第9章电路的频率特性

1、第9章电路的频率特性当电路中包含储能元件时，由于容抗当电路中包含储能元件时，由于容抗和感抗都是频率的函数，因此不同频率的和感抗都是频率的函数，因此不同频率的正弦信号作用于电路时，即使其振幅和初正弦信号作用于电路时，即使其振幅和初相相同，响应的振幅和初相都将随之而变。相相同，响应的振幅和初相都将随之而变。电路响应随激励频率而变的特性称为电路电路响应随激励频率而变的特性称为电路的频率特性或频率响应。的频率特性或频率响应。 图9-1网络函数的6种不同形式 由由RC元件按各种方式组成的电元件按各种方式组成的电路能起到选频或滤波的作用。在通信路能起到选频或滤波的作用。在通信与无线电技术中得到广泛的应用。

2、下与无线电技术中得到广泛的应用。下面讨论简单的面讨论简单的RC低通、高通、带通、低通、高通、带通、带阻及全通网络的频率特性。带阻及全通网络的频率特性。RC低通网络被广泛应用于电子设备低通网络被广泛应用于电子设备的整流电路中，以滤除整流后电源电压中的整流电路中，以滤除整流后电源电压中的交流分量；或用于检波电路中以滤除检的交流分量；或用于检波电路中以滤除检波后的高频分量，所以该电路又称为波后的高频分量，所以该电路又称为RC低通滤波网络。低通滤波网络。 显然，此显然，此RC电路为一阶高通网络。电路为一阶高通网络。C为截止频率或半功率点频率。为截止频率或半功率点频率。C的频率范围为通频带；的频率范围为

3、通频带；0C的频率范的频率范围为阻带。这一电路常用作电子电路放围为阻带。这一电路常用作电子电路放大器级间的大器级间的RC耦合电路。耦合电路。由由RC元件与有源器件组成的滤波网元件与有源器件组成的滤波网络称为有源滤波器。有源滤波器可以十分络称为有源滤波器。有源滤波器可以十分容易地用运算放大器和电阻、电容元件来容易地用运算放大器和电阻、电容元件来实现。实现。有源滤波器不仅质量高，而且尺寸很有源滤波器不仅质量高，而且尺寸很小，很容易采用微电子技术来实现。小，很容易采用微电子技术来实现。有源滤波器可以实现各种特性的滤波有源滤波器可以实现各种特性的滤波网络。网络。 前述前述RC选频网络的选频网络的“通带

4、通带”与与“阻阻带带”不明显，选择性都比较差。在通信与不明显，选择性都比较差。在通信与无线电技术中，常要求电路具有高频窄带无线电技术中，常要求电路具有高频窄带的带通选频特性。谐振电路具有这种选频的带通选频特性。谐振电路具有这种选频特性。最基本的有特性。最基本的有RLC串联和并联谐振电串联和并联谐振电路，本节讨论路，本节讨论RLC串联谐振电路，下节讨串联谐振电路，下节讨论论GCL并联谐振电路。并联谐振电路。 谐振时电感或电容上的电压可达激励谐振时电感或电容上的电压可达激励电压的几十到几百倍，所以串联谐振又称电压的几十到几百倍，所以串联谐振又称电压谐振。电压谐振。 串联谐振电路在无线电技术中的典型

5、串联谐振电路在无线电技术中的典型应用是作为接收机的输入回路。应用是作为接收机的输入回路。 由谐振曲线可知，串联谐振电路具有由谐振曲线可知，串联谐振电路具有带通滤波器的特性，谐振电路所具有的选带通滤波器的特性，谐振电路所具有的选出所需信号而同时抑制不需要信号的能力出所需信号而同时抑制不需要信号的能力称为电路的选择性。显然，电路称为电路的选择性。显然，电路Q值越高，值越高，谐振曲线越尖锐，电路对偏离谐振频率的谐振曲线越尖锐，电路对偏离谐振频率的信号的抑制能力越强，电路的选择性越好。信号的抑制能力越强，电路的选择性越好。相反，相反，R越大，则越大，则Q值越低，选择性越差。值越低，选择性越差。因此，串

