電路的頻率特性課件

9.1電路的頻率響應(yīng)

9.2RLC串聯(lián)諧振電路9.3GLC并聯(lián)諧振電路9.4應(yīng)用第9章電路的頻率特性返回下一頁上一頁下一節(jié)上一節(jié)9.1電路的頻率響應(yīng)第9章電路的頻率特性返回下一頁1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)，電路的任何一個網(wǎng)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)。9.1電路的頻率響應(yīng)

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2電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)復(fù)數(shù)形式幅頻特性相頻特性9.1.1網(wǎng)絡(luò)函數(shù)電路(網(wǎng)絡(luò))本身的性能是由電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的。在正弦穩(wěn)態(tài)下，表征電路或系統(tǒng)的重要性能之一是網(wǎng)絡(luò)函數(shù)(networkfunction)，其定義為電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)復(fù)數(shù)形式幅頻特性相頻特性9.1.1網(wǎng)絡(luò)函數(shù)39.1.2一階RC電路分析幅頻特性相頻特性網(wǎng)絡(luò)函數(shù)(電壓轉(zhuǎn)移函數(shù))0

∞低通電路，其截止頻率為9.1.2一階RC電路分析幅頻特性相頻特性網(wǎng)絡(luò)函數(shù)(電4網(wǎng)絡(luò)函數(shù)===式中全通函數(shù)相移網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)===式中全通函數(shù)相移網(wǎng)絡(luò)5用對數(shù)坐標(biāo)畫出的幅頻和相頻特性稱為(Bode圖)。工程上，幅頻特性取對數(shù)后以分貝(dB)作單位，并稱為增益，用G表示，即波特圖RC低通網(wǎng)絡(luò)的波特圖由圖可見，在截止頻率處特性的折線與實際情況僅有3dB的誤差。這樣做不僅可以在很寬的頻率范圍內(nèi)用折線畫出幅頻特性，而且簡便直觀。用對數(shù)坐標(biāo)畫出的幅頻和相頻特性稱為(Bode圖)。工程上，69.2

RLC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)，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，稱電路發(fā)生諧振。能發(fā)生諧振的電路，稱為諧振電路9.2RLC串聯(lián)諧振電路含有電感、電容和電阻元件的單口7當(dāng)滿足一定條件(對RLC串聯(lián)電路，使L=1/C)，電路中電壓、電流同相，電路的這種狀態(tài)稱為諧振。RjL+_諧振：諧振的定義1.串聯(lián)諧振當(dāng)滿足一定條件(對RLC串聯(lián)電路，使L=1/C)，電8諧振的條件1.LC不變，改變w。2.電源頻率不變，改變L或C(常改變C

)。諧振角頻率w0由電路本身的參數(shù)決定，一個RLC串聯(lián)電路只能有一個對應(yīng)的w0,當(dāng)外加電源頻率等于電路諧振頻率時，電路發(fā)生諧振。諧振頻率諧振周期通常收音機選臺，即選擇不同頻率的信號，就采用改變C使電路達(dá)到諧振。諧振時諧振的條件1.LC不變，改變w。2.電源頻率不變9RLC串聯(lián)電路諧振時的特點根據(jù)這個特征來判斷電路是否發(fā)生了串聯(lián)諧振。2.入端阻抗Z為純電阻，即Z=R。電路中阻抗值|Z|最小。|Z|ww0OR3.電流I達(dá)到最大值I0=U/R(U一定)。RjL+_+++___4.電阻上的電壓等于電源電壓，LC上串聯(lián)總電壓為零，即RLC串聯(lián)電路諧振時的特點根據(jù)這個特征來判斷電路是否發(fā)生了串10串聯(lián)諧振時，電感上的電壓和電容上的電壓大小相等，方向相反，相互抵消，因此串聯(lián)諧振又稱電壓諧振。諧振時的相量圖當(dāng)w0L=1/(w0C)>>R時，UL=UC>>U。5.功率P=RI02=U2/R，電阻功率最大。即L與C交換能量，與電源間無能量交換。串聯(lián)諧振時，電感上的電壓和電容上的電壓大小相等，方向相反，相11品質(zhì)因數(shù)它是說明諧振電路性能的一個指標(biāo)，同樣僅由電路的參數(shù)決定。無量綱諧振時，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Q0表示，諧振時，電感和電容兩端的電壓分別為品質(zhì)因數(shù)它是說明諧振電路性能的一個指標(biāo)，同樣僅由電路的參數(shù)決12RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振時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倍。即在RLC串聯(lián)電路中，假設(shè)信號源電壓US＝1mV，頻率f

