正弦交流电路频率响应及谐振ppt课件

1、第十章第十章 正弦交流电路的正弦交流电路的频率呼应及谐振频率呼应及谐振第十章第十章 正弦交流电路的频正弦交流电路的频率呼应及谐振率呼应及谐振 10.1 频率呼应的概念频率呼应的概念10.2 RC电路的频率呼应电路的频率呼应10.3 正弦交流电路的串联谐振正弦交流电路的串联谐振10.4 正弦交流电路的并联谐振正弦交流电路的并联谐振 10-1 网络的频率特性网络的频率特性概念：网络的频率特性是研讨正弦交流电路中概念：网络的频率特性是研讨正弦交流电路中电压、电流随频率变化的关系即频域电压、电流随频率变化的关系即频域分析。分析。 iUoU网网 络络iOUUT)j（传送函数：传送函数：电路的频率呼应，是

2、电路指定输入与输出的频率特性，频率呼应的研讨是经过正弦交流电路的网络函数来进展的。网络函数网络函数定义：在正弦稳态条件下，呼应相量与鼓励相量之比。 1 1、谋划点函数、谋划点函数 呼应与鼓励都属同一端口， 1谋划点阻抗 Z0= U/I2谋划点导纳 Y0= I/UUIIU/UI/UI2 2、转移函数、转移函数 呼应和鼓励不在同一端口呼应和鼓励不在同一端口 1转移电压比 AU=12UU 2转移电流比 Ai= 3转移阻抗 ZT= 4转移导纳 YT=12II12IU12UI12UU12II12IU12UI 我们用N(j)来泛指各类函数，普通情况下N(j)是一个复数，可表示为： N(j)= N(j)()

3、 式中N(j)是网络函数的模，等于呼应幅值与鼓励幅值之比，是的函数幅频特性 ()是N(j)的辐角，等于呼应与鼓励的相位差，是的函数相频特性一、一、RC低通电路低通电路网络的传送函数：网络的传送函数：ioUUTjOUiURC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。 10-2 RC电路的频率呼应电路的频率呼应 TCRRCRCCRCUUTio12tan11j11j1j1jOUiURC低通滤波器的传送函数低通滤波器的传送函数 TRCRCT12tan11j - 幅频特性：输出与输入有效值幅频特性：输出与输入有效值 之比与频率的关系。之比与频率的关系。 T其中：其中：

4、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。- 9045相频特性相频特性RC1tan）（幅频特性幅频特性211RCT）（低通滤波器的频率特性低通滤波器的频率特性1 RC1021 T000 ：带宽：带宽0：截止频率：截止频率分贝数定义：分贝数定义：ioioPPUUlg10lg20dB半功率点：半功率点：当当 时，时，21ioUU21ioPPdB321lg20lg20ioUU0幅频特性上幅频特性上时，叫时，叫 3 分贝点或半功率点。分贝点或半功率点。1RC1021 T三分三分贝点贝点OUiURC二、二、RC高通电路高通电路滤掉输入信号的低频成分，经过高频成分。滤

5、掉输入信号的低频成分，经过高频成分。高通滤波器的传送函数高通滤波器的传送函数CRCRCRRUUTioj1jj1j高通滤波器的频率特性高通滤波器的频率特性CRCRCRRUUTioj1jj1j幅频特性幅频特性21RCCRT）（相频特性相频特性RC1tan90）（1RC1021 T 9045三、三、RC 串并联网络串并联网络iUoURRCXjCXjiuouRCRCcccXRXRCRZXRCRZj)j()(j)(21并联串联令：令：ioUZZZU212那么：那么：iOUZZZU212icccccOUXRXRXRXRXRUj)j()j(j)j(iUCRCR)1( j31iOUCRCRU)1( j3122

6、)1(31)j (CRCRT幅频特性幅频特性)j(TRC1031 含有电感和电容的电路，假设无功功率得到完全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补偿，使电路的功率因数等于1，即：，即：u、 i 同相，同相，便称此电路处于谐振形状。便称此电路处于谐振形状。谐振谐振串联谐振：串联谐振：L L 与与 C C 串联时串联时 u u、i i 同相同相并联谐振：并联谐振：L L 与与 C C 并联时并联时 u u、i i 同相同相 谐振电路在无线电工程、电子丈量技术等许多电路中运谐振电路在无线电工程、电子丈量技术等许多电路中运用非常广泛。用非常广泛。谐振概念：谐振概念：10

7、.3 正弦交流电路的串联谐振正弦交流电路的串联谐振RXXXXRZXXRZCLCLCL122tanj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IU、 同相同相假设令：假设令：CLXX 0那么：那么：谐振谐振CLXX 串联谐振的条件是：串联谐振的条件是：fCCXfLLXCL211 2谐振频率：谐振频率： ofCL001CLXX LC10LCf210串联谐振的特点串联谐振的特点RXXRZZCL22minCLXX 0tan1RXXCLU、I 同相同相 RXXCL 当当时时RIUXIUXIUCCLL000 当电源电压一定时：当电源电压一定时：RUIIImax0UC 、UL

