wěn)態(tài)下一端口電路的端電壓、電流同相位的景象。諧振時電路呈阻性。電流同相

6、位的景象。諧振時電路呈阻性。R,L,C電路電路UI0,XRIUZ串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振0,BGUIY并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振2022-4-22第11-8頁1.RLC1.RLC串聯(lián)電路阻抗的頻率特性串聯(lián)電路阻抗的頻率特性RCL1tan) (1)(| )(|)1( jZCLRZ22)1(| )(|CLRZ 幅頻特性幅頻特性 相頻特性相頻特性X( )|Z( )|XL( )XC( )R 0 Z ( )o ( ) 0 o/2/2 IRj L+_Cj1 U2022-4-22第11-9頁容性區(qū)容性區(qū)感性區(qū)感性區(qū)電阻性電阻性0 0)(j 0)j ( X )j (Z R )j (Zlim 00 0)(j 0)j ( XR )

7、j ( Z00 0)(j 0)j ( X )j (Z R )j (Zlim ( ) 0 O /2 /2|Z( )|R 0 O2022-4-22第11-10頁XRZj IRj L+_Cj1 U2.2.串聯(lián)諧振的條件串聯(lián)諧振的條件諧振角頻率諧振角頻率LC10 諧振諧振頻率頻率LCf210 時，電路發(fā)生諧振。當 1 0 00CLX實現(xiàn)諧振的方式：實現(xiàn)諧振的方式：(1) 改動電源改動電源w，使，使 = 0(2)(2)改動改動L L或或C(C(常改動常改動C )C )，使，使 0=0= )1( jCLR2022-4-22第11-11頁3.3.串聯(lián)諧振的特點串聯(lián)諧振的特點1 1| Z |=R| Z |=R

8、最小，最小，U U一定時，一定時，I I最大，最大，I0=U/RI0=U/R。|Z( )|R 0 O IRj L+_Cj1 U+_RU LU CU I( )U/R2022-4-22第11-12頁 2 2 電壓諧振。電壓諧振。 LCLC串聯(lián)相當于短路。串聯(lián)相當于短路。, 0 CLUU，RUULU CU RUU IUQRULILULj j j UQCRUCIUCjjj RCLRCRRLQ11 00當當 R時，時，Q1，UL=UC U，過電壓。，過電壓。 質量因數CL 特性阻抗2022-4-22第11-13頁P=UIcosUIRI02=U2/R200LIQL電源不向電路保送無功。電源不向電路保送無功

9、。電感中的無功與電容中的電感中的無功與電容中的無功大小相等，相互補償，無功大小相等，相互補償，彼此進展能量交換。彼此進展能量交換。+_PQLCR 3 3Q=QL+QC=0Q=QL+QC=0，=1=1，P=SP=S最大最大2002001LIICQC2022-4-22第11-14頁4.4.串聯(lián)諧振的電流諧振曲線和選擇性串聯(lián)諧振的電流諧振曲線和選擇性UYZUI| )(|)()( 0 O|Y( )|I( )I( )U/R從電流諧振曲線看到，串聯(lián)諧振電路對不同頻率的從電流諧振曲線看到，串聯(lián)諧振電路對不同頻率的信號有不同的呼應，對諧振信號最突出信號有不同的呼應，對諧振信號最突出( (表現(xiàn)為電流最表現(xiàn)為電流

10、最大大) )，而對遠離諧振頻率的信號加以抑制，而對遠離諧振頻率的信號加以抑制( (電流小電流小) )。這。這種對不同頻率輸入信號的選擇才干稱為種對不同頻率輸入信號的選擇才干稱為“選擇性。選擇性。2022-4-22第11-15頁11.3 RLC串聯(lián)電路的頻率呼應串聯(lián)電路的頻率呼應 研討物理量與頻率關系的圖形諧振曲線可以加深研討物理量與頻率關系的圖形諧振曲線可以加深對諧振景象的認識。對諧振景象的認識。1. 1. 的頻率呼應的頻率呼應)j ()j ()j (SRUUH)1( j)j ()j ()j (SRCLRRUUH為比較不同諧振回路，令為比較不同諧振回路，令0S(j )1(j )11(j )j(

11、)1j ()RRURHURLQC2022-4-22第11-16頁1(j )arctan ()Q |(j )| cos (j )RH幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性Q=10Q=1Q=0.51)j1()j (SRUUo2022-4-22第11-17頁在諧振點呼應出現(xiàn)峰值，當在諧振點呼應出現(xiàn)峰值，當 偏離偏離 0 0時，輸出下降。時，輸出下降。即串聯(lián)諧振電路對不同頻率信號有不同的呼應，對諧振信即串聯(lián)諧振電路對不同頻率信號有不同的呼應，對諧振信號最突出號最突出( (呼應最大呼應最大) )，而對遠離諧振頻率的信號具有抑制，而對遠離諧振頻率的信號具有抑制才干。這種對不同輸入信號的選擇才干稱為才干。這種對不

12、同輸入信號的選擇才干稱為“選擇性。選擇性。諧振電路具有選擇性諧振電路具有選擇性 闡明 諧振電路的選擇性與諧振電路的選擇性與Q成正比成正比 Q越大，諧振曲線越陡。電路對非諧振頻率的信號具有強的抑制才干，所以選擇性好。因此Q是反映諧振電路性質的一個重要目的。2022-4-22第11-18頁諧振電路的有效任務頻段諧振電路的有效任務頻段 半功率點半功率點聲學研討闡明，如信號功率不低于原有聲學研討闡明，如信號功率不低于原有最大值一半，人的聽覺區(qū)分不出。最大值一半，人的聽覺區(qū)分不出。. 120220111210.707707. 02/1)j (RH)j1()j (SRUUQ=10Q=1Q=0.5o半功率點

