電路的頻率響應(yīng)-修改.ppt

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第11章電路的頻率響應(yīng),11.1網(wǎng)絡(luò)函數(shù),11.2RLC串聯(lián)電路的諧振,11.3RLC并聯(lián)電路的諧振,11.1網(wǎng)絡(luò)函數(shù),當(dāng)電路中激勵(lì)源的頻率變化時(shí)，電路中的感抗、容抗將跟隨頻率變化，從而導(dǎo)致電路的工作狀態(tài)亦跟隨頻率變化。因此，分析研究電路和系統(tǒng)的頻率特性就顯得格外重要。,,頻率特性,,電路和系統(tǒng)的工作狀態(tài)跟隨頻率而變化的現(xiàn)象，稱為電路和系統(tǒng)的頻率特性，又稱頻率響應(yīng)。,1.網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H（jω）的定義,在線性正弦穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)只有一個(gè)獨(dú)立激勵(lì)源作用時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中某一處的響應(yīng)（電壓或電流）與網(wǎng)絡(luò)輸入之比，稱為該響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。,2.網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H(jω)的物理意義,驅(qū)動(dòng)點(diǎn)函數(shù),驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗,驅(qū)動(dòng)點(diǎn)導(dǎo)納,激勵(lì)是電流源，響應(yīng)是電壓,激勵(lì)是電壓源，響應(yīng)是電流,,,轉(zhuǎn)移函數(shù)(傳遞函數(shù)),轉(zhuǎn)移導(dǎo)納,轉(zhuǎn)移阻抗,轉(zhuǎn)移電壓比,轉(zhuǎn)移電流比,激勵(lì)是電壓源,激勵(lì)是電流源,注意,?H(j?)與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)值有關(guān)，與輸入、輸出變量的類型以及端口對的相互位置有關(guān)，與輸入、輸出幅值無關(guān)。因此網(wǎng)絡(luò)函數(shù)是網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)的一種體現(xiàn)。,?H(j?)是一個(gè)復(fù)數(shù)，它的頻率特性分為兩個(gè)部分：,模與頻率的關(guān)系,幅頻特性,,幅角與頻率的關(guān)系,相頻特性,,?網(wǎng)絡(luò)函數(shù)可以用相量法中任一分析求解方法獲得。,在同時(shí)含有L和C的交流電路中，如果總電壓和總電流同相，稱電路處于諧振狀態(tài)。此時(shí)電路與電源之間不再有能量的交換，電路呈電阻性。,研究諧振的目的，就是一方面在生產(chǎn)上充分利用諧振的特點(diǎn)，(如在無線電工程、電子測量技術(shù)等許多電路中應(yīng)用)。另一方面又要預(yù)防它所產(chǎn)生的危害。,諧振的概念：,11.2正弦電流電路的串聯(lián)諧振,或：,即,諧振條件：,諧振時(shí)的角頻率,一.產(chǎn)生諧振的條件,二.諧振頻率,根據(jù)諧振條件：,或：,可得諧振頻率為：,三.電路發(fā)生諧振的方法,1.電源頻率f一定，調(diào)參數(shù)L、C使fo=f；,2.電路參數(shù)LC一定，調(diào)電源頻率f，使f=fo,四.串聯(lián)諧振特征,諧振時(shí),1）Z=R，具有電阻效應(yīng),阻抗的模最小,2）電抗：X=XL+XC=0,即,,特性阻抗（Ω）,2電流,1）,電流最大,2）,同相,3）電工技術(shù)中,,品質(zhì)因數(shù)（無單位）,表征諧振電路的性能,3電壓,1）電阻電壓：,大小相等、相位相差180?,2）電感電壓：,3）電容電壓：,,所以，串聯(lián)諧振又稱為電壓諧振,UC、UL將大于電源電壓U,當(dāng)時(shí)：,有：,如Q=100,U=220V,則在諧振時(shí),所以電力系統(tǒng)應(yīng)避免發(fā)生串聯(lián)諧振。