電路原理第11章

第十一章

電路的頻率響應(yīng)11.1網(wǎng)絡(luò)函數(shù)11.2RLC串聯(lián)諧振11.3RLC并聯(lián)諧振11.4波特圖11.5濾波器簡介11.1網(wǎng)絡(luò)函數(shù)當電路中激勵源的頻率變化時,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,當只有一個獨立激勵源作用時,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)動點函數(shù)線性網(wǎng)絡(luò)策動點阻抗策動點導(dǎo)納激勵是電流源,響應(yīng)是電壓激勵是電壓源,響應(yīng)是電流線性網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移函數(shù)(傳遞函數(shù))線性網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移導(dǎo)納轉(zhuǎn)移阻抗

轉(zhuǎn)移電壓比

轉(zhuǎn)移電流比激勵是電壓源激勵是電流源線性網(wǎng)絡(luò)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)是一個復(fù)數(shù)，它的頻率特性分為兩個部分: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。例求圖示電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)和2

jω+_+_jω2

解列網(wǎng)孔方程解電流轉(zhuǎn)移導(dǎo)納轉(zhuǎn)移電壓比

以網(wǎng)絡(luò)函數(shù)中jω的最高次方的次數(shù)定義網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的階數(shù)。注意

由網(wǎng)絡(luò)函數(shù)能求得網(wǎng)絡(luò)在任意正弦輸入時的端口正弦響應(yīng),即有11.2RLC串聯(lián)諧振R+-+-+-+-j

L1.串聯(lián)諧振含有電感、電容及電阻的二端正弦穩(wěn)態(tài)電路,在特定的電源角頻率條件下,端口電壓和端口電流同相位,稱為諧振。1）串聯(lián)諧振條件:Im(Z)Re(Z)0R=0

0

0

幅頻特性相頻特性X(

)|Z(

)|XL(

)XC(

)R

0

Z(

)oZ(jω)頻響曲線

(

)

0

o–/2

/2Z(jω)頻響曲線表明阻抗特性可分三個區(qū)域描述:容性區(qū)感性區(qū)電阻性3）品質(zhì)因數(shù)Q定義:RLC串聯(lián)電路在諧振時的電容電壓或電感電壓與外加電壓的大小之比2）諧振時電路的特點（1）阻抗最小,Z=R；電流I、UR最大;（2）（3）無功功率為零,電感與電容完全補償R+-+-+-+-j

LR+-+-+-+-j

L4）諧振曲線工程上關(guān)于頻帶寬度的定義（3db帶寬）0

1

0

1

20.707Q值越大,曲線越尖銳,選頻特性越好。通頻帶：Q增大5)串聯(lián)諧振應(yīng)用舉例假設(shè)u1、u2、u3為來自3個不同電臺（不同頻率）的信號,由L2-C組成的諧振電路可選出需要的電臺信號。收音機接收電路u1u2u3L2RL2CL2-C：組成諧振電路L3：將選擇的信號送到放大電路L1：接收天線L1L2L3C若:解:如果要收聽u1的節(jié)目，應(yīng)使電路在f1時發(fā)生諧振，即:問題：如果要收聽u1的節(jié)目，C應(yīng)調(diào)到多大？u1u2u3L2RL2C1.并聯(lián)諧振LRC+_當時，u和i同相，電路發(fā)生諧振。1）并聯(lián)諧振條件:11.3RLC并聯(lián)諧振3）品質(zhì)因數(shù)Q定義:并聯(lián)電路諧振時流過電容或電感的電流與外加電流大小之比2）諧振時電路特點（1）阻抗最大,Z=L/RC；電壓U最大（3）無功功率為零,電感與電容完全補償（2）LRC+_11.4波特圖對電路和系統(tǒng)的頻率特性進行分析時,為了直觀地觀察頻率特性隨頻率變化的趨勢和特征,工程上常采用對數(shù)坐標來作頻響曲線,這種用對數(shù)坐標描繪的頻率響應(yīng)圖就稱為頻響波特圖。改寫網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為畫出網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的波特圖。例

解因此對數(shù)模（單位分貝）幅頻波特圖

相位（單位度）相頻波特圖

11.5濾波器簡介

濾波器工程上根據(jù)輸出端口對信號頻率范圍的要求,設(shè)計專門的網(wǎng)絡(luò),置于輸入—輸出端口之間,使輸出端口所需要的頻率分量能夠順利通過,而抑制或削弱不需要的頻率分量,這種具有選頻功能的中間網(wǎng)絡(luò),工程上稱為濾波器。

有源濾波器

利用有源元件運算放大器構(gòu)成的濾波器稱為有源濾波器。

濾波電路的傳遞函數(shù)定義濾波電路UiUo

濾波電路分類按所處理信號分模擬和數(shù)字濾波器按所用元件分無源和有源濾波器按濾波特性分高通濾波器（HPF）低通濾波器（LPF）lowpassfilter

帶通濾波器（BPF）

bandpassfilter

帶阻濾波器（BEF）band-exclusionfilter