十一章電路的頻率響應(yīng).ppt

1,第十一章 電路的頻率響應(yīng),電路的頻率響應(yīng)（頻率特性）： 電路和系統(tǒng)的工作狀態(tài)隨激勵(lì)頻率而變化的特性。,重點(diǎn),1. 網(wǎng)絡(luò)函數(shù),2. 串、并聯(lián)諧振的概念,2,11-1 網(wǎng)絡(luò)函數(shù),1、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)定義:在線性正弦穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)只有一個(gè)獨(dú)立激勵(lì)源作用時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中某一處的響應(yīng)（電壓或電流）與網(wǎng)絡(luò)輸入之比，稱為該響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。,正弦穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)是電源頻率的函數(shù)。,輸出端口k的正弦響應(yīng),輸入端口j的正弦激勵(lì),3,例,2,求圖示電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù) 和 .,解：,列網(wǎng)孔方程求I2,解得：,轉(zhuǎn)移導(dǎo)納,轉(zhuǎn)移電壓比,第十一章 電路的頻率響應(yīng),4,驅(qū)動(dòng)點(diǎn)函數(shù),2、正弦穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的分類,轉(zhuǎn)移阻抗和轉(zhuǎn)移導(dǎo)納之間不存在互為倒數(shù)的關(guān)系。,第十一章 電路的頻率響應(yīng),5,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(duì)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(gè)復(fù)數(shù)，它的頻率特性分為兩個(gè)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。,第十一章 電路的頻率響應(yīng),6,3、網(wǎng)絡(luò)的頻響特性,幅頻特性：,相頻特性：,振幅（或有效值）比|H(j)|隨變化的特性,相位 (j)隨的變化特性,可以用振幅比或相位作縱坐標(biāo)，畫出以頻率為橫坐標(biāo)的曲線。這些曲線分別稱為網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線。,第十一章 電路的頻率響應(yīng),7,幅頻特性曲線,相頻特性曲線,第十一章 電路的頻率響應(yīng),8,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,諧振是正弦電路在特定條件下產(chǎn)生的一種特殊物理現(xiàn)象。諧振現(xiàn)象在無線電和電工技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用，研究電路中的諧振現(xiàn)象有重要實(shí)際意義。,含R、L、C的一端口電路，在特定條件下出現(xiàn)端口電壓、電流同相位的現(xiàn)象時(shí)，稱電路發(fā)生了諧振。,諧振的定義,發(fā)生諧振,9,其中:,一、串聯(lián)諧振的條件：,X=0,電路發(fā)生諧振。,諧振條件,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,10,僅與電路參數(shù)有關(guān),或,諧振角頻率,諧振頻率,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,串聯(lián)電路實(shí)現(xiàn)諧振的方式：,(1) L C 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(gè)R L C串聯(lián)電路只有一個(gè)對(duì)應(yīng)的0 , 當(dāng)外加電源頻率等于諧振頻率時(shí)，電路發(fā)生諧振。,11,二、串聯(lián)諧振的特征：,阻抗的頻率特性,阻抗呈純電阻特性，達(dá)到最小值。,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,12,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,相頻特性,幅頻特性,阻抗的頻率特性,Z(j)頻響曲線,13,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,Z(j)頻響曲線表明阻抗特性可分三個(gè)區(qū)域描述：,14,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,Z=R，阻抗值|Z|最小。