电路的频域分析 (2)ppt课件

1、33 MHz 第五章第五章 电路的频域分析电路的频域分析第一节第一节 RC电路的频域分析电路的频域分析第二节第二节 谐振电路谐振电路33 MHz 当电路参数不变、鼓励信号的幅值也不变时，呼应量随当电路参数不变、鼓励信号的幅值也不变时，呼应量随鼓励信号频率的变化情况，就是频率呼应或称频率特性。鼓励信号频率的变化情况，就是频率呼应或称频率特性。感抗感抗XL =L XL =L 容抗容抗）（C1XC 复阻抗复阻抗)(CjXLjXRZ容抗、感抗、复阻抗与频率容抗、感抗、复阻抗与频率的关系的关系在交流电路中，除电阻外，感抗和容抗都与频率有关在交流电路中，除电阻外，感抗和容抗都与频率有关概述概述33 MHz

2、正弦传送函数正弦传送函数H Hj j ):):ioUUjEjRjH)()()(激励相量响应相量oUiU)(jH无 源 双 口无 源 双 口网络网络33 MHz双口网络的传送函数：双口网络的传送函数：ioUUjHOUiURC滤掉输入信号的高频成分，经过低频成分。滤掉输入信号的高频成分，经过低频成分。 5.1 RC 5.1 RC电路的频域分析电路的频域分析1.1.低通滤波器低通滤波器33 MHz ACRtgRCRCjCjRCjUUjHio12111111OUiURC33 MHz ARCtgRCjH1211 - - 幅频特性：输出与输入的有效幅频特性：输出与输入的有效 值之比与频率的关系。值之比与频

3、率的关系。 A其中：其中： 相频特性：输出与输入相位差相频特性：输出与输入相位差与频率的关系。与频率的关系。-33 MHz 90相频特性相频特性RCtg1）（1 A0幅频特性幅频特性211RCA）（00 ：通频带：通频带0：截止角频：截止角频率率210时时21ioUU01RC当当时时4501RC当当 45033 MHz01RC相应地，相应地，012fRC：截止频率：截止频率时，信号经过网络传送到输出端时，信号经过网络传送到输出端00ff当当时，信号不能经过网络，衰减很多时，信号不能经过网络，衰减很多0ff当当所以称为低通滤波器所以称为低通滤波器该网络的低通特性也可以经该网络的低通特性也可以经过

4、过XC XC 和和R R的特性的特性 定性分析定性分析OUiURC33 MHzOUiURC滤掉输入信号的低频成分，经过高频成分。滤掉输入信号的低频成分，经过高频成分。CRjCRjCjRRUUjHio11 2.高通滤波器33 MHz121111 ()oiURj CRCRH jtgUj CRCRCRRj C幅频特性幅频特性21RCCRA）（相频特性相频特性RCtg190）（10.707 0 000A 459033 MHz01RC相应地，相应地，012fRC：截止频率：截止频率时，信号不能经过网络，衰减很多时，信号不能经过网络，衰减很多00ff 当当时，信号能经过网络传送到输出端时，信号能经过网络传

5、送到输出端0ff当当所以称为高通滤波器所以称为高通滤波器该网络的高通特性也可以经该网络的高通特性也可以经过过XC XC 和和R R的特性的特性 定性分析定性分析OUiURC33 MHziUoURRCjXCjXiuouRCRCcccjXRjXRCRZjXRCRZ)()()(21并联串联令：令：ioUZZZU212那么：那么：3.3.带通滤波器带通滤波器33 MHziOUZZZU212()()()()cOcciccRjXURjXHjWRjXURjXRjX113()j RCRC33 MHz22oo1()3()A幅频特性幅频特性通频带：通频带：LH1()13()HjWj R CR C00A 0 1 2

6、3137070. 090-90RC10设：设： 00arctan333 MHz 含有电感和电容的电路，假设无功功率得到完全补偿，含有电感和电容的电路，假设无功功率得到完全补偿，使电路的功率因数等于使电路的功率因数等于1 1，即：，即：u u、 i i 同相，电路呈纯电同相，电路呈纯电阻性，便称此电路处于谐振形状。阻性，便称此电路处于谐振形状。谐振谐振串联谐振：串联谐振：并联谐振：并联谐振：谐振的概念谐振的概念 研讨谐振的目的，就是一方面在消费上充分利研讨谐振的目的，就是一方面在消费上充分利用谐振的特点，用谐振的特点，(如在无线电工程、电子丈量技术等如在无线电工程、电子丈量技术等许多电路中运用许

7、多电路中运用)。另一方面又要预防它所产生的危。另一方面又要预防它所产生的危害。害。5.2 5.2 谐振电路谐振电路33 MHzLCZRj XX串联谐振的条件串联谐振的条件CURLCURULUI串联谐振电路串联谐振电路CLXX 串联谐振的条件是：串联谐振的条件是：IU、 同相同相当：当：CLXX 0那么：那么：谐振谐振即复阻抗虚部为即复阻抗虚部为0 0LUCUIUUR1.1.串联谐振串联谐振33 MHzfCCXfLLXCL211 2CL001CLXX LC10LCf210谐振角频率谐振角频率谐振频率谐振频率 由电路参数决议，称为固有频率，当外加电源频率由电路参数决议，称为固有频率，当外加电源频率

