第十一章电路的频率响应1课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第十一章 电路的频率响应,11-1,网络函数,11-2 RLC,串联电路的谐振,11-3 RLC,串联电路的频率响应,11-4 RLC,并联谐振电路,11-1,网络函数,H,为,的函数,反映了网络的频率特性,它由其内部结构和元件参数决定,.,其中：为输出端口,k,的响应；,为输入端口,j,的输入变量。,和 称为,驱动点阻抗,。,1.,若输入和输出属于同一端口，称为驱动点函数,和 称为,驱动点导纳,。,2.,若输入和输出属于不同端口时，称为转移函数。,和 称为,转移阻抗,。,和 称为,转移导纳,。,和 称为,转移电压比,。,和 称为,转移电流比,。,图,11-1,分类：,二、网络函数的计算方法,网络函数不仅与电路的结构、参数值有关，还与输入、输出变量的类型以及端口对的相对位置有关。,网络函数可以用相量法中任一分析求解方法获得。,例,11-l,试求图,11-2(a),所示网络负载端开路时的驱动点阻抗 和转移阻抗 。,图,11-2,解：首先画出网络的相量模型，如图,11-2(b),所示。用阻抗 串并联公式求得驱动点阻抗,然后求得,读者注意到网络函数式中，频率,是作为一个变量出现在函数式中的。,为求转移阻抗 ，可外加电流源 ，用分流公式先求出 的表达式,图,11-2,11-2 RLC,串联电路的谐振,谐振现象的研究有重要的实际意义。一方面谐振现象得到广泛的应用，另一方面在某些情况下电路中发生谐振会破坏正常工作。,一、,RLC,串联电路,R,O,O,+1,+j,|Z|,电抗随频率变化的特性曲线,阻抗随频率变化时在复平面上表示的图形,二、串联谐振的定义,由于串联电路中的感抗和容抗有相互抵消作用，,所以，当,=,0,时，出现,X(,0,）,=0,，这时端口上的,电压与电流同相,，工程上将电路的这种工作状况称为,谐振,，由于是在,RLC,串联电路中发生的，故称为串联谐振。,三、串联谐振的条件,Im,Z(j,)=0,使,RLC,串联电路发生谐振的条件,（,1,）,L C,不变，改变,w,。,（,2,）电源频率不变，改变,L,或,C,(,常改变,C,),。,w,0,由电路本身的参数决定，一个,R L C,串联电路只能有一,个对应的,w,0,当外加频率等于谐振频率时，电路发生谐振。,通常收音机选台，即选择不同频率的信号，就采用改变,C,使电路达到谐振。,四、谐振频率,角频率,频率,谐振频率又称为电路的,固有频率,，是由电路的结构和参数决定的。串联谐振频率只有一个，是由串联电路中的,L,、,C,参数,决定,的，而与串联电阻,R,无关。,Im,Z(j,)=0,五、谐振的特征,1,、阻抗,=,R,谐振时阻抗为,最小,值。,2,、电流,在输入电压有效值,U,不变的情况下，电流为,最大,。,3,、电阻电压,实验时可根据此特点判别串联谐振电路发生谐振与否。,LC,上串联总电压为零，,即,R,j,L,+,_,+,+,+,_,_,_,串联谐振时，电感上的电压和电容上的电压大小相等，方向相反，相互抵消，因此串联谐振又称,电压谐振,。,谐振时的相量图,4.,功率,P,=,RI,0,2,=,U,2,/,R,，,电阻功率达到最大。,即,L,与,C,交换能量，与电源间无能量交换。,六、谐振曲线,除了阻抗,Z,和频率的特性外，还应分析电流和电压随频率变化的特性，这些特性称为,频率特性,，或称,频率响应,，它们随频率变化的曲线称为谐振曲线。,O,I,(,),七、品质因数,串联谐振电路的品质因数,如果,Q1,，,则有,当,Q1,，,表明在谐振时或接近谐振时，会在电感和电容两端出现大大高于外施电压,U,的高电压，称为,过电压现象,，往往会造成元件的损坏。,无量纲,它是说明谐振电路性能的一个指标，,同样仅由电路的参数决定。,(a),电压关系：,品质因数的意义：,即,U,L,0,=,U,C,0,=,QU,Q,是谐振时电感电压,U,L,0,(,或电容电压,U,C,0,),与电源电压之比。