电路的频率特性ppt课件

1、本章讨论：正弦稳态下动态电路或系统的呼应本章讨论：正弦稳态下动态电路或系统的呼应 与鼓励信号频率的关系即频率特性。与鼓励信号频率的关系即频率特性。讨论的内容：讨论的内容：1网络函数的定义网络函数的定义2网络函数的类型网络函数的类型3简单简单RC电路网络函数的计算及其频率特性电路网络函数的计算及其频率特性4RLC串联谐振电路及其频率特性。串联谐振电路及其频率特性。5GCL并联谐振电路及其频率特性并联谐振电路及其频率特性6耦合谐振电路及其频率特性耦合谐振电路及其频率特性讨论频率特性的必要性讨论频率特性的必要性如如 语音信号占语音信号占20Hz 20KHz20Hz 20KHz图象信号占图象信号占0H

2、z 6MHz 0Hz 6MHz 无线电信号都占一定的频带无线电信号都占一定的频带R2CiLuR1U&R1R2I&j L1jC 12121()()1RjLRjCZ jRjXRjLRjC 动态电路e(t)r(t)其中其中e(t)为鼓励信号为鼓励信号r(t)为电路的呼应为电路的呼应12.1 正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数12.1.1 网络函数的定义网络函数的定义在正弦稳态下，当电路只需一个鼓励时，动态电路的呼应在正弦稳态下，当电路只需一个鼓励时，动态电路的呼应( (输出输出)r(t)r(t)与鼓励与鼓励( (输入输入)e(t)e(t)的相量之比定义为网络函数，的相量之比定义为网络函

3、数，记为记为H( jH( j ) )。 ()()RHjHjE & & &()RHjE 网络函数的幅频网络函数的幅频特性特性()re 网络函数的相频网络函数的相频特性特性1 0 ()ERH j o&当时 呼应即为网络函数呼应即为网络函数动态电路动态电路e(t)r(t)12.1.2 网络函数的分类网络函数的分类1、谋划点函数、谋划点函数e(t)与与r(t)均在单口网络的同一端均在单口网络的同一端11 EIR U&1谋划点阻抗函数谋划点阻抗函数11()()RUH jZ jEI&N01U&1I&2谋划点导纳函数谋划点导纳函数N01U&am

4、p;1I&11 E URI&11()()RIH jY jEU&1转移阻抗函数转移阻抗函数ZT( j )12 EIR U&21()()TRUH jZjEI&2转移导纳函数转移导纳函数YT( j )12 E URI&21()()TRIH jYjEU&N01I&2U&ZLN02I&1U&ZL2、转移函数、转移函数(又称传输函数又称传输函数)e(t)与与r(t)不在同一端口不在同一端口3电压转移函数电压转移函数AuN01U&2U&ZL12 E UR U&21()()uRUHjAjEU&

5、;4电流转移函数电流转移函数Ai12 EIRI&21()()iRIHjAjEI&N01I&2I&ZL阐明：阐明：H( j H( j ) )由网络本身的联接方式及元件参数决议与其他无关。由网络本身的联接方式及元件参数决议与其他无关。3 3、网络函数的求法、网络函数的求法1经过计算求：给定电路构造元件参数时经过计算求：给定电路构造元件参数时2 2用实验的方法求：电路构造元件参数不详时用实验的方法求：电路构造元件参数不详时CL( )u tr( )si tU&jC1j LSI&G 1()()1() sUHjZjIGjCLZj & & &a

6、mp;1、RC低通电路低通滤波电路低通电路低通滤波电路1u2uRC11 CRC 令令21()1()uCAj ()arctgC 21()uuUAjAjU & & &12.1.3 频率特性的分析举例频率特性的分析举例幅频特性幅频特性相频特性相频特性0 uAC 110.707幅频特性幅频特性0( ) C 2 4 1相频特性相频特性1u2uRC21()1()uCAj ()arctgC 幅频特性幅频特性相频特性相频特性 21()uuUAjAjU & & &2当当 时时 阐明在该频率下输出电压是最大阐明在该频率下输出电压是最大 值的值的 0.707倍，定义倍

7、，定义C为为RC低通滤波电路的截止频率。低通滤波电路的截止频率。C 0.707uA 3 故故C又称为半功率点。又称为半功率点。012CPP 1在相位上在相位上 滞后滞后 故故RC低通网络又称为滞后网络。低通网络又称为滞后网络。2U& &1U& &0C 规定通频带规定通频带0 uAC110.7070() C241幅频特性幅频特性相频特性相频特性 21()uuUAjAjU & & &11 CRC 令令 2()1()CuCAj ()arctg2C 1u2uRC2、RC高通电路高通滤波电路高通电路高通滤波电路幅频特性幅频特性相频特性相频特性0 u

