第11章电路的频率响应(4h)v5

第11章电路的频率响应网络函数11.1RLC串联电路的谐振11.2RLC串联电路的频率响应11.3RLC并联谐振电路11.4波特图11.5滤波器简介11.6本章重点首页重点1.网络函数2.串、并联谐振的概念；返回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。下页上页频率特性

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（jω）的定义返回11.1网络函数

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(jω)的物理意义驱动点函数线性网络下页上页返回策动点阻抗策动点导纳激励是电流源，响应是电压激励是电压源，响应是电流转移函数(传递函数)线性网络下页上页返回线性网络转移导纳转移阻抗

转移电压比

转移电流比激励是电压源激励是电流源下页上页返回线性网络注意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。下页上页返回例求图示电路的网络函数和2jω+_+_jω2解列网孔方程解电流转移导纳转移电压比下页上页返回以网络函数中jω的最高次方的次数定义网络函数的阶数。注意由网络函数能求得网络在任意正弦输入时的端口正弦响应，即有下页上页返回谐振是正弦电路在特定条件下产生的一种特殊物理现象。谐振现象在无线电和电工技术中得到广泛应用，研究电路中的谐振现象有重要实际意义。

含R、L、C的一端口电路，在特定条件下出现端口电压、电流同相位的现象时，称电路发生了谐振。1.谐振的定义R,L,C电路发生谐振下页上页返回11.2RLC串联电路的谐振2.串联谐振的条件谐振角频率谐振频率谐振条件仅与电路参数有关RjL+_下页上页返回串联电路实现谐振的方式：(1)LC

不变，改变

w(2)电源频率不变，改变

L

或C(常改变C

)。

0由电路参数决定，一个RLC串联电路只有一个对应的0

,当外加电源频率等于谐振频率时，电路发生谐振。3.RLC串联电路谐振时的特点阻抗的频率特性下页上页返回幅频特性相频特性X()|Z()|XL()XC()R0Z()oZ(jω)频响曲线()0o–/2/2下页上页返回Z(jω)频响曲线表明阻抗特性可分三个区域描述：容性区感性区电阻性入端阻抗为纯电阻，即Z=R，阻抗值|Z|最小。电流I

和电阻电压UR达到最大值I0=U/R(U一定)。下页上页返回(2)LC上的电压大小相等，相位相反，串联总电压为零，也称电压谐振，即+++___RjL+_下页上页返回特性阻抗品质因数(串联)当

＝w0L=1/(w0C)>>R

时，Q>>1

UL=UC=QU

>>U(3)谐振时出现过电压下页上页返回例某收音机输入回路L=0.3mH，R=10，为收到中央电台560kHz信号，求：(1)调谐电容C值；(2)如输入电压为1.5V,求谐振电流和此时的电容电压。解+_LCRu下页上页返回(4)谐振时的功率P=UIcos＝UI＝RI02=U2/R，电源向电路输送电阻消耗的功率，电阻功率达最大。

电源不向电路输送无功。电感中的无功与电容中的无功大小相等，互相补偿，彼此进行能量交换。+_PQLCR注意下页上页返回(5)谐振时的能量关系设则电场能量磁场能量电感和电容能量按正弦规律变化，最大值相等

WLm=WCm。L、C的电场能量和磁场能量作周期振荡性的交换，而不与电源进行能量交换。表明

下页上页返回总能量是不随时间变化的常量，且等于最大值。电感、电容储能的总值与品质因数的关系：Q是反映谐振回路中电磁振荡程度的量，Q越大，总能量就越大，维持振荡所消耗的能量愈小，振荡程度越剧烈。则振荡电路的“品质”愈好。一般在要求发生谐振的回路中希望尽可能提高Q值。下页上页返回例一接收器的电路参数为：U=10V

w=5103rad/s,调C使电路中的电流最大，Imax=200mA，测得电容电压为600V，求R、L、C及Q。解+_LCRuV下页上页返回第21讲结束习题：11-1、11-2

20131121半期测查！

研究物理量与频率关系的图形（谐振曲线）可以加深对谐振现象的认识。(1)的频率响应为比较不同谐振回路，令下页上页返回11.3RLC串联电路的频率响应RjL+_幅频特性相频特性Q=10Q=1Q=0.51o下页上页返回在谐振点响应出现峰值，当

偏离0时，输出下降。即串联谐振电路对不同频率信号有不同的响应，对谐振信号最突出(响应最大)，而对远离谐振频率的信号具有抑制能力。这种对不同输入信号的选择能力称为“选择性”。谐振电路具有选择性

表明谐振电路的选择性与Q成正比

Q越大，谐振曲线越陡。电路对非谐振频率的信号具有强的抑制能力，所以选择性好。因此Q是反映谐振电路性质的一个重要指标。下页上页返回Q=10Q=1Q=0.51o谐振电路的有效工作频段

半功率点声学研究表明，如信号功率不低于原有最大值一半，人的听觉辨别不出。1210.707Q=10Q=1Q=0.5o半功率点下页上页返回

通频带BW规定了谐振电路允许通过信号的频率范围。是比较和设计谐振电路的指标。通频带可以证明：HdB=20log10[UR（j）/US（j1）]=20lg0.707=–3dB定义：3分贝频率下页上页返回Q=1o1210.707例1