13、半功率點2022-4-22第11-19頁12 通頻帶規(guī)定了諧振電路允許經過信號的頻率通頻帶規(guī)定了諧振電路允許經過信號的頻率范圍。是比較和設計諧振電路的目的。范圍。是比較和設計諧振電路的目的。通頻帶通頻帶BW可以證明：可以證明：.1 012012QHdB= 20log10URj/USj120lg0.707 = 3 dB定義：定義：3分貝頻率2022-4-22第11-20頁1C2L2oUL/UUC/U1UL/U UC/U =C2，UC峰值； =L2，UL峰值。且UC(C2)=UL(L2)。2/1 Q當當Q越高，L2和C2 越接近=1，同時峰值增高。 留意 (j )CH(j )LH為低通函數，為低通

14、函數，為高通函數；為高通函數；2.以以UL(w )與與UC(w )為輸出的為輸出的H( )頻率特性頻率特性2022-4-22第11-21頁1. GLC并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振對偶：對偶：R L C 串聯(lián)串聯(lián)G C L 并聯(lián)并聯(lián)LC10 )1( jCLRZ)1( jLCGY11.4 并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路+_S IGCL ULC10 諧振角頻率諧振角頻率諧振條件諧振條件CL1LC1阻抗模阻抗模最小，最小，U給定，給定，I=U/R最大最大最大，最大，I給定，給定，U=I/G最大最大2022-4-22第11-22頁R L C 串聯(lián)串聯(lián)G C L 并聯(lián)并聯(lián)|Z| 00O OR 0 OI( )U/R 0 OU

15、( )IS/G|Y| 00O OG2022-4-22第11-23頁R L C 串聯(lián)串聯(lián)G C L 并聯(lián)并聯(lián)電壓諧振電壓諧振電流諧振電流諧振UL=UC=QUIL =IC =QI GCQ0RLQ00CLUU0CLIILU CU UUR ICI LI SGII UQL+QC=0，l l=1QL+QC=0，l l=1LC串聯(lián)相當于短路串聯(lián)相當于短路LC并聯(lián)相當于開路并聯(lián)相當于開路2022-4-22第11-24頁2.2.電感線圈與電容器的并聯(lián)諧振電感線圈與電容器的并聯(lián)諧振LRCYj1j )( j)(2222LRLCLRR 諧振時諧振時 0)(20200 LRLC20)(1LRLC CLR可以發(fā)生諧振時即

16、當 , , 0)(12CLRLRLC2022-4-22第11-25頁討論由純電感和純電容所構成的串并聯(lián)電路討論由純電感和純電容所構成的串并聯(lián)電路3.3.串并聯(lián)電路的諧振串并聯(lián)電路的諧振(a)L1L3C2(b)L1C2C3上述電路既可以發(fā)生串聯(lián)諧振上述電路既可以發(fā)生串聯(lián)諧振(Z=0)(Z=0)，又可以，又可以發(fā)生并聯(lián)諧振發(fā)生并聯(lián)諧振(Z=(Z=) )?？山涍^求輸入阻抗來確定?？山涍^求輸入阻抗來確定串、并聯(lián)諧振頻率。串、并聯(lián)諧振頻率。2022-4-22第11-26頁法法1：先求出等效電容：先求出等效電容 113332UCjUCjIIIICCCCCeq3LC310法法2 ： 計算輸入電抗計算輸入電抗

17、CII3IIC31ICjLjICjILjUC)311(1jXCLjIU)31(LC31令令X=0例例( (習題習題11-11b)11-11b)求諧振頻率。求諧振頻率。2022-4-22第11-27頁11.5 波特圖波特圖 對電路和系統(tǒng)的頻率特性進展分析時，為了直觀對電路和系統(tǒng)的頻率特性進展分析時，為了直觀地察看頻率特性隨頻率變化的趨勢和特征，工程上常地察看頻率特性隨頻率變化的趨勢和特征，工程上常采用對數坐標來作頻響曲線，這種用對數坐標描畫的采用對數坐標來作頻響曲線，這種用對數坐標描畫的頻率呼應圖就稱為頻響波特圖。頻率呼應圖就稱為頻響波特圖。改寫網絡函數為改寫網絡函數為畫出網絡函數的波特圖。畫出

18、網絡函數的波特圖。 例例 200j(j )(j +2)(j +10)H解解 111 0 j( j)( 1 +j2 ) ( 1 +j1 0 )1 0j 9 0t a n(2 )t a n(1 0 )1 +j21j1 0H2 0 0 j(j)(j+ 2 ) ( j+ 1 0 )H2022-4-22第11-28頁因此對數模單位：分貝因此對數模單位：分貝 dB20lg1020lg j20lg 1j20lg 1j210H00.10.212102010020020HdB/dB20lg1020lg j-20lg 1+j/2-20lg j/101+-20(a)幅頻波特圖幅頻波特圖幅頻波特圖 2022-4-22

19、第11-29頁相位單位：度相位單位：度 1190tantan210(b)0.10.212102010020090。-90。0。90。- tan-12- tan-110相頻波特圖相頻波特圖相頻波特圖 2022-4-22第11-30頁11.6 濾波器簡介濾波器簡介l 濾波器濾波器 工程上根據輸出端口對信號頻率范圍的要求，設計工程上根據輸出端口對信號頻率范圍的要求，設計專門的網絡，置于輸入專門的網絡，置于輸入輸出端口之間，使輸出端口輸出端口之間，使輸出端口所需求的頻率分量可以順利經過，而抑制或減弱不需所需求的頻率分量可以順利經過，而抑制或減弱不需求的頻率分量，這種具有選頻功能的中間網絡，工程求的頻率分量，這種具有選頻