8、AC 110.707幅频特性幅频特性 21()uuUAjAjU & & &2()1 ()CuCA j ( )arctg2C 1u2uRC幅频特性幅频特性相频特性相频特性0() 2 4 1相频特性相频特性C 2当当 时时 阐明在该频率下输出电压是最大阐明在该频率下输出电压是最大 值的值的 0.707倍，定义倍，定义C为为RC高通滤波电路的截止频率。高通滤波电路的截止频率。C 0.707uA 3 故故C又称为半功率点。又称为半功率点。012CPP 1在相位上在相位上 超前超前 故故RC高通网络又称为超前网络。高通网络又称为超前网络。2U& &1U&

9、&0C 规定通频带规定通频带0 uAC 110.707幅频特性幅频特性0() 2 4 1相频特性相频特性C 12. 2 串联谐振电路串联谐振电路12. 2. 1 串联谐振回路及其谐振时的特性串联谐振回路及其谐振时的特性1 1、串联谐振回路的谐振景象及谐振频率、串联谐振回路的谐振景象及谐振频率( )su tLRLC等效串联谐振回路等效串联谐振回路谐振是正弦稳态电路在特定条件下所产生的一种物理景象。谐振是正弦稳态电路在特定条件下所产生的一种物理景象。R、L、C串联电路，在正弦稳态下串联电路，在正弦稳态下当电路端口电压、电流同相时，称当电路端口电压、电流同相时，称电路发生了串联谐振。电路发生

10、了串联谐振。R,L,C串联串联电路电路ius电感线圈电感线圈电容器电容器实践串联谐振回路实践串联谐振回路信号源信号源SR( )su t串联谐振回路的电路模型串联谐振回路的电路模型LRLCCR(1) 谐振的定义：谐振的定义：(2) 谐振条件及谐振频率谐振条件及谐振频率( )su tRLC 串联谐振串联谐振回路回路( )i tSU& &j L 1jC I& &S ()()RIH jYjEU & & & & & 111()()YjYjZ jRjLC ()SIYjU & & & 221 11 arctanY

11、jRLCLCR 串联谐振电路的网络函数串联谐振电路的网络函数0 Y(j） 1/R导纳的幅频特性导纳的幅频特性1LC0() 2 导纳的相频特性导纳的相频特性 2 1LC 2211 , arctan1YjLCRRLC 01SIjUR & & & 谐振条件谐振条件10LC 01YjR 谐振频率谐振频率01LC 谐振频率由回路参数本身确定谐振频率由回路参数本身确定2 2、串联谐振回路的参数、串联谐振回路的参数(1) 谐振频率谐振频率01LC (2) 特性阻抗特性阻抗001LLCC (3)回路的质量因数回路的质量因数Q0011LLQRRCRRC 一次参数：元件值，如一次参数：元件

12、值，如 R R、L L、C C二次参数：由元件值约束的参数，二次参数：由元件值约束的参数，如如0 0( )su tRLC 串联谐振串联谐振回路回路( )i t 11sYjRjYjLCIU & & &SU&Rj L1j C 串联谐振回路的相串联谐振回路的相量模型量模型I&3、发生串联谐振时的电路特性、发生串联谐振时的电路特性0001(1) ()1()Y jRYZ j 00 (2) () sI jURI & & & &000(3) LsUjLIjQU & & & &0001CsUjIjQUC &

13、amp; & & &0000SRLCRUUUUU & & & & & &导纳最大导纳最大 (即阻抗最小即阻抗最小)且为纯实数且为纯实数电流最大且与电压源电压同相电流最大且与电压源电压同相S90LUUQo o& & &电电感感电电压压比比大大倍倍且且超超前前90CSUUQo o& & &电电容容电电压压比比大大倍倍且且滞滞后后电阻两端电压等于电压源电压电阻两端电压等于电压源电压(4) 谐振时的能量特性谐振时的能量特性0200RWI RT 000222000( )( )( )11