,-諧振峰,串聯(lián)諧振電路電流達(dá)到最大值:,15,無量綱,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,(2) LC上的電壓大小相等，相位相反。,品質(zhì)因數(shù),16,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,當(dāng)電路中 L、C 一定時(shí)，Q 決定于電路中的 R，R越小，則 Q越大。,無線電技術(shù)中應(yīng)用的諧振電路，其Q值一般在50500之間。輸入一個(gè)微弱的電壓信號(hào)在電容兩端可獲得較大的電壓，從而達(dá)到鑒別和選擇信號(hào)的目的。Q值的大小反映了諧振電路選擇性能的好壞，稱為品質(zhì)因數(shù)。,(3) 諧振時(shí)出現(xiàn)過電壓,當(dāng) 0L=1/(0C )R 時(shí)，Q1 UL= UC =QUS US,17,某收音機(jī)輸入回路 L=0.3mH，R=10，為收到中央電臺(tái)560kHz信號(hào)，求：(1)調(diào)諧電容C值； (2) 如輸入電壓為1.5V,求諧振電流和此時(shí)的電容電壓。,例,解：,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,18,(4) 諧振時(shí)的功率,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,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。,19,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,電感、電容儲(chǔ)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。,20,歸納串聯(lián)電路諧振時(shí)的特點(diǎn)：,阻抗值|Z|最小，為純電阻，Z=R 。,2.串聯(lián)電路諧振時(shí)電流值最大：,3.電容、電感上的電壓一般都遠(yuǎn)大于電源電壓：,4.諧振時(shí)電路有功功率最大，無功功率為零：,P=UIcosUIRI02=U2/R,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,21,一接收器的電路參數(shù)為：U=10V,w=5103 rad/s, 調(diào)C使電路中的電流最大，Imax=200mA，測得電容電壓為600V，求R、L、C及Q。,例,解：,11-2 RLC串聯(lián)電路的諧振,11-3 RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng),本節(jié)主要討論以下網(wǎng)絡(luò)函數(shù)：,22,22,為比較不同諧振回路，令,=1時(shí)電路諧振,的頻率響應(yīng),相頻特性,幅頻特性,11-3 RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng),1）幅頻特性,=1時(shí)，曲線出現(xiàn)高峰， 輸出達(dá)到最大（US）；, 1時(shí)，輸出逐 漸下降；,Q值大，曲線在諧振點(diǎn)附 近形狀尖銳，選擇性好。,24,在諧振點(diǎn)響應(yīng)出現(xiàn)峰值，當(dāng) 偏離0時(shí)，輸出下降。即串聯(lián)諧振電路對(duì)不同頻率信號(hào)有不同的響應(yīng)，對(duì)諧振信號(hào)最突出(響應(yīng)最大)，而對(duì)遠(yuǎn)離諧振頻率的信號(hào)具有抑制能力。這種對(duì)不同輸入信號(hào)的選擇能力稱為“選擇性”。,諧振電路具有選擇性,表明,諧振電路的選擇性與Q成正比,Q越大，諧振曲線越陡。電路對(duì)非諧振頻率的信號(hào)具有強(qiáng)的抑制能力，所以選擇性好。因此Q是反映諧振電路性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。,11-3 RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng),諧振電路的有效工作頻段,半功率點(diǎn),聲學(xué)研究表明，如信號(hào)功率不低于原有最大值一半，人的聽覺辨別不出。,通頻帶:,26,通頻帶:,或,Q值大，BW小，選擇性好。,UR/US=0.707以分貝(dB)表示：,20log10UR/US=20lg0.707= 3 dB.,-1， 2稱為3分貝頻率。,通頻帶規(guī)定了諧振電路允許通過信號(hào)的頻率范圍。是比較和設(shè)計(jì)諧振電路的指標(biāo)。