8、等于固有频率时，电路发生谐振等于固有频率时，电路发生谐振00,f33 MHz串联谐振时的阻抗特性串联谐振时的阻抗特性0LRC1容性容性0感性感性022()LCLCZRj XXRXXZ33 MHz串联谐振的特点串联谐振的特点RXXRZCL 22)(a. 纯阻性，阻抗最小纯阻性，阻抗最小当电源电压一定时：当电源电压一定时： RUII 0b. 电流最大电流最大c. 电压关系电压关系电阻电压：电阻电压：UR = Io R = U大小相等、相位相差大小相等、相位相差180180 00CCLLXIUXIU 电容、电感电压：电容、电感电压：CLUULUCUUUR33 MHzQUUUCL 有有：所以串联谐振又

9、称为电压谐振，此时能够所以串联谐振又称为电压谐振，此时能够ULU。RCRLUUUUQCL001 令：令：表征串联谐振电路的谐振质量。表征串联谐振电路的谐振质量。质量因数，质量因数，Q谐振时谐振时: :与与相互抵消，但其本身不为零，相互抵消，但其本身不为零，而是电源电压的而是电源电压的Q倍。倍。LUCUQUUCRXIUCC 001 QUURLXIULL 00 33 MHz有功功率有功功率P=U2/R,P=U2/R,无功功率无功功率Q=QLQ=QLQC=0QC=0如如Q=100,U=220V,那么在谐振时那么在谐振时22000VQUUUCL所以电力系统应防止发生串联谐振。所以电力系统应防止发生串联

10、谐振。电路呈电阻性，能量全部被电阻耗费，电路呈电阻性，能量全部被电阻耗费， 和和 相互补偿。即电源与电路之间不发生能量互换。相互补偿。即电源与电路之间不发生能量互换。LQCQd. 功率功率但但QLQLQCQCQPQP33 MHz串联电路电流的频率特性曲线串联电路电流的频率特性曲线0I0f20ILfHffIRUI0谐振电流谐振电流:0f谐振频率谐振频率下限截止频率下限截止频率上限截止频率上限截止频率LHHLfffff通频带通频带222220000022220000( )11()()1()1()UUILRLRRCRRCIURQQ 33 MHz00II(a) 不变，不变，00I变化。变化。(b) 不

11、变，不变， 变化。变化。00I(c) 不变，不变， f变化。变化。00I不变，不变，01020II00II关于谐振曲线的讨论关于谐振曲线的讨论33 MHz 谐振曲线讨论之一谐振曲线讨论之一结论：结论：R R的变化引起的变化引起 变化变化 R R愈大愈大 愈小选择愈小选择性差性差 R R愈小愈小 愈大选择愈大选择性好性好0I0I0IR小小R大大不变，不变，00I变化。变化。0I0I0I 01 不变不变 即即LC不变不变LC10RUI0R改动改动0I改动改动233 MHz0I分析：分析：1 不变不变 即即U、R不变不变RUI 02 改动改动0LC10结论：结论：LC 的变化引起的变化引起 变化变化

12、 L 变小或变小或 C 变小变小 变大变大 L 变大或变大或 C 变大变大 变小变小000谐振曲线分析之谐振曲线分析之二二01020II不变，不变， 变化。变化。00I33 MHz 谐振曲线分析之三谐振曲线分析之三结论：结论：Q Q愈大，带宽愈小，曲线愈锋利。选择性好愈大，带宽愈小，曲线愈锋利。选择性好 Q Q愈小，带宽愈大，曲线愈平坦。选择性差愈小，带宽愈大，曲线愈平坦。选择性差 普通在保证通频带的情况下，普通在保证通频带的情况下，Q Q越大越好！越大越好！不变，不变， f变化。变化。0I0不变，不变，00II20I222220000022220000( )11()()1()1()UUILR

13、LRRCRRCIURQQ 33 MHz收音机接纳电路收音机接纳电路1L2L3LC:1L接纳天线接纳天线2L与与 C C ：组成谐振电路：组成谐振电路:3L将选择的信号送将选择的信号送 接纳电路接纳电路串联谐振的运用举例串联谐振的运用举例33 MHz1L2L3LC 组成谐振电路组成谐振电路 ，选出所需的电台。，选出所需的电台。C - 2L321 eee、 为来自为来自3 3个不同电台不同频率的个不同电台不同频率的电动势信号；电动势信号；C2L2LR1e2e3e33 MHz知：知：20 H25022LRL、kHz8201fC2L2LR1e2e3e解：解：CLf21212221LfCpF150102

14、501082021623C假设要收听假设要收听 节目，节目，C C 应配多大？应配多大？1e问题一：问题一：结论：当结论：当 C C 调到调到 150 pF 150 pF 时，可收听到时，可收听到 的节目。的节目。1e33 MHz 问题二：问题二：1e信号在电路中产生的电流信号在电路中产生的电流 有多有多大？在大？在 C C 上上 产生的电压是多少？产生的电压是多少？V101E pF1501C H2502L 20 2LR知：知：kHz8201f解答：解答：129021fLXXCLA5 . 021REIV645C1CIXU所希望的信号所希望的信号被放大了被放大了6464倍。倍。C2L2LR1e2

15、e3e33 MHz 谐振条件LCRCLRLRCLRCZ2j1j)j(j1)j(j1+uRCXLXiRLiCi实践中线圈的电阻很小，所以在谐振时有实践中线圈的电阻很小，所以在谐振时有RL0)(LCLRCCRLCLZ21j1j1j 那么那么：2.2.并联谐振并联谐振33 MHz谐振频率：谐振频率：或或LCff 210 0100LC：谐谐振振条条件件可得出：可得出：LC10）LCLRCCRLCLZ21(j1j1j 由：由：(1) 阻抗最大，呈电阻性阻抗最大，呈电阻性RCLZ 0(当满足当满足 0L R时时)并联谐振的特征并联谐振的特征33 MHzI00ZURCLUII(2)恒压源供电时，总电流最小。恒压源