電路 邱關(guān)源(第五版)

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1、第十一章電路的頻率響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)11-1RLC串聯(lián)電路的諧振11-2RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng)11-3RLC并聯(lián)諧振電路11-4波特圖11-5濾波器簡(jiǎn)介11-6本章重點(diǎn)首頁(yè)重點(diǎn)1.網(wǎng)絡(luò)函數(shù)2.串、并聯(lián)諧振的概念返回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。下頁(yè)上頁(yè)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)的定義返回在線性正弦穩(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

2、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)下頁(yè)上頁(yè)返回線性網(wǎng)絡(luò)+-策動(dòng)點(diǎn)阻抗策動(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))下頁(yè)上頁(yè)返回線性網(wǎng)絡(luò)+-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(lì)是電壓源激勵(lì)是電流源下頁(yè)上頁(yè)返回線性網(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(duì)的相互位置有關(guān)，與輸入、輸出幅值無(wú)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

3、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。下頁(yè)上頁(yè)返回例1-1解列網(wǎng)孔方程解電流轉(zhuǎn)移導(dǎo)納轉(zhuǎn)移電壓比下頁(yè)上頁(yè)返回2?j?+_+_j?2?求圖示電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)和以網(wǎng)絡(luò)函數(shù)中j?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(shí)的端口正弦響應(yīng)，即有下頁(yè)上頁(yè)返回11-2RLC串聯(lián)電路的諧振諧振是正弦電路在特定條件下產(chǎn)生的一種特殊物理現(xiàn)象。諧振現(xiàn)象在無(wú)線電和電工技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用，研究電路中的諧振現(xiàn)象有重要實(shí)際意義。含R、L、C的一端口電路，在特定條件下出現(xiàn)端口電壓、電流同相位的現(xiàn)象時(shí)，稱電路發(fā)生了諧振。1.諧振的定義發(fā)生

4、諧振下頁(yè)上頁(yè)返回RLC電路+-2.串聯(lián)諧振的條件諧振角頻率諧振頻率諧振條件僅與電路參數(shù)有關(guān)下頁(yè)上頁(yè)返回Rj?L+_串聯(lián)電路實(shí)現(xiàn)諧振的方式：(1)LC不變，改變w(2)電源頻率不變，改變L或C(常改變C)?0由電路參數(shù)決定，一個(gè)RLC串聯(lián)電路只有一個(gè)對(duì)應(yīng)的?0,當(dāng)外加電源頻率等于諧振頻率時(shí)，電路發(fā)生諧振。3.RLC串聯(lián)電路諧振時(shí)的特點(diǎn)阻抗的頻率特性下頁(yè)上頁(yè)返回幅頻特性相頻特性X(?)

5、Z(?)

6、XL(?)XC(?)R?0?Z(?)OZ(j?)頻響曲線?(?)?0?O–?/2?/2下頁(yè)上頁(yè)返回Z(j?)頻響曲線表明阻抗特性可分三個(gè)區(qū)域描述：容性區(qū)感性區(qū)電阻性輸入阻

7、抗為純電阻，即Z=R，阻抗值

8、Z

9、最小。電流I和電阻電壓UR達(dá)到最大值I0=U/R(U一定)。下頁(yè)上頁(yè)返回+++___Rj?L+_(2)L、C上的電壓大小相等，相位相反，串聯(lián)總電壓為零，也稱電壓諧振，即下頁(yè)上頁(yè)返回特性阻抗品質(zhì)因數(shù)當(dāng)?＝w0L=1/(w0C)>>R時(shí)，Q>>1UL=UC=QU>>U(3)諧振時(shí)出現(xiàn)過(guò)電壓下頁(yè)上頁(yè)返回例2-1某收音機(jī)輸入回路L=0.3mH，R=10?，為收到中央電臺(tái)560kHz信號(hào)，求：(1)調(diào)諧電容C值；(2)如輸入電壓為1.5?V,求諧振電流和此時(shí)的電容電壓。解下頁(yè)上頁(yè)返回或+_LCRuI0(4)諧振時(shí)的功率P=UIcos?＝

10、UI＝RI02=U2/R電源向電路輸送電阻消耗的功率，電阻功率達(dá)最大。電源不向電路輸送無(wú)功功率。電感中的無(wú)功功率與電容中的無(wú)功功率大小相等，互相補(bǔ)償，彼此進(jìn)行能量交換。注意下頁(yè)上頁(yè)返回+_PQLCR(5)諧振時(shí)的能量關(guān)系設(shè)則電場(chǎng)能量磁場(chǎng)能量電感和電容能量按正弦規(guī)律變化，最大值相等WLm=WCm。L、C的電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量作周期振蕩性的交換，而不與電源進(jìn)行能量交換。表明下頁(yè)上頁(yè)返回總能量是不隨時(shí)間變化的常量，且等于最大值。電感、電容儲(chǔ)能的總值與品質(zhì)因數(shù)的關(guān)系：Q是反映諧振回路中電磁振蕩程度的量，Q越大，總能量就越大，維持振蕩所消耗的能量愈小，振蕩程度越劇烈。則振

11、蕩電路的“品質(zhì)”愈好。一般在要求發(fā)生諧振的回路中希望盡可能提高Q值。下頁(yè)上頁(yè)返回諧振時(shí)電路中電磁場(chǎng)的總儲(chǔ)能諧振時(shí)一周期內(nèi)電路消耗的能量例2-2一接收器的電路參數(shù)為：?=5?103rad/s,U=10V，調(diào)C使電路中的電流最大，Imax=200mA，測(cè)得電容電壓為600V，求R、L、C及Q。解下頁(yè)上頁(yè)返回+_LCRuV11-3RLC串聯(lián)電路的頻率響應(yīng)研究物理量與頻率關(guān)系的圖形（諧振曲線）可以加深對(duì)諧振現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。的頻率響應(yīng)為比較不同諧振回路，令下頁(yè)上頁(yè)返回幅頻特性相頻特性Q=10Q=1Q=0.51O?下頁(yè)上頁(yè)返回在諧振點(diǎn)響應(yīng)出現(xiàn)峰值，當(dāng)?偏離?0時(shí)，輸出下降。即

12、串聯(lián)諧振電路對(duì)不同頻率信號(hào)有不同的響應(yīng)