,11-3 RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng),2,27,2）相頻特性：,90,-90,0,1,S,11-3 RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng),28,串聯(lián)諧振應(yīng)用舉例：收音機(jī)接收電路,11-3 RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng),29,2. UL(j)與UC(j)的頻率特性,只討論幅頻特性，相位與電阻電壓相移90.,. Q越高，Lm和Cm 越靠近=1，同時(shí)峰值增高。,.當(dāng)Q0.707時(shí)，兩者都沒有峰值。,. HL(j)具有高通特性，HC(j)具有低通特性。,11-3 RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng),30,一信號(hào)源與R、L、C電路串聯(lián)，要求 f0=104Hz，f=100Hz，R=15，請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)線性電路。,例,解：,11-3 RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng),31,一、 GCL 并聯(lián)電路,諧振條件：,諧振頻率：,11-4 RLC并聯(lián)諧振電路,32,并聯(lián)諧振電路的特點(diǎn)：,入端導(dǎo)納為純電導(dǎo)，導(dǎo)納值|Y|最小。,輸入導(dǎo)納最小,輸入阻抗最大,端電壓達(dá)最大值,11-4 RLC并聯(lián)諧振電路,33, 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。,IL(w0) =IC(w0) =QIS,11-4 RLC并聯(lián)諧振電路,34,若 過電流,品質(zhì)因數(shù)Q,注意：與串聯(lián)諧振的Q表達(dá)式不一樣！, P（j0）最大，Q （j0） =0：,11-4 RLC并聯(lián)諧振電路,35,二、電感線圈和電容并聯(lián)的諧振電路,由電路參數(shù)決定,實(shí)際的電感線圈總是存在電阻，因此當(dāng)電感線圈與電容器并聯(lián)時(shí)，電路如圖：,11-4 RLC并聯(lián)諧振電路,36,此電路參數(shù)發(fā)生諧振是有條件的，參數(shù)不合適可能不會(huì)發(fā)生諧振。,在電路參數(shù)一定時(shí)，改變電源頻率是否能達(dá)到諧振，要由下列條件決定：,一般線圈電阻R<<L，則等效導(dǎo)納為：,11-4 RLC并聯(lián)諧振電路,37,11-5 波特圖,網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的指數(shù)形式：,取對(duì)數(shù)：,HdB-lg 幅頻波特圖，單位：分貝,（j）-lg 幅頻波特圖,頻響波特圖:對(duì)電路和系統(tǒng)的頻率特性進(jìn)行分析時(shí)，為了直觀地觀察頻率特性隨頻率變化的趨勢和特征，工程上常采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)來作頻響曲線，這種用對(duì)數(shù)坐標(biāo)描繪的頻率響應(yīng)圖就稱為頻響波特圖。,38,例,畫出如下網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的波特圖：,解：,將網(wǎng)絡(luò)函數(shù)改寫為：,11-5 波特圖,39,HdB/dB,0,0.1,0.2,2,20,200,20,20,1,lg,10,幅頻波特圖,40,0,0.1,0.2,2,20,200,1,lg,10,90,-90,100,相頻波特圖,41,11-6 濾波器簡介,1.基本概念,濾波器：是一種能使有用頻率信號(hào)通過而同時(shí)抑制或衰減無 用頻率信號(hào)得電子裝置。,通帶：保留的頻率范圍。,阻帶：抑制的頻率范圍。,無源濾波電路：由無源元件R、L、C組成的濾波電路。,有源濾波電路：由晶體管和R、C網(wǎng)絡(luò)組成的濾波電路。,42,2. 分類按幅頻特性分,低通：用于工作信號(hào)為低頻（或直流），并且需要削弱高次諧波或頻率較高的干擾和噪聲等場合整流后濾波。,高通：用于信號(hào)處于高頻，并且需要削弱低頻的場合阻容放大器的耦合。,帶通：用于突出有用頻段的信號(hào)，削弱其它頻段的信號(hào)或干擾和噪聲載波通信。,帶阻：用于抑制干擾。,全通,H（j）,43,R,uo,例，一階RC有源濾波電路,其中,當(dāng),低通電路,44,串聯(lián)電路諧振,諧振條件：,諧振頻率：,諧振時(shí)，端口的電壓和電流同相，阻抗模最小，電流最大，平均功率最大。,本章主要內(nèi)容：,45,并聯(lián)電路諧振,諧振條件：,諧振頻率：,諧振時(shí)，端口的電壓和電流同相，導(dǎo)納模最小，阻抗模最大，電壓最大，平均功率最大。,