8、将大将大于于电源电压电源电压U注：串联谐振也被称为电压谐振注：串联谐振也被称为电压谐振当当 时，时，RXRXCL 、UUUCLRUI 0谐振时：谐振时：URXXRUXIUURXXRUXIUCCCCLLLL00LUCUIUURCLXX、质量要素质量要素 Q Q 值值 定义：电路处于串联谐振时，电感或电容上的定义：电路处于串联谐振时，电感或电容上的电压和总电压之比。电压和总电压之比。UCRURXUURLURXUCCLL001谐振时谐振时:RCRLUUUUQCL001在谐振形状下在谐振形状下, ,假设假设 RXLRXL、RXC RXC ，Q Q 那么表达那么表达了电容或电感上电压比电源电压高出的倍数

9、。了电容或电感上电压比电源电压高出的倍数。串联谐振特性曲线串联谐振特性曲线0I0f20I1f2ffIRUI 0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1221fffff通频带通频带关于谐振曲线的讨论关于谐振曲线的讨论(a) 不变，不变，00I变化。变化。(c) 不变，不变， f变化。变化。00I不变，不变，00II(b) 不变，不变， 变化。变化。00I01020II00II分以下三种情况：分以下三种情况： 谐振曲线讨论之一谐振曲线讨论之一结论：结论：R的变化引起的变化引起 变化变化 R愈大愈大 愈小选择性差愈小选择性差 R愈小愈小 愈大选择性好愈

10、大选择性好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LC10RUI 0R改动改动0I改动改动20I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 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 谐振曲线讨论之二谐振曲线讨论之二01020II不变，不变， 变化。变化。00I 谐振曲线讨论之三谐振曲线讨论之三结论：结论：Q愈大，带宽愈小，曲线愈锋利。愈大，带宽愈小，曲线愈锋利。 Q愈小，带宽愈大，曲线愈平坦。愈小，带宽愈大

11、，曲线愈平坦。QfLRf02分析：分析：0I不变，不变， 不变不变0LC、R 不变，不变，f12如何改动如何改动或或？可以可以证明：证明：可见可见 与与 Q 相关。相关。f不变，不变， f变化。变化。0I0不变，不变，00II20I串联谐振时的阻抗特性串联谐振时的阻抗特性0R感性感性022)( jCLCLXXRXXRZZLC1容性容性0串联谐振运用举例串联谐振运用举例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 ：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1L2L3LC 组成谐振电路组成谐振电路 ，选出所需的电台。，选出所需的

12、电台。C - 2L321 eee、 为来自为来自3个不同电台不同频率个不同电台不同频率的电动势信号；的电动势信号；C2L2LR1e2e3e知：知：20 H25022LRL、kHz8201fC2L2LR1e2e3e解：解：CLf21212221LfCpF150102501082021623C假设要收听假设要收听 节目，节目，C 应配多大？应配多大？1e问题一：问题一：结论：当结论：当 C 调到调到 150 pF 时，可收听到时，可收听到 的节目。的节目。1e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 上上 产生的电压是多少？产生的电压是多少？V10

13、1E 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64倍。倍。C2L2LR1e2e3e10.4 正弦交流电路的并联谐振正弦交流电路的并联谐振当当 时时 领先于领先于 (容性容性)CLII IUUILICI谐振谐振当当 时时 CLII 0ILIUCI理想情况：纯电感和纯电容理想情况：纯电感和纯电容 并联。并联。 当当 时时 落后于落后于 (感性感性)CLII IUCIULIIIULICICLXUXUCL001LC10LCf210或或LIUCICLII 理想情

14、况下并联谐振条件理想情况下并联谐振条件IULICICCLRLXUIXRUIjjURLICIICRLIII非理想情况下的并联谐振非理想情况下的并联谐振UIRLICIUI、同相时那么谐振同相时那么谐振UCLRLLRRUCLRI2222jjj1虚部虚部实部实部那么那么 、 同相同相 IU虚部虚部=0。谐振条件：谐振条件：UIRLICICRLIII一、非理想情况下并联谐振条件一、非理想情况下并联谐振条件002020CLRL由上式虚部由上式虚部并联谐振频率并联谐振频率UIRLICI2220111RLCLCLRLC得：得：LC10LCf210或或02RLC当当 时时 并联谐振的特点并联谐振的特点 I同相。

15、同相。U、 电路的总阻抗最大。电路的总阻抗最大。 定性分析定性分析:IULICIZULICI理想情况下理想情况下谐振时：谐振时：max0ZZI总阻抗：总阻抗：RCLZZmax0UCLRLLRRI2222j得：得：IRCLU2201LRLC代入代入并联谐振电路总阻抗的大小并联谐振电路总阻抗的大小UIRLICI谐振时虚部为零谐振时虚部为零,即即:ULRRI22什么性质什么性质?并联谐振并联谐振电路总阻抗：电路总阻抗：RCLZZmax00Z0R当当时时UU所以，纯电感和纯电容并联谐振时，相当于断路。所以，纯电感和纯电容并联谐振时，相当于断路。 minIZUIO外加电压一定时，外加电压一定时，总电流最小。总电流最小。IULICIZOUSImaxZZOOSOZIUUmax外加电流为恒定电流外加电流为恒定电流 时，时，输出电压最大。输出电压最大。）（