14、 ( )( )22xLCLCWtWtWtLitCutLI 02000ssWU I TI RT 信号源仅信号源仅提供电阻提供电阻所耗费的所耗费的能量。能量。( )su tRLC 串联谐振串联谐振回路回路( )i t电阻在一周内耗费的能量电阻在一周内耗费的能量信号源在一周内提供的能量信号源在一周内提供的能量恣意时辰回路的总储能为常数，恣意时辰回路的总储能为常数，磁场能与电场能相互交换。磁场能与电场能相互交换。2Q 谐谐振振时时回回路路的的最最大大储储能能谐谐振振时时每每周周期期消消耗耗的的能能量量001LLLLLRRQQRCR 当当时时 (5)谐振回路质量因数谐振回路质量因数Q的物理意义的物理意义

15、2m22/ 2LLLLIQTI RRL 001LQRCR 电感线圈的质量因数电感线圈的质量因数QL2LQ 电感线圈的最大储能电感线圈的最大储能线圈在一周内的损耗线圈在一周内的损耗电容器的质量因数电容器的质量因数QCC2cm22/ 2/CCCUQTURCR C2Q 电容器的最大储能电容器的最大储能电容器在一周内的损耗电容器在一周内的损耗SR( )su tLRLCCR例例1：图所示电路，调理电容使电路到达谐振，知：图所示电路，调理电容使电路到达谐振，知 6000200 H, 100, 10 2cos mv=5 10/ sCLLQuttrad sCIRUU 求求、 、 、 su tRLC 串联谐振串

16、联谐振回路回路 i t200001 200PF,1100 110 1mA 1VsCLsQQQCLLRCLRCUIRUUU Q Q 调谐的方法调谐的方法此法多用在仪器上此法多用在仪器上(1) 固定固定L和和C，调理信号源的频率使，调理信号源的频率使0ff 信信用在电视机、收音机等的选频回路上。用在电视机、收音机等的选频回路上。(2)(2)信号源的频率信号源的频率f f 固定固定, ,调调L L或或C C使使0ff 信信( )su tRLC 串联谐振串联谐振回路回路( )i t12.2.2 12.2.2 串联谐振回路的频率特性及选择性串联谐振回路的频率特性及选择性一串联谐振回路的频率特性一串联谐振

17、回路的频率特性谐振回路为传输信号的通道谐振回路为传输信号的通道无线电信号都占有一定的频带无线电信号都占有一定的频带ff0 f2f1Hj 频率特性主要研讨串联谐振回路中电流频率特性主要研讨串联谐振回路中电流 I 及动态元件上及动态元件上的电压的电压 U 随失谐随失谐(即频率变化即频率变化)大小而变化的特性。大小而变化的特性。当当f = f0 时发生谐振时发生谐振当当 f f0 时失时失谐谐SU&Rj L1j C 串联谐振回路的相串联谐振回路的相量模型量模型I& = 1SSUIYjURjLC & & & &C1,CLUjLIUIj 串联谐振电路在失谐

18、形状下的电路特性串联谐振电路在失谐形状下的电路特性 11sYjRjYjLCIU & & &SU&Rj L1j C 串联谐振回路的相串联谐振回路的相量模型量模型I&当当 f = f0 时发生谐振时发生谐振f f f0 f0 时失谐时失谐 01YjR /2 /2 ( )导纳的频率特性导纳的频率特性 0|Y( )|1/R0 |I( )|US /R0 当当时时电电路路呈呈感感性性0 当当时时电电路路呈呈容容性性R 串联谐振回路的相串联谐振回路的相量模型量模型SU&j L1jCI& 000001()1()YjIIYIIjQ & &

19、&022000011()()arctan()IIQjQ = 1()SSUIYjURjLC & & & & 00= SSUIYjUR & &反映电流随失谐大小变化的特性反映电流随失谐大小变化的特性电流超前电压的角度电流超前电压的角度(即导纳角即导纳角2 2Q3=100Q2=50Q1=2010 () 相频曲线相频曲线Q2=50Q3=100Q1=2010 0I I谐振曲线谐振曲线1Q越大谐振曲线越锋利越大谐振曲线越锋利Q越大相频曲线越峻峭，谐振频率越大相频曲线越峻峭，谐振频率附近，相频特性曲线近似为直线。附近，相频特性曲线近似为直线。02200