＝2MHz，回路的電感量L＝30μH，Q0＝40。若用調(diào)節(jié)電容C的辦法使電路對信號頻率諧振，試求諧振時的電容量C，回路電流I0和電容電壓。例解諧振時，電容C為回路中的電阻回路電流(諧振時的電流)電容上的電壓RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振時電感兩端電壓與電容兩端電壓有效值大小13例在圖中，若R=1，L=2，C=50pF，，試求電路的諧振頻率，品質(zhì)因數(shù)和電容兩端的電壓。解諧振頻率=品質(zhì)因數(shù)電容上電壓例在圖中，若R=1，L=2，C=50pF，14選擇性電路從輸入的全部信號中選出所需信號的能力稱為電路的選擇性。選擇性電路從輸入的全部信號中選出所需信號的能力稱為電路的選15頻率特性若取電阻R上的電壓為，則網(wǎng)絡(luò)函數(shù)==因=幅頻特性=

頻率特性若取電阻R上的電壓為，則網(wǎng)絡(luò)函數(shù)==因=幅頻特性16因為，

=

當(dāng)ω=0或ω=∞時，；當(dāng)ω=ω0時，電路諧振，達(dá)最大值，說明RLC串聯(lián)電路具有帶通濾波特性。=

=因為，=當(dāng)ω=0或ω=∞時，17通頻帶當(dāng)電路外加電壓的幅值保持不變時，電路中電流不小于諧振電流值的倍的頻率范圍，稱為諧振電路的通頻帶，用Δf表示通頻帶的寬度f1(或ω

1)---下邊界頻率(或下邊界角頻率)f2(或ω

2)---上邊界頻率(或上邊界角頻率)在通頻帶的邊界頻率上應(yīng)滿足==

通頻帶當(dāng)電路外加電壓的幅值保持不變時，電路中電流不小于諧通18可解得==將以上二式相加和相減，得通頻帶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，選擇信號的能力越強；若品質(zhì)因數(shù)越小，則通頻帶越寬，選擇信號的能力越差?？山獾?=將以上二式相加和相減，得通頻帶諧振電路的通頻199.3GLC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路適用于低內(nèi)阻的信號源。當(dāng)信號源內(nèi)阻很大時，要求諧振電路在諧振頻率附近具有高阻抗，這時可采用并聯(lián)諧振電路。并聯(lián)諧振9.3GLC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路適用于低內(nèi)阻的信號源20總導(dǎo)納總電流GLC并聯(lián)電路要使GLC并聯(lián)電路發(fā)生諧振，即電流與電壓同相，必須滿足導(dǎo)納B的虛部為零。即總導(dǎo)納總電流GLC并聯(lián)電路要使GLC并聯(lián)電路發(fā)生諧振，即電流21諧振條件諧振角頻率諧振頻率

其諧振頻率只與電路參數(shù)L、C有關(guān)。GLC并聯(lián)電路諧振時的特點1.當(dāng)電路諧振時，電納為零，即，這時導(dǎo)納為極小值，且為純電導(dǎo)性(因而阻抗為極大值，且為純電阻性）諧振時的導(dǎo)納為即諧振阻抗最大為諧振條件諧振角頻率諧振頻率其諧振頻率只與電路參數(shù)L、C有關(guān)22諧振時電壓品質(zhì)因數(shù)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相當(dāng)電路發(fā)生并聯(lián)諧振時，由于，并且，所以電感支路和電容支路的電流分別為諧振時電壓品質(zhì)因數(shù)2.在電壓一定的條件下，電流也是極小值，23電路中，已知，，，