,,4相量圖,5能量關(guān)系,1）轉(zhuǎn)換關(guān)系,有功功率達(dá)到最大。,電路的有功功率為,則諧振時(shí)，電路不從外部吸收無功功率，但電路內(nèi)部的電感與電容之間周期性地進(jìn)行磁場能量與電場能量的交換。,而此時(shí)，,2）電磁總能量,電容和電感上的總能量為,諧振時(shí),設(shè),則,常數(shù),電感和電容的能量按正弦規(guī)律變化，最大值相等；它們的總和是常量，不隨時(shí)間變化，正好等于最大值。,五.電路的頻率特性和諧振曲線,1.阻抗的頻率特性,（1）特性關(guān)系式,,（2）特性曲線,,,,,容性,感性,,阻抗相頻特性,阻抗幅頻特性,2.電流的頻率特性,（1）特性關(guān)系式,（2）電流諧振曲線,,從電流諧振曲線看到，諧振時(shí)電流達(dá)到最大，當(dāng)w偏離w0時(shí)，電流從最大值I0降下來。換句話說，串聯(lián)諧振電路對不同頻率的信號有不同的響應(yīng)，對諧振信號最突出(表現(xiàn)為電流最大)，而對遠(yuǎn)離諧振頻率的信號加以抑制(電流小)。這種對不同輸入信號的選擇能力稱為“選擇性”。,（3）選擇性與通用諧振曲線,a.選擇性,為了方便與不同諧振回路之間進(jìn)行比較，把電流諧振曲線的橫、縱坐標(biāo)分別除以w0和I(w0)，即,b.通用諧振曲線,Q越大，諧振曲線越尖。當(dāng)稍微偏離諧振點(diǎn)時(shí)，曲線就急劇下降，電路對非諧振頻率下的電流具有較強(qiáng)的抑制能力，所以選擇性好。,Q=10,Q=1,Q=0.5,,,,通用諧振曲線：,因此，Q是反映諧振電路性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。,稱為通頻帶BW,I/I0=0.707以分貝(dB)表示：,20log10I/I0=20lg0.707=–3dB。,所以，?1、?2稱為3分貝頻率。,在處作一水平線，與每一諧振曲線交于兩點(diǎn)，對應(yīng)橫坐標(biāo)分別為和。,3.電壓的頻率特性,（1）特性關(guān)系式,①時(shí),②時(shí),L短路，C斷路，,③時(shí),L斷路，C短路，,當(dāng)時(shí)，UL和UC出現(xiàn)峰值：,當(dāng)時(shí)，,當(dāng)時(shí)，,Q越大，曲線越陡，η1、η2越向1靠近。,一.簡單的RLC并聯(lián)諧振電路,11.3正弦電流電路并聯(lián)諧振,1.定義:當(dāng)端口電壓與輸入的端口電流同相時(shí)，稱電路發(fā)生了諧振。由于發(fā)生在并聯(lián)電路中，所以稱為并聯(lián)諧振。,2.發(fā)生并聯(lián)諧振的條件:,諧振頻率(固有頻率),,3.RLC并聯(lián)電路發(fā)生諧振時(shí)的特點(diǎn):,b.等效導(dǎo)納Y為純電導(dǎo)，即Y=G；電路中導(dǎo)納模|Y|最小。,此時(shí)電路中阻抗模|Z|最大。,其中Q稱為并聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù),若Q>>1，則諧振時(shí)在電感和電容中會(huì)出現(xiàn)過電流，但從L、C兩端看進(jìn)去的等效導(dǎo)納等于零，即等效阻抗為無限大，相當(dāng)于開路。,,相量圖,,,,表明諧振時(shí)，電感的磁場能量與電容的電場能量相互交換。,電容和電感上的總能量為,上式表明，電感和電容的能量按正弦規(guī)律變化，最大值相等；它們的總和是常量，不隨時(shí)間變化，正好等于最大值。,二.實(shí)際電感線圈與電容并聯(lián)的諧振電路,上面討論的電流諧振現(xiàn)象實(shí)際上是不可能得到的，因?yàn)殡姼芯€圈總是存在電阻的，于是電路就變成了混聯(lián)，諧振現(xiàn)象也就較為復(fù)雜。,可求得,由電路參數(shù)來決定,1.諧振條件,上式表明，此電路發(fā)生并聯(lián)諧振是有條件的，參數(shù)不合適可能不會(huì)發(fā)生諧振。,2.諧振頻率,ω0為實(shí)數(shù)，電路能發(fā)生諧振。,ω0為虛數(shù)，電路不能發(fā)生諧振。,3.諧振特點(diǎn),只有當(dāng)時(shí)，其諧振特點(diǎn)才與簡單RLC并聯(lián)電路的接近。,（1）,電阻性質(zhì),（2）,（3）相量圖,,,,,,可見若很大，則諧振時(shí)有過電流出現(xiàn)在電感支路和電容支路。,的無功分量與相抵消。,