20、0011()()arctan()IIQjQ 0 当当时时电电路路呈呈感感性性0 当当时时电电路路呈呈容容性性12.2.2 12.2.2 串联谐振回路的频率特性及选择性串联谐振回路的频率特性及选择性一串联谐振回路的频率特性一串联谐振回路的频率特性谐振回路为传输信号的通道谐振回路为传输信号的通道无线电信号都占有一定的频带无线电信号都占有一定的频带ff0 f2f1Hj 频率特性主要研讨串联谐振回路中电流频率特性主要研讨串联谐振回路中电流 I 及动态元件上及动态元件上的电压的电压 U 随失谐随失谐(即频率变化即频率变化)大小而变化的特性。大小而变化的特性。当当f = f0 时发生谐振时发生谐振当当 f

21、 f0 时失时失谐谐SU&Rj L1j C 串联谐振回路的相串联谐振回路的相量模型量模型I& = 1SSUIYjURjLC & & & &C1,CLUjLIUIj 串联谐振电路在失谐形状下的电路特性串联谐振电路在失谐形状下的电路特性 11sYjRjYjLCIU & & &SU&Rj L1j C 串联谐振回路的相串联谐振回路的相量模型量模型I&当当 f = f0 时发生谐振时发生谐振f f f0 f0 时失谐时失谐 01YjR /2 /2 ( )导纳的频率特性导纳的频率特性 0|Y( )|1/R0 |I( )

22、|US /R0 当当时时电电路路呈呈感感性性0 当当时时电电路路呈呈容容性性R 串联谐振回路的相串联谐振回路的相量模型量模型SU&j L1jCI& 000001()1()YjIIYIIjQ & & &022000011()()arctan()IIQjQ = 1()SSUIYjURjLC & & & & 00= SSUIYjUR & &反映电流随失谐大小变化的特性反映电流随失谐大小变化的特性电流超前电压的角度电流超前电压的角度(即导纳角即导纳角2 2Q3=100Q2=50Q1=2010 () 相频曲线相频曲线

23、Q2=50Q3=100Q1=2010 0I I谐振曲线谐振曲线1Q越大谐振曲线越锋利越大谐振曲线越锋利Q越大相频曲线越峻峭，谐振频率越大相频曲线越峻峭，谐振频率附近，相频特性曲线近似为直线。附近，相频特性曲线近似为直线。022000011()()arctan()IIQjQ 0 当当时时电电路路呈呈感感性性0 当当时时电电路路呈呈容容性性二二) )串联谐振回路的选择性串联谐振回路的选择性 谐振回路选出所需求的信号而抑制不需求信号的才干称为谐振回路选出所需求的信号而抑制不需求信号的才干称为谐振回路的选择性。谐振回路的选择性。Q对选择性影响很大，对选择性影响很大，Q越大谐振曲线越锋利，其选择性越强越

24、大谐振曲线越锋利，其选择性越强但不一定越大越好。但不一定越大越好。无线电信号都占有一定的频带无线电信号都占有一定的频带ff0 f2f1 H j Q2=50Q3=100Q1=2010 0I I谐振曲线谐振曲线112.2.3 12.2.3 串联谐振回路的通频带串联谐振回路的通频带一通频带的定义一通频带的定义 0 II 1 11 12 22121)CCfBWBWff ( ( 或或0.7071c 2c 0220011()IIQ 1 1= =2 21 0 0I I00()1Q 22000QQ m m可可解解得得20211124CQQ 上上 截截 止止 频频 率率10211124CQQ 下下截截止止频频率

25、率021 CCBWQ 022001 1()IIQ 1 1= =，2 2令令得得二通频带与回路参数的关系二通频带与回路参数的关系RB WL 0.7071c 2c 1 0 0I I0.7070.707三三Q Q与选择性的关系与选择性的关系 Q Q对选择性影响很大，对选择性影响很大，Q Q越大谐振曲线越锋利，其选择越大谐振曲线越锋利，其选择性越好但实践中并非性越好但实践中并非Q Q值越高越好。值越高越好。100IIQ2=50Q3=100Q1=20谐振曲线谐振曲线1实践电路要兼顾选择性与通频带实践电路要兼顾选择性与通频带12. 2. 4 电压传输函数电压传输函数1输出电压取自电容输出电压取自电容RSU& &j L 1jC I& &CU& &022001()CuCSUQAUQ 0 uCA ，令令2输出电压取自电感输出电压取自电感RSU& &j L 1jC I&LU& &022001()LuLSUQAUQ 0 uLA ，令令得得02112LmQ 02112CmQ 得得设后一级输入阻抗无穷大设后一级输入阻抗无穷大0CmLm cm | Au |C和和| Au |L的频率特性的频率特性0| Au |CLm | Au |L02112LmQ 02112CmQ 022001()CuCSUQ