電路第11章電路的頻率響應(yīng)課件

第11章電路的頻率響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)11.1RLC串聯(lián)電路的諧振11.2RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng)11.3RLC并聯(lián)諧振電路11.4波特圖11.5濾波器簡介11.6本章重點(diǎn)首頁重點(diǎn)1.網(wǎng)絡(luò)函數(shù)2.串、并聯(lián)諧振的概念；返回11.1網(wǎng)絡(luò)函數(shù)當(dāng)電路中激勵源的頻率變化時，電路中的感抗、容抗將跟隨頻率變化，從而導(dǎo)致電路的工作狀態(tài)亦跟隨頻率變化。因此，分析研究電路和系統(tǒng)的頻率特性就顯得格外重要。下頁上頁頻率特性電路和系統(tǒng)的工作狀態(tài)跟隨頻率而變化的現(xiàn)象，稱為電路和系統(tǒng)的頻率特性，又稱頻率響應(yīng)。1.網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H（jω）的定義返回策動點(diǎn)阻抗策動點(diǎn)導(dǎo)納激勵是電流源，響應(yīng)是電壓激勵是電壓源，響應(yīng)是電流線性網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移函數(shù)(傳遞函數(shù))線性網(wǎng)絡(luò)下頁上頁返回轉(zhuǎn)移導(dǎo)納轉(zhuǎn)移阻抗轉(zhuǎn)移電壓比轉(zhuǎn)移電流比激勵是電壓源激勵是電流源線性網(wǎng)絡(luò)下頁上頁返回注意H(j)與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)值有關(guān)，與輸入、輸出變量的類型以及端口對的相互位置有關(guān)，與輸入、輸出幅值無關(guān)。因此網(wǎng)絡(luò)函數(shù)是網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)的一種體現(xiàn)。

H(j)

是一個復(fù)數(shù)，它的頻率特性分為兩個部分：模與頻率的關(guān)系幅頻特性幅角與頻率的關(guān)系相頻特性網(wǎng)絡(luò)函數(shù)可以用相量法中任一分析求解方法獲得。下頁上頁返回2.串聯(lián)諧振的條件諧振角頻率諧振頻率諧振條件僅與電路參數(shù)有關(guān)RjL+_下頁上頁返回串聯(lián)電路實(shí)現(xiàn)諧振的方式：(1)

LC

不變，改變

w(2)電源頻率不變，改變

L

或C

(常改變C

)。

0由電路參數(shù)決定，一個RLC串聯(lián)電路只有一個對應(yīng)的0

,當(dāng)外加電源頻率等于諧振頻率時，電路發(fā)生諧振。3.RLC串聯(lián)電路諧振時的特點(diǎn)阻抗的頻率特性下頁上頁返回幅頻特性相頻特性X()|Z()|XL()XC()R0Z()oZ(jω)頻響曲線()0o–/2/2下頁上頁返回(2)LC上的電壓大小相等，相位相反，串聯(lián)總電壓為零，也稱電壓諧振，即+++___RjL+_下頁上頁返回特性阻抗品質(zhì)因數(shù)當(dāng)

＝w0L=1/(w0C)>>R

時，Q>>1

UL=UC=QU

>>U(3)諧振時出現(xiàn)過電壓下頁上頁返回(4)諧振時的功率P=UIcos＝UI＝RI02=U2/R，電源向電路輸送電阻消耗的功率，電阻功率達(dá)最大。電源不向電路輸送無功。電感中的無功與電容中的無功大小相等，互相補(bǔ)償，彼此進(jìn)行能量交換。+_PQLCR注意下頁上頁返回總能量是不隨時間變化的常量，且等于最大值。電感、電容儲能的總值與品質(zhì)因數(shù)的關(guān)系：Q是反映諧振回路中電磁振蕩程度的量，Q越大，總能量就越大，維持振蕩所消耗的能量愈小，振蕩程度越劇烈。則振蕩電路的“品質(zhì)”愈好。一般在要求發(fā)生諧振的回路中希望盡可能提高Q值。下頁上頁返回11.3

RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng)研究物理量與頻率關(guān)系的圖形（諧振曲線）可以加深對諧振現(xiàn)象的認(rèn)識。的頻率響應(yīng)為比較不同諧振回路，令下頁上頁返回幅頻特性相頻特性Q=10Q=1Q=0.51o下頁上頁返回1.G、C、L

并聯(lián)電路11.4RLC并聯(lián)諧振電路諧振角頻率|Y|ww0oG諧振特點(diǎn)：入端導(dǎo)納為純電導(dǎo)，導(dǎo)納值|Y|最小，端電壓達(dá)最大。下頁上頁+_GCL返回0oU()IS/G

LC上的電流大小相等，相位相反，并聯(lián)總電流為零，也稱電流諧振，即IL(w0)

=IC(w0)

=QIS下頁上頁+_GCL返回諧振時的功率諧振時的能量品質(zhì)因數(shù)下頁上頁返回電路發(fā)生諧振是有條件的，在電路參數(shù)一定時，滿足：注意一般線圈電阻R<<L，則等效導(dǎo)納為：諧振角頻率下頁上頁返回等效電路CLGe品質(zhì)因數(shù)線圈的品質(zhì)因數(shù)（2）諧振特點(diǎn)電路發(fā)生諧振時，輸入阻抗很大；下頁上頁返回因此對數(shù)模（單位分貝）幅頻波特圖下頁上頁返回相位（單位度）相頻波特圖下頁上頁返回11.6濾波器簡介濾波器工程上根據(jù)輸出端口對信號頻率范圍的要求，設(shè)計(jì)專門的網(wǎng)絡(luò)，置于輸入—輸出端口之間，使輸出端口所需要的頻率分量能夠順利通過，而抑制或削弱不需要的頻率分量，這種具有選頻功能的中間網(wǎng)絡(luò)，工程上稱為濾波器。有源濾波器下頁上頁利用有源元件運(yùn)算放大器構(gòu)成的濾波器稱為有源濾波器。返回濾波電路的傳遞函數(shù)定義濾波電路UiUo濾波電路分類按所處理信號分模擬和數(shù)字濾波器按所用元件分無源和有源濾波器按濾波特性分高通濾波器（HPF）低通濾波器（LPF）帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（BEF）全通濾波器（APF）下頁上頁返回01低通01高通01帶通201帶阻2下頁上頁返回低通濾波器的單元電路L型T型π型下頁上頁返回高通濾波器的單元電路π型L型T型下頁上頁返回帶通濾波器下頁上頁返回高通傳遞函數(shù)，設(shè)：例1一階RC無源低通濾波器低通下頁上頁返回u＋=u－＝

uCi-=i+=0i1=if解得：設(shè)：有源濾波器+_uo_++R2Rfi-u+u-R1Cuii1ifi2例2下頁上頁返回幅頻特性截至頻率o下頁上頁當(dāng)返回例3激勵

u1(t)，包含兩個頻率w1、w2分量

(w1<w2)：要求響應(yīng)u2(t)只含有w1頻率電壓。如何實(shí)現(xiàn)？u1(t)=u11(w1)+u12(w2)+_u1(t)u2(t)設(shè)計(jì)下列濾波電路實(shí)現(xiàn)：解下頁上頁返回并聯(lián)諧振，開路串聯(lián)