电路的频率响应-修改.ppt

下一页章目录 上一页 第第1111章章 电路的频率响应电路的频率响应 11.111.1 网络函数网络函数 11.211.2 RLC RLC串联电路的谐振串联电路的谐振 11.311.3 RLC RLC并联电路的谐振并联电路的谐振 下一页章目录 上一页 11.1 网络函数 当电路中激励源的频率变化时，电路中的感抗、 容抗将跟随频率变化，从而导致电路的工作状态亦 跟随频率变化。因此，分析研究电路和系统的频率 特性就显得格外重要。 频率特性 电路和系统的工作状态跟随频率而变化的现象 ，称为电路和系统的频率特性，又称频率响应。 1. 网络函数H（j）的定义 下一页章目录 上一页 在线性正弦稳态网络中，当只有一个独立激 励源作用时，网络中某一处的响应（电压或电流 ）与网络输入之比，称为该响应的网络函数。 2. 网络函数H(j)的物理意义 l驱动点函数 线性 网络 下一页章目录 上一页 驱动点阻抗 驱动点导纳 激励是电流源，响应是电压 激励是电压源，响应是电流 线性 网络 l转移函数(传递函数) 线性 网络 下一页章目录 上一页 转移 导纳 转移 阻抗 转移 电压比 转移 电流比 激励是电压源激励是电流源 线性 网络 下一页章目录 上一页 注意 H(j)与网络的结构、参数值有关，与输入、输出 变量的类型以及端口对的相互位置有关，与输入、 输出幅值无关。因此网络函数是网络性质的一种体 现。 H(j) 是一个复数，它的频率特性分为两个部分： 模与频率的关系 幅频特性 幅角与频率的关系 相频特性 网络函数可以用相量法中任一分析求解方法获得。 下一页章目录 上一页 在同时含有L 和C 的交流电路中，如果总电压和 总电流同相，称电路处于谐振状态。此时电路与电 源之间不再有能量的交换，电路呈电阻性。 串联谐振：串联谐振：L 与 C 串联时 u、i 同相 并联谐振：并联谐振：L 与 C 并联时 u、i 同相 研究谐振的目的，就是一方面在生产上充分利 用谐振的特点，(如在无线电工程、电子测量技术等 许多电路中应用)。另一方面又要预防它所产生的危 害。 谐振的概念：谐振的概念： 11.2 正弦电流电路的串联谐振 下一页章目录 上一页 同相 由定义，谐振时： 或： 即 谐振条件： 谐振时的角频率谐振时的角频率 一一. .产生谐振的条件产生谐振的条件 R jXL -jXC + _ + _ + _ + _ 二二. .谐振频率谐振频率 根据谐振条件： 下一页章目录 上一页 或：可得谐振频率谐振频率为： 三三. .电路发生谐振的方法电路发生谐振的方法 1.电源频率 f 一定，调参数L、C 使 fo= f； 2.电路参数LC 一定，调电源频率 f，使 f = fo 四四. .串联谐振特征串联谐振特征 1 1 阻抗阻抗 下一页章目录 上一页 谐振时谐振时1 1）Z Z= =R R，具有电阻效应，具有电阻效应阻抗的模最小阻抗的模最小 2 2）电抗：）电抗：X=XX=X L L +X+X C C =0=0 即即 特性阻抗（特性阻抗（） 2 2 电流电流 1 1） 电流最大电流最大 2 2）同相同相 3 3）电工技术中）电工技术中 品质因数（品质因数（无无单单单单位位） 表征谐振电路的性能表征谐振电路的性能 下一页章目录 上一页 3 3 电压电压 1）电阻电压： 大小相等、相大小相等、相 位相差位相差180180 2）电感电压： 3）电容电压： 所以，串联谐振又称为电压谐振所以，串联谐振又称为电压谐振 下一页章目录 上一页 UC 、UL将大于 电源电压U 当 时： 有： 由于可能会击穿线圈或电容的 绝缘，因此在电力系统中一般应避免发生串联谐 振。 