，電路諧振，求電壓U和電流。例解首先作出圖(a)的等效電路，如圖(b)所示。由電路參數(shù)，得諧振阻抗電路中，已知，，24考慮電源內(nèi)阻的影響后，等效的諧振阻抗由于故諧振時，電壓為電容支路的電流0.05A=50mA或者，考慮電源內(nèi)阻后的等效品質(zhì)因數(shù)為也可以求得mA考慮電源內(nèi)阻的影響后，等效的諧振阻抗由于故諧振時，電壓為25頻率特性==由于=若以G中的電流為輸出，則網(wǎng)絡(luò)函數(shù)幅頻特性=考慮到頻率特性==由于=若以G中的電流為輸出，則網(wǎng)絡(luò)函數(shù)幅頻特性26=在某頻率處的電壓與諧振時的電壓U0之比和電流之比一樣具有帶通特性。這給分析并聯(lián)諧振電路的電流、電壓特性帶來方便。

=在某頻率處的電壓與諧振時的電壓U0之比和電流之比一樣279.1電路的頻率響應(yīng)

9.2RLC串聯(lián)諧振電路9.3GLC并聯(lián)諧振電路9.4應(yīng)用第9章電路的頻率特性返回下一頁上一頁下一節(jié)上一節(jié)9.1電路的頻率響應(yīng)第9章電路的頻率特性返回下一頁28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)，電路的任何一個網(wǎng)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)。9.1電路的頻率響應(yīng)

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29電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)復(fù)數(shù)形式幅頻特性相頻特性9.1.1網(wǎng)絡(luò)函數(shù)電路(網(wǎng)絡(luò))本身的性能是由電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定的。在正弦穩(wěn)態(tài)下，表征電路或系統(tǒng)的重要性能之一是網(wǎng)絡(luò)函數(shù)(networkfunction)，其定義為電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)復(fù)數(shù)形式幅頻特性相頻特性9.1.1網(wǎng)絡(luò)函數(shù)309.1.2一階RC電路分析幅頻特性相頻特性網(wǎng)絡(luò)函數(shù)(電壓轉(zhuǎn)移函數(shù))0

∞低通電路，其截止頻率為9.1.2一階RC電路分析幅頻特性相頻特性網(wǎng)絡(luò)函數(shù)(電31網(wǎng)絡(luò)函數(shù)===式中全通函數(shù)相移網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)===式中全通函數(shù)相移網(wǎng)絡(luò)32用對數(shù)坐標(biāo)畫出的幅頻和相頻特性稱為(Bode圖)。工程上，幅頻特性取對數(shù)后以分貝(dB)作單位，并稱為增益，用G表示，即波特圖RC低通網(wǎng)絡(luò)的波特圖由圖可見，在截止頻率處特性的折線與實際情況僅有3dB的誤差。這樣做不僅可以在很寬的頻率范圍內(nèi)用折線畫出幅頻特性，而且簡便直觀。用對數(shù)坐標(biāo)畫出的幅頻和相頻特性稱為(Bode圖)。工程上，339.2

RLC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)，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，稱電路發(fā)生諧振。能發(fā)生諧振的電路，稱為諧振電路9.2RLC串聯(lián)諧振電路含有電感、電容和電阻元件的單口34當(dāng)滿足一定條件(對RLC串聯(lián)電路，使L=1/C)，電路中電壓、電流同相，電路的這種狀態(tài)稱為諧振。RjL+_諧振：諧振的定義1.串聯(lián)諧振當(dāng)滿足一定條件(對RLC串聯(lián)電路，使L=1/C)，電35諧振的條件1.LC不變，改變w。2.電源頻率不變，改變L或C(常改變C

