电路分析12PPT课件

1、讨论频率特性的必要性如 语音信号占20Hz 20KHz图象信号占0Hz 6MHz 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e(t)为激励信号r(t)为电路的响应第1页/共40页12.1 正弦稳态网络函数12.1.1 网络函数的定义在正弦稳态下，当电路只有一个激励时，动态电路的响应( (输出) )r(t)与激励( (输入) )e(t)的相量之比定义为网络函数，记为H( j )。 ()()RH jH jE & & &()RH jE 网络函数的幅

2、频特性( )re 网络函数的相频特性1 0 ()ERH j o&当时 响应即为网络函数动态电路e(t)r(t)第2页/共40页12.1.2 网络函数的分类1、策动点函数 e(t)与r(t)均在单口网络的同一端 11 EIRU&（1）策动点阻抗函数11()()RUH jZ jEI&N0 1U&1I&（2）策动点导纳函数N0 1U&1I&11 EURI&11()()RIH jY jEU&第3页/共40页（1）转移阻抗函数ZT( j )12 EIRU&21()()TRUH jZjEI&（2）转移导纳函数YT( j

3、 )12 EURI&21()()TRIH jYjEU&N0 1I&2U&ZLN0 2I&1U&ZL2、转移函数(又称传输函数) e(t)与r(t)不在同一端口 第4页/共40页（3）电压转移函数AuN0 1U&2U&ZL12 EURU&21()()uRUH jAjEU&（4）电流转移函数Ai12 EIRI&21()()iRIH jA jEI&N0 1I&2I&ZL说明：H( j )由网络本身的联接方式及元件参数决定与其他无关。第5页/共40页3 3、网络函数的求法（1）通过计算求：给

4、定电路结构元件参数时（2 2）用实验的方法求：电路结构元件参数不详时CL( )u tr( )si tU&j C1j LSI&G 1()()1() sUH jZ jIGjCLZj & & &第6页/共40页1、RC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幅频特性相频特性第7页/共40页0 uAC 110.707幅频特性0( ) C 2 4 1相频特性1u2uRC21()1()uCAj ()arctgC 幅频特性

5、相频特性 21()uuUAjAjU & & &第8页/共40页2）当 时 表明在该频率下输出电压是最大 值的 0.707倍，定义 C为RC低通滤波电路的截止频率。C 0.707uA 3） 故 C C又称为半功率点。012CPP 1）在相位上 滞后 故RC低通网络又称为滞后网络。2U& &1U& &0C规定通频带0 uAC110.7070( ) C241幅频特性相频特性第9页/共40页 21()uuUAjAjU & & &11 CRC 令令 2()1()CuCAj ()arctg2C 1u2uRC2、RC高通电路（高

6、通滤波电路）幅频特性相频特性第10页/共40页0 uAC 110.707幅频特性 21()uuUAjAjU & & &2()1()CuCAj ( )arctg2C 1u2uRC幅频特性相频特性0() 2 4 1相频特性C 第11页/共40页2）当 时 表明在该频率下输出电压是最大 值的 0.707倍，定义 C为RC高通滤波电路的截止频率。C 0.707uA 3） 故 C C又称为半功率点。012CPP 1）在相位上 超前 故RC高通网络又称为超前网络。2U& &1U& &0C规定通频带0 uAC 110.707幅频特性0() 2 4 1相

7、频特性C 第12页/共40页 12. 2 串联谐振电路12. 2. 1 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现象及谐振频率( )su tLRLC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现象。谐振是正弦稳态电路在特定条件下所产生的一种物理现象。R、L、C串联电路，在正弦稳态下当电路端口电压、电流同相时，称电路发生了串联谐振。R,L,C串联电路ius电感线圈电容器实际串联谐振回路信号源SR( )su t串联谐振回路的电路模型LRLCCR(1) 谐振的定义：第13页/共40页(2) 谐振条件及谐振频率( )su tRLC 串联谐振回路( )i tSU&

8、 &j L 1jC I& &S ()()RIH jY jEU& 111()()YjYjZ jRjLC ()SIY jU & & & 221 11 arctanYjRLCLCR 串联谐振电路的网络函数第14页/共40页0 Y(j） 1/R导纳的幅频特性1LC0() 2 导纳的相频特性 2 1LC 2211 , arctan1YjLCRRLC 01SIjUR & 谐振条件10LC 01YjR 谐振频率01LC谐振频率由回路参数本身确定第15页/共40页2 2、串联谐振回路的参数(1) 谐振频率01LC (2) 特性阻抗 001LLCC

9、 (3)回路的品质因数Q0011LLQRRCRRC 一次参数：元件值，如 R、L、C二次参数：由元件值约束的参数，如 0 0( )su tRLC 串联谐振回路( )i t第16页/共40页 11sYjRjYjLCIU &SU&Rj L1j C 串联谐振回路的相量模型I&3、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 &0000SRLCRUUUUU &a