一接收器的电路参数为：L=250mH,R=20W,

U1=U2=U3=10mV,当电容调至C=150pF时谐振

w0=5.5106rad/s,f0=820kHzf(kHz)北京台中央台北京经济台L8206401026X-1290–1660-10340–660577129010001611UR0=10UR1=0.304UR2=0.346UR=UR/|Z|+_+_+LCRu1u2u3_下页上页返回∴收到北京台820kHz的节目。8206401200UR(f

)f(kHz)o下页上页返回f(kHz)北京台中央台北京经济台L8206401026X-1290–1660-10340–660577129010001611UR0=10UR1=0.304UR2=0.346UR=UR/|Z|例2

一信号源与R、L、C电路串联，要求

f0=104Hz，△f=100Hz，R=15，请求该电路参数。解+_LCRu10下页上页返回(2)以UL(w

)与UC(w

)为输出的H(ω

)频率特性下页上页返回RjL+_HL(

)与HC(

)的极值点：令下页上页返回1C2L2oUL/UUC/U1UL/UUC/U=C2，UC()获最大值；=L2，UL()获最大值。且UC(C2)=UL(L2)。Q越高，L2和C2

越靠近=1，同时峰值增高。注意

为低通函数，为高通函数；下页上页返回1.G、C、L

并联电路谐振角频率|Y|ww0oG谐振特点：电压电流同相，入端导纳为纯电导，导纳值|Y|最小，端电压达最大。下页上页+_GCL返回11.4RLC并联谐振电路0oU()IS/G

LC上的电流大小相等，相位相反，并联总电流为零，也称电流谐振下页上页返回+_GCL④谐振时的功率⑤谐振时的能量品质因数(并联)下页上页返回IL(w0)

=IC(w0)

=QIS③谐振时出现过电流+_GCL2.电感线圈与电容器的并联谐振

实际的电感线圈总是存在电阻，因此当电感线圈与电容器并联时，电路如图：CLR（1）谐振条件下页上页返回电路发生谐振是有条件的，参数一定时，满足：注意

一般线圈电阻R<<L，则等效导纳为：谐振角频率下页上页返回等效电路CLGe品质因数线圈的品质因数（2）谐振特点电路发生谐振时，输入阻抗很大；下页上页返回电流一定时，端电压较高支路电流是总电流的Q倍，设R<<L下页上页返回例1如图R=10的线圈其QL=100，与电容接成并联谐振电路，如再并联上一个100k的电阻，求电路的Q.解等效电路CLR100kReCL100k下页上页返回例2

如图RS=50k，US=100V，0=106，Q=100，谐振时线圈获取最大功率，求L、C、R及谐振时I0、U和P。解CLR50k－＋－＋uSi0u下页上页返回*补、串并联电路的谐振(选讲)1、由纯电感和纯电容所构成的串联电路2、由纯电感和纯电容所构成的并联电路LCLC发生串联谐振(Z=0)，短路发生并联谐振(Z=∞)，开路3、由纯电感和纯电容所构成的串并联电路(a)(b)L1L3C2L1C2C3上述电路既可以发生串联谐振(Z=0)，又可以发生并联谐振(Z=)。可通过求入端阻抗来确定串、并联谐振频率。对(b)电路可作类似定性分析。L1、C2并联，在低频时呈感性。在某一角频率w1下可与C3发生串联谐振。w>w1时，随着频率增加，并联部分可由感性变为容性，在某一角频率w2下发生并联谐振。(a)(b)L1L3C2L1C2C3对(a)电路，L1、C2并联，在低频时呈感性。随着频率增加，在某一角频率w1下发生并联谐振。w>w1时，并联部分呈容性，在某一角频率w2下可与L3发生串联谐振。定量分析：(a)L1L3C2可解得：当Y(w)=0，即分母为零，有：可见，w

1<w2。L1L3C2当Z(w)=0，即分子为零，有：(b)分别令分子、分母为零，可得：串联谐振并联谐振L1C2C3阻抗的频率特性：1X()O2Z()=jX()1X()O2(a)(b)L1L3C2L1C2C3并联谐振串联谐振串联谐振并联谐振例1.求谐振角频率0及谐振时的入端阻抗Z(j0).解：CL363.6643发生串联谐振时LC支路可视为短路，故与LC支路并联的电阻被短路例2、电路如图所示。已知：uS(t)=sintV，L1=L2=1H，C1=C2=1F，R=1。求：电压表和电流表的读数(有效值).i解：+uSAVL1C1C2L2RiC2iL2i1V=0A=1A

对电路和系统的频率特性进行分析时，为了直观地观察频率特性随频率变化的趋势和特征，工程上常采用对数坐标来作频响曲线，这种用对数坐标描绘的频率响应图就称为频响波特图。改写网络函数为画出网络函数的波特图。例解下页上页返回11.5波特图对数模(分贝)对数模(单位分贝)幅频波特图下页上页返回相位（单位度）相频波特图下页上页返回

滤波器

工程上根据输出端口对信号频率范围的要求，设计专门的网络，置于输入—输出端口之间，使输出端口所需要的频率分量能够顺利通过，而抑制或削弱不需要的频率分量，这种具有选频功能的中间网络，工程上称为滤波器。

有源滤波器下页上页

利用有源元件运算放大器构成的滤波器称为有源滤波器。返回11.6滤波器简介

滤波电路的传递函数定义滤波电路UiUo

滤波电路分类按所处理信号分模拟和数字滤波器按所用元件分无源和有源滤波器按滤波特性分高通滤波器（HPF）低通滤波器（LPF）带通滤波器（BPF）带阻滤波器（BEF）全通滤波器（APF）下页上页返回01低通01高通01带通201带阻2