注意 谐振时谐振时: : 与相互抵消，但其本 身不为零，而是电源电压的Q倍。 如Q=100,U=220V,则在谐振时 所以电力系统应避免发生串联谐振。所以电力系统应避免发生串联谐振。 下一页章目录 上一页 4 4 相量图相量图 5 5 能量关系能量关系 1 1）转换关系）转换关系 有功功率达到最大。有功功率达到最大。 电路的有功功率为电路的有功功率为 谐振时，谐振时，阻抗角阻抗角 ( ( 0 0 )=0)=0；功率因数；功率因数coscos =1 =1。 下一页章目录 上一页 则谐振时，电路不从外部吸收无功功率，但电路内则谐振时，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与电场能量部的电感与电容之间周期性地进行磁场能量与电场能量 的交换。的交换。 而此时，而此时， 2 2）电磁总能量）电磁总能量 电容和电感上的总能量为电容和电感上的总能量为 下一页章目录 上一页 谐振时谐振时, ,设设 则则 常数常数 下一页章目录 上一页 电感和电容的能量按正弦规律变化，最大值相等电感和电容的能量按正弦规律变化，最大值相等 ；它；它 们的总和是常量，不随时间变化，正好等于最大值。们的总和是常量，不随时间变化，正好等于最大值。 五五. .电路的频率特性和谐振曲线电路的频率特性和谐振曲线 1. 1. 阻抗的频率特性阻抗的频率特性 （1 1）特性关系式）特性关系式 下一页章目录 上一页 （2 2）特性曲线）特性曲线 容性 感性 0 ( ) 0 0 /2 /2 阻抗相频特性阻抗相频特性 阻抗幅频特性阻抗幅频特性 2. 2. 电流的频率特性电流的频率特性 （1 1）特性关系式）特性关系式 下一页章目录 上一页 （2 2）电流谐振曲线）电流谐振曲线 从电流谐振曲线看到，谐振时电流达到最大，当从电流谐振曲线看到，谐振时电流达到最大，当 偏离偏离 0 0 时，电流从最大值时，电流从最大值I I 0 0 降下来。换句话说，串联谐降下来。换句话说，串联谐 振电路对不同频率的信号有不同的响应，对谐振信号最振电路对不同频率的信号有不同的响应，对谐振信号最 突出突出( (表现为电流最大表现为电流最大) )，而对远离谐振频率的信号加以，而对远离谐振频率的信号加以 抑制抑制( (电流小电流小) )。这种对不同输入信号的选择能力称为。这种对不同输入信号的选择能力称为“ “选选 择性择性” ”。 （3 3）选择性与通用谐振曲线）选择性与通用谐振曲线 a. a. 选择性选择性 下一页章目录 上一页 为了方便与不同谐振回路之间进行比较，把电为了方便与不同谐振回路之间进行比较，把电 流谐振曲线的横、纵坐标分别除以流谐振曲线的横、纵坐标分别除以 0 0 和和I I( ( 0 0 ) )，即，即 b. b. 通用谐振曲线通用谐振曲线 下一页章目录 上一页 Q Q越大，谐振曲线越尖。当稍微偏离谐振点时，曲越大，谐振曲线越尖。当稍微偏离谐振点时，曲 线就急剧下降，电路对非谐振频率下的电流具有较强线就急剧下降，电路对非谐振频率下的电流具有较强 的抑制能力，所以选择性好。的抑制能力，所以选择性好。 Q=10 Q=1 Q=0.5 1 1 0 通用谐振曲线：通用谐振曲线： 因此，因此，Q Q是反映谐振电路性质的一个重要指标。是反映谐振电路性质的一个重要指标。 下一页章目录 上一页 2 2 1 1 称为通频带称为通频带BWBW I I/ /I I 0 0 =0.707=0.707以分贝以分贝(dB)(dB)表示：表示： 20log20log10 10 I I/ /I I 0 0 =20lg0.707= 3 dB=20lg0.707= 3 dB。 