10、mp; & & & & &导纳最大 (即阻抗最小)且为纯实数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第17页/共40页(4) 谐振时的能量特性0200RWI RT 000222000( )( )( )11 ( )( )22xLCLCWtWtWtLitCutLI02000ssWU I TI RT 信号源仅提供电阻所消耗的能量。( )su tRLC 串联谐振回

11、路( )i t电阻在一周内消耗的能量信号源在一周内提供的能量任意时刻回路的总储能为常数，磁场能与电场能相互交换。第18页/共40页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)谐振回路品质因数Q的物理意义2m22/ 2LLLLIQTI RRL 001LQRCR 电感线圈的品质因数QL2LQ 电感线圈的最大储能线圈在一周内的损耗电容器的品质因数QCC2cm22/ 2/CCCUQTURCR C2Q 电容器的最大储能电容器在一周内的损耗SR( )su tLRLCCR第19页/共40页例1：图所示电路，调节电容

12、使电路达到谐振，已知 6000200 H, 100, 10 2cos mv=5 10/ sCLLQuttrad sCIRUU 求求、 、 、 su tRLC 串联谐振回路 i t200001 200PF,1100 110 1mA 1VsCLsQQQCLLRCLRCUIRUUU Q Q 第20页/共40页调谐的方法此法多用在仪器上(1) 固定L L和C，调节信号源的频率使0ff 信信用在电视机、收音机等的选频回路上。(2)(2)信号源的频率f f 固定, ,调L L或C使0ff 信信( )su tRLC 串联谐振回路( )i t第21页/共40页12.2.2 12.2.2 串联谐振回路的频率特性

13、及选择性一）串联谐振回路的频率特性谐振回路为传输信号的通道无线电信号都占有一定的频带ff0f2f1Hj 频率特性主要研究串联谐振回路中电流 I 及动态元件上的电压 U 随失谐(即频率变化)大小而变化的特性。当f f = f f0 时发生谐振当 f f f f0 时失谐SU&Rj L1j C 串联谐振回路的相量模型I& = 1SSUIYjURjLC & &C1,CLUjLIUIj 第22页/共40页串联谐振电路在失谐状态下的电路特性 11sYjRjYjLCIU &SU&Rj L1j C 串联谐振回路的相量模型I&当 f f = f f0 时

14、发生谐振f f f f0 时失谐 01YjR /2 /2 ( )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第23页/共40页R 串联谐振回路的相量模型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电流超前电压的角度(即导纳角）第24页/共40页2 2Q3=

15、100Q2=50Q1=2010 () 相频曲线Q2=50Q3=100Q1=2010 0I I谐振曲线1Q越大谐振曲线越尖锐Q越大相频曲线越陡峭，谐振频率附近，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第25页/共40页12.2.2 12.2.2 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ff0f2f1Hj 频率特性主要研究串联谐振回路中电流 I 及动态元件上的电压 U 随失谐(即频率变化)大小而变化的特性。当f f = f f0

16、时发生谐振当 f f f f0 时失谐SU&Rj L1j C 串联谐振回路的相量模型I& = 1SSUIYjURjLC & &C1,CLUjLIUIj 第26页/共40页串联谐振电路在失谐状态下的电路特性 11sYjRjYjLCIU &SU&Rj L1j C 串联谐振回路的相量模型I&当 f f = f f0 时发生谐振f f f f0 时失谐 01YjR /2 /2 ( )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第27页/共40页R 串联谐振回路的相量

17、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电流超前电压的角度(即导纳角）第28页/共40页2 2Q3=100Q2=50Q1=2010 () 相频曲线Q2=50Q3=100Q1=2010 0I I谐振曲线1Q越大谐振曲线越尖锐Q越大相频曲线越陡峭，谐振频率附近，相频特性曲线近似为直线。022000011()()arctan ()II

18、QjQ 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第29页/共40页二) )串联谐振回路的选择性 谐振回路选出所需要的信号而抑制不需要信号的能力称为谐振回路的选择性。Q对选择性影响很大，Q越大谐振曲线越尖锐，其选择性越强（但不一定越大越好）。无线电信号都占有一定的频带ff0f2f1 H j Q2=50Q3=100Q1=2010 0I I谐振曲线1第30页/共40页12.2.3 12.2.3 串联谐振回路的通频带一）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 0

19、I I第31页/共40页00()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RBWL 0.7071c 2c 1 0 0I I第32页/共40页0.7070.707三）Q与选择性的关系 Q对选择性影响很大，Q越大谐振曲线越尖锐，其选择性越好（但实际中并非Q值越高越好）。100IIQ2=50Q3=100Q1=20谐振曲线1实际电路要兼顾选择性与通频带第33页/共40页12. 2. 4 电压传输函数1）输出电压取自电容RSU& &j L 1j C I& &CU& &022001()CuCSUQAUQ 0 uCA ，令令2）输出电压取自电感RSU& &j L 1j C 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）第34页/共40页0CmLmcm | Au |C和| Au |L的频率特性0| Au |CLm | Au |L02112LmQ 02112CmQ022001()CuCSUQAUQ 022001()LuLSU