第十一章电路的频率响应资料PPT课件

第11章电路的频率响应,本章内容,11.1网络函数,正弦稳态下，电路中的感抗、容抗等随频率而变化，进而电路的响应也随频率而变化，此特性称为电路的频率特性，又称频率响应。,下页,上页,采用相量法，在相量模型下进行。,返回,电路的频率特性以网络函数来表述。,除频率特性外，还要研究电路的其它特性（如稳定性、可实现性等），要用其它的模型及网络函数，将在后续课程中讲述。,网络函数定义为，电路中某一响应（电压或电流）与其单一激励（电压或电流）之比：,2.网络函数H(j)的分类,下页,上页,返回,1.网络函数H（j）的定义,按响应和激励的位置关系分类。在同一位置（同一口）的称为策动点函数；在不同位置（不同口）的，称为转移函数（传递函数）。,策动点阻抗,策动点导纳,下页,上页,返回,策动点函数,电压是激励,电流是激励,转移导纳,转移阻抗,转移电压比,转移电流比,电压是激励,电流是激励,下页,上页,返回,转移函数(传递函数),注意,网络函数H(j)是所研究电路的特性，与电路的结构、参数有关；及与激励和响应的位置和类型有关；及与激励和响应的比值有关，但与激励和响应绝对值无关（线性性质）。,H(j)是一个复数，其频率特性可分为：,模与频率的关系,幅频特性,相位与频率的关系,相频特性,下页,上页,返回,高通HP,传递函数：,3、一阶RC低通滤波器的频率特性,低通(LP),下页,上页,返回,幅频特性：,可见，其幅频特性具有低通的特性，截止频率（半功率点）满足：,可求得：,例1,j,j,解,列网孔方程解电流,转移导纳,转移电压比,下页,上页,返回,以网络函数中j的最高次方的次数定义网络函数的阶数。,注意,由网络函数能求得网络在任意正弦输入时的端口正弦响应，即有,下页,上页,返回,11.2RLC串联电路的谐振,谐振是一种重要的频率特性，在无线电和电工技术中具有广泛应用，有重要研究意义。,RLC串联电路，在某一特定频率时，端口电压、电流同相，称电路发生了RLC串联谐振。,1.RLC串联谐振的定义,发生谐振,下页,上页,返回,2.RLC串联谐振的条件,谐振角频率,谐振频率,谐振条件,仅与电路参数有关,下页,上页,返回,串联电路实现谐振的方式（调谐）：,(1)LC不变，改变w,(2)电源频率不变，改变L或C。,0由电路参数决定，一个RLC串联电路只有一个对应的0,当外加电源频率等于谐振频率时，电路发生谐振。,3.RLC串联电路谐振时的特点,阻抗的频率特性,下页,上页,返回,幅频特性,相频特性,Z(j)频响曲线,下页,上页,返回,Z(j)频响曲线表明阻抗的频率特性可分为：,端口阻抗为纯电阻，即Z=R，阻抗值|Z|最小。,电流I和电阻电压UR达到最大值I0=U/R(U一定)。,下页,上页,返回,(2)LC上的电压大小相等，相位相反，串联总电压为零，也称电压谐振，即,下页,上页,返回,特性阻抗,当w0L=1/(w0C)R时，Q1UL=UC=QUU,(3)谐振时出现过电压,下页,上页,返回,品质因数,(4)谐振时的功率,P=UIcosUIRI02=U2/R，电源向电路输送功率，谐振时电阻功率达最大。,电感的无功功率与电容的无功功率相等，完全补偿（彼此进行能量交换），电源不再向电路输送无功功率。,注意,下页,上页,返回,(5)谐振时的能量关系,设,则,电场能量,磁场能量,电感和电容相互进行能量交换，而不再与电源进行能量交换；Q越大，振荡程度越剧烈，“品质”愈好。