所以，所以， 1 1 、 2 2 称为称为3 3分贝频率。分贝频率。 Q=10 Q=1 Q=0.5 1 1 0 0.7070.707 在在 处处 作一水平线，与每一谐振曲作一水平线，与每一谐振曲 线交于两点，对应横坐标分线交于两点，对应横坐标分 别为别为 和和 。 下一页章目录 上一页 3. 3. 电压的频率特性电压的频率特性 （1 1）特性关系式）特性关系式 下一页章目录 上一页 U U UC C ( ( CmCm ) ) QUQU CmCm LmLm 0 U UL L ( ( ) ) U UC C ( ( ) ) U( ) 1 1 时时 时时L L短路， 短路，C C断路，断路， 时时L L断路，断路，C C短路，短路， 下一页章目录 上一页 当当 时，时，U U L L 和和U U C C 出现峰值：出现峰值： 当当 时，时， 当当 时，时， Q Q越大，曲线越陡，越大，曲线越陡， 1 1 、 2 2 越向越向1 1靠近。靠近。 下一页章目录 上一页 一一. .简单的简单的RLC RLC 并联谐振电路并联谐振电路 11.3 正弦电流电路并联谐振 1. 1. 定义定义: :当端口电压与输入的端当端口电压与输入的端 口电流同相时，称电路发生了口电流同相时，称电路发生了 谐振。由于发生在并联电路中谐振。由于发生在并联电路中 ，所以称为并联谐振。，所以称为并联谐振。 2. 2. 发生并联谐振的条件发生并联谐振的条件: : 谐振频率谐振频率 ( (固有频率固有频率) ) + + _ RC L 下一页章目录 上一页 3. RLC 3. RLC 并联电路发生谐振时的特点并联电路发生谐振时的特点: : b b. .等效导纳等效导纳Y Y为纯电导，即为纯电导，即Y=GY=G； 电路中导纳模电路中导纳模|Y|Y|最小。最小。 此时电路中阻抗模此时电路中阻抗模|Z|Z|最大。最大。 + + _ RC L 下一页章目录 上一页 其中其中QQ称为并联谐振电路的品质因数称为并联谐振电路的品质因数 若若 Q 1Q 1 ，则谐振时在电感和，则谐振时在电感和 电容中会出现过电流，但从电容中会出现过电流，但从L L、 C C 两端看进去的等效导纳等于零，即两端看进去的等效导纳等于零，即 等效阻抗为无限大，相当于开路。等效阻抗为无限大，相当于开路。 相量图相量图 下一页章目录 上一页 表明谐振时，电感的磁场能量与电容的电场能量相互交换表明谐振时，电感的磁场能量与电容的电场能量相互交换。 电容和电感上的总能量为电容和电感上的总能量为 上式表明，电感和电容的能量按正弦规律变化，最上式表明，电感和电容的能量按正弦规律变化，最 大值相等；它们的总和是常量，不随时间变化，正好大值相等；它们的总和是常量，不随时间变化，正好 等于最大值。等于最大值。 下一页章目录 上一页 二二. . 实际电感线圈与电容并联的谐振电路实际电感线圈与电容并联的谐振电路 上面讨论的电流谐振现象实际上是不可能得到的，因上面讨论的电流谐振现象实际上是不可能得到的，因 为电感线圈总是存在电阻的，于是电路就变成了混联，为电感线圈总是存在电阻的，于是电路就变成了混联， 谐振现象也就较为复杂。谐振现象也就较为复杂。 可求得可求得 由电路参由电路参 数来决定数来决定 1. 1. 谐振条件谐振条件 C L R + + _ 下一页章目录 上一页 上式表明，此电路发生并联谐振是有条件的，参上式表明，此电路发生并联谐振是有条件的，参 数不合适可能不会发生谐振。数不合适可能不会发生谐振。 2. 2. 谐振频率谐振频率 当当，即，即 时，时， 0 0 为实数，电路能发生谐振。为实数，电路能发生谐振。 当当，即，即 时，时， 0 0