6、联谐振电路应在小内阻电源条件因此，串联谐振电路应在小内阻电源条件下工作。下工作。 实际信号往往不是单一的正弦信号。实际信号往往不是单一的正弦信号。例如广播电台的信号占有一定的频带，选例如广播电台的信号占有一定的频带，选择某个电台信号的谐振电路应同时具备两择某个电台信号的谐振电路应同时具备两个功能，一方面从减小信号失真的观点出个功能，一方面从减小信号失真的观点出发，要求回路通频带范围内特性曲线尽可发，要求回路通频带范围内特性曲线尽可能平坦些，以便使信号通过回路后各频率能平坦些，以便使信号通过回路后各频率分量的幅度相对值变化不大，为此希望回分量的幅度相对值变化不大，为此希望回路的路的Q值低些较好；

7、值低些较好；另一方面从抑制邻近电台信号的观点另一方面从抑制邻近电台信号的观点出发，要求回路对阻止的信号各频率成分出发，要求回路对阻止的信号各频率成分都提供足够大的衰减，为此希望回路的都提供足够大的衰减，为此希望回路的Q值越高越好。在实际选择回路值越高越好。在实际选择回路Q值时需要值时需要兼顾这两方面的要求。兼顾这两方面的要求。串联谐振电路适用于信号源内阻串联谐振电路适用于信号源内阻较小的情况。当信号源内阻很大时，较小的情况。当信号源内阻很大时，串联谐振电路的品质因数将很低，电串联谐振电路的品质因数将很低，电路的谐振特性将变坏，这时宜采用并路的谐振特性将变坏，这时宜采用并联谐振电路。联谐振电路。

8、图图9-16所示所示GCL并联谐振电路，并联谐振电路，它与前述它与前述RLC串联谐振电路相对偶。串联谐振电路相对偶。因此两电路的全部表现也完全对偶。因此两电路的全部表现也完全对偶。 图9-16GCL并联谐振电路 实际的并联谐振电路由电感线圈和电实际的并联谐振电路由电感线圈和电容器并联组成。其中电容损耗极小而忽略容器并联组成。其中电容损耗极小而忽略不计，不计，r为线圈的损耗电阻，其电路模型为线圈的损耗电阻，其电路模型如图如图9-19(a)所示。所示。 图9-19 实际并联谐振电路 作为前述串、并联谐振电路的推广，作为前述串、并联谐振电路的推广，当由多个电抗元件组成谐振电路时，一般当由多个电抗元件

9、组成谐振电路时，一般来讲，策动点阻抗虚部为零时，电路发生来讲，策动点阻抗虚部为零时，电路发生串联谐振；策动点导纳虚部为零时，电路串联谐振；策动点导纳虚部为零时，电路发生并联谐振。相应的频率分别称为串联发生并联谐振。相应的频率分别称为串联谐振频率和并联谐振频率。其中的特殊情谐振频率和并联谐振频率。其中的特殊情况是当电路中全部电抗元件组成纯电抗局况是当电路中全部电抗元件组成纯电抗局部电路部电路(支路支路)，且局部电路的阻抗为零时，且局部电路的阻抗为零时，该局部电路发生串联谐振；局部电路的导该局部电路发生串联谐振；局部电路的导纳为零时，该局部电路发生并联谐振。纳为零时，该局部电路发生并联谐振。 前述

10、串、并联谐振电路并未涉及电源前述串、并联谐振电路并未涉及电源内阻和负载，通常称为空载情况。而把考内阻和负载，通常称为空载情况。而把考虑电源内阻和负载时的情况统称为加载情虑电源内阻和负载时的情况统称为加载情况。下面以并联谐振电路为例讨论加载对况。下面以并联谐振电路为例讨论加载对回路特性的影响以及产生的一些变形电路。回路特性的影响以及产生的一些变形电路。考虑图考虑图9-24(a)的加载并联谐振电路。的加载并联谐振电路。为了方便，实际并联谐振电路已等效为为了方便，实际并联谐振电路已等效为GCL并联谐振电路，并假设电源内阻和负并联谐振电路，并假设电源内阻和负载皆为纯电阻。最后得到其等效电路如图载皆为纯电阻。最后得到其等效电路如图9-24(b)所示。所示。 图9-24 加载并联回路 必须指出