,表明,下页,上页,返回,11.3RLC串联电路的频率响应,本节进一步研究RLC串联电路的频率特性，称谐振特性。,首先研究如下的频率特性,宜对频率做归一化处理，即令,下页,上页,返回,幅频特性,下页,上页,返回,谐振时响应出现峰值；当偏离0时，具有抑制能力，称为“选择性”。具有带通（BP)特性。,谐振电路具有选择性,表明,选择性与Q成正比,Q越大，谐振曲线越陡，选择性越好。,通频带,半功率点,信号功率降低为最大值的一半时的频率。,下页,上页,返回,通频带规定了谐振电路允许通过信号的频率范围。是谐振电路的指标。,通频带,可以证明：,HdB=20log10UR（j）/US（j1）,20lg0.707=3dB,说明：半功率点也称为3分贝频率,下页,上页,返回,高Q时，有,例2,收音机调谐电路如图。要求f0=103kHz，f=10kHz，R=1.5k，求L和C。,解,下页,上页,返回,（中波：525KHz-1610KHz）,1.G、C、L并联电路,11.4RLC并联谐振电路,谐振角频率,谐振特点：,入端导纳为纯电导，导纳值|Y|最小，端电压达最大。,下页,上页,返回,LC上的电流大小相等，相位相反，并联总电流为零，也称电流谐振，即,IL(w0)=IC(w0)=QIS,下页,上页,返回,谐振时的功率,谐振时的能量,品质因数,下页,上页,返回,2.实际LC并联谐振,实际的电感线圈总是存在电阻，因此当电感线圈与电容器并联时，电路如图：,（1）谐振条件,下页,上页,返回,电路发生谐振是有条件的，在电路参数一定时，满足：,注意,一般线圈电阻RL，则等效导纳为：,下页,上页,返回,线圈的品质因数,（2）谐振特点,电路发生谐振时，输入阻抗很大；,下页,上页,返回,电流一定时，端电压较高,支路电流是总电流的Q倍，设RL,下页,上页,返回,例1,如图R=10的线圈其QL=100，与电容接成并联谐振电路，如再并联上一个100k的电阻，求电路的Q.,解,下页,上页,返回,11.5波特图,对数具有非线性的压缩特性。绘制电路的频率特性曲线时，为反映细节，常采用对数坐标，这种用对数坐标绘制的频率特性曲线称为波特图。人工方式绘制波特图确实不是件容易的工作。用计算机计算和绘制波特图却十分准确、快捷。,波特图包括其幅频特性和相频特性,人工绘制波特图。,下页,上页,返回,因此对数模（单位分贝）,幅频波特图,下页,上页,返回,相位（单位度）,相频波特图,下页,上页,返回,11.6滤波器简介,滤波器,工程上根据输出端口对信号频率范围的要求，设计专门的网络，置于输入输出端口之间，能使需要的频率分量顺利通过，而抑制或削弱不需要的频率分量，这种具有选频功能的电路，称为滤波器。,有源滤波器,下页,上页,利用有源元件运算放大器构成的滤波器称为有源滤波器。,返回,滤波电路的传递函数定义,滤波电路分类,按所处理信号分,模拟和数字滤波器,按所用元件分,无源和有源滤波器,按滤波特性分,高通滤波器（HPF）,低通滤波器（LPF）,带通滤波器（BPF）,带阻滤波器（BEF）,全通滤波器（APF）,下页,上页,返回,下页,上页,返回,低通滤波器的单元电路,L型,T型,型,下页,上页,返回,高通滤波器的单元电路,型,下页,上页,返回,带通滤波器,下页,上页,返回,高通,传递函数：,例1,一阶RC低通滤波器，求传递函数和截止频率,低通,下页,上页,返回,幅频特性：,截止频率：,i1=if,解得：,设：,有源滤波器,例2,下页,上页,返回,幅频特性,下页,上页,当,返回,例3,激励u1(t)，包含两个频率w1、w2分量(w1w2)