)。諧振角頻率w0由電路本身的參數(shù)決定，一個RLC串聯(lián)電路只能有一個對應(yīng)的w0,當(dāng)外加電源頻率等于電路諧振頻率時，電路發(fā)生諧振。諧振頻率諧振周期通常收音機選臺，即選擇不同頻率的信號，就采用改變C使電路達(dá)到諧振。諧振時諧振的條件1.LC不變，改變w。2.電源頻率不變36RLC串聯(lián)電路諧振時的特點根據(jù)這個特征來判斷電路是否發(fā)生了串聯(lián)諧振。2.入端阻抗Z為純電阻，即Z=R。電路中阻抗值|Z|最小。|Z|ww0OR3.電流I達(dá)到最大值I0=U/R(U一定)。RjL+_+++___4.電阻上的電壓等于電源電壓，LC上串聯(lián)總電壓為零，即RLC串聯(lián)電路諧振時的特點根據(jù)這個特征來判斷電路是否發(fā)生了串37串聯(lián)諧振時，電感上的電壓和電容上的電壓大小相等，方向相反，相互抵消，因此串聯(lián)諧振又稱電壓諧振。諧振時的相量圖當(dāng)w0L=1/(w0C)>>R時，UL=UC>>U。5.功率P=RI02=U2/R，電阻功率最大。即L與C交換能量，與電源間無能量交換。串聯(lián)諧振時，電感上的電壓和電容上的電壓大小相等，方向相反，相38品質(zhì)因數(shù)它是說明諧振電路性能的一個指標(biāo)，同樣僅由電路的參數(shù)決定。無量綱諧振時，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Q0表示，諧振時，電感和電容兩端的電壓分別為品質(zhì)因數(shù)它是說明諧振電路性能的一個指標(biāo)，同樣僅由電路的參數(shù)決39RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振時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倍。即在RLC串聯(lián)電路中，假設(shè)信號源電壓US＝1mV，頻率f

＝2MHz，回路的電感量L＝30μH，Q0＝40。若用調(diào)節(jié)電容C的辦法使電路對信號頻率諧振，試求諧振時的電容量C，回路電流I0和電容電壓。例解諧振時，電容C為回路中的電阻回路電流(諧振時的電流)電容上的電壓RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振時電感兩端電壓與電容兩端電壓有效值大小40例在圖中，若R=1，L=2，C=50pF，，試求電路的諧振頻率，品質(zhì)因數(shù)和電容兩端的電壓。解諧振頻率=品質(zhì)因數(shù)電容上電壓例在圖中，若R=1，L=2，C=50pF，41選擇性電路從輸入的全部信號中選出所需信號的能力稱為電路的選擇性。選擇性電路從輸入的全部信號中選出所需信號的能力稱為電路的選42頻率特性若取電阻R上的電壓為，則網(wǎng)絡(luò)函數(shù)==因=幅頻特性=

頻率特性若取電阻R上的電壓為，則網(wǎng)絡(luò)函數(shù)==因=幅頻特性43因為，

=

當(dāng)ω=0或ω=∞時，；當(dāng)ω=ω0時，電路諧振，達(dá)最大值，說明RLC串聯(lián)電路具有帶通濾波特性。=

=因為，=當(dāng)ω=0或ω=∞時，44通頻帶當(dāng)電路外加電壓的幅值保持不變時，電路中電流不小于諧振電流值的倍的頻率范圍，稱為諧振電路的通頻帶，用Δf表示通頻帶的寬度f1(或ω

1)---下邊界頻率(或下邊界角頻率)f2(或ω

2)---上邊界頻率(或上邊界角頻率)在通頻帶的邊界頻率上應(yīng)滿足==

通頻帶當(dāng)電路外加電壓的幅值保持不變時，電路中電流不小于諧通45可解得==將以上二式相加和相減，得通頻帶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，選擇信號的能力越強；若品質(zhì)因數(shù)越小，則通頻帶越寬，選擇信號的能力越差。可解得==將以上二式相加和相減，得通頻帶諧振電路的通頻469.3GLC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路適用于低內(nèi)阻的信號源。當(dāng)信號源內(nèi)阻很大時，要求諧振電路在諧振頻率附近具有高阻抗，這時可采用并聯(lián)諧振電路。并聯(lián)諧振9.3GLC并聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路適用于低內(nèi)阻的信號源47總導(dǎo)納總電流GLC并聯(lián)電路要使GLC并聯(lián)電路發(fā)生諧振，即電流與電壓同相，必須滿足導(dǎo)納B的虛部為零。即總導(dǎo)納總電流GLC并聯(lián)電路要使GLC并聯(lián)電路發(fā)生諧振，即電流48諧振條件