即表明谐振时的电压放大倍数。电压谐振,(b),功率关系：,电源发出功率：无功,电源不向电路输送无功。电感中的无功与电容中的无功大小相等，互相补偿，彼此进行能量交换。,有功,+,_,P,Q,L,C,R,八、功率,谐振时，电路的无功功率为零，这是由于阻抗角为零，所以电路的功率因数,=1,整个电路的复功率,=,P,但,分别,不等于零,。,谐振时电路不从外部吸收无功功率,但电路内部的电感与电容之间周期性地进行磁场能量和电场能量的,交换,，,谐振时，有,并有,这一能量的总和为,=,常量,所以能量的总和,另外还可以得出,串联电阻的大小虽然不影响串联谐振电路的固有频率，但有,控制和调节,谐振时电流和电压,幅度,的作用。,1.,阻抗的频率特性,幅频,特性,相频,特性,2.,电流谐振曲线,谐振曲线：表明电压、电流大小与频率的关系。,幅值关系：,可见,I,(,w,),与,|,Y,(,w,)|,相似。,九、通用谐振曲线,X,(,),|Z,(,)|,X,L,(,),X,C,(,),R,0,Z,(,),O,阻抗幅频特性,(,),0,O,/2,/2,阻抗相频特性,电流谐振曲线,0,O,|Y,(,)|,I,(,),I,(,),U,/,R,为了突出电路的频率特性，常分析输出量与输入量之比的频率特性。,而这些电压比值可以用分贝表示,将电路的阻抗,Z,变换为下述形式,令,11-3 RLC,串联电路的频率响应,上述关系式可以用于不同的,RLC,串联谐振电路，它们都在同一个坐标（,）,下，根据,Q,取值不同，曲线将仅与,Q,值有关，并明显地看出,Q,值对谐振曲线形状的影响。,下图给出,3,个不同,Q,值的谐振曲线，,该谐振曲线称为,通用谐振曲线,。,O,1,一、电路的选择性,串联谐振电路对偏离谐振点的输出有抑制能力，只有在谐振点附近的频域内，才有较大的输出幅度，电路的这种性能称为,选择性,。,O,1,Q,值大，曲线在谐振点附近的形状尖锐，,当稍偏离谐振频率，输出就急剧下降，,说明对非谐振频率的输入具有较强的抑制能力，,选择性能,好,。,反之，,Q,值小，在谐振频率附近曲线顶部形状平缓，,选择性就,差,。,电路选择性的优劣取决于对非谐振频率的输入信号的,抑制能力,。,O,1,工程中为了定量地衡量选择性，常用发生,二、通频带,时的两个频率,之间的差说明。,这个频率差称为,通频带,。,O,1,0.707,可以证明：,11-4 RLC,并联谐振电路,一、,RLC,并联电路,G,二、并联谐振的定义,由于发生在并联电路中，所以称为,并联谐振,。,三、并联谐振的条件,四、谐振频率,可解得谐振时,角频率,频率,该频率称为电路的固有频率。,五、并联谐振的特征,1,、输入导纳最小,=,G,或者说输入阻抗最大,2,、端电压达最大值,可以根据这一现象,判别,并联电路谐振与否。,六、品质因数,并联谐振时有,所以并联谐振又称,电流谐振,。,如果,Q1,，,则谐振时在电感和电容中会出现过电流，但从,L,、,C,两端看进去的等效电纳等于零，即阻抗为无限大，相当于,开路,。,七、功率和能量,谐振时无功功率,所以,表明在谐振时，电感的磁场能量与电容的电场能量彼此相互交换，两种能量的总和为,=,常数,八、电感线圈和电容并联的谐振电路,R,+,_,谐振时，有,故有,由上式可解得,显然，只有当,R,+,_,O,当电感线圈的阻抗角,1,很大，,谐振时有,过电流,出现在电感支路和电容中。,消除噪声,谐振滤波器,利用谐振进行选频、滤波。,令滤波器工作在噪声频率下，,即可消除噪声。,-,信号源,-,噪声源,已知：,C,接,收,网,络,谐振,滤波器,L,提取信号,令滤波器工作在 频率下，,信号即可顺利地到达接收网,络。,-,信号源,-,噪声源,已知：,接,收,网,络,谐振,滤波器,L,C,分析（一）：抑制噪声,信号被滤掉了,令：,消除噪声提取信号,接,收,网,络,谐振,滤波器,分析（二）：,提取信号,接,收,网,络,谐振,滤波器,则信号全部降落在接收网络上。,若在,下,作业：,