交流电路的频率特性.ppt
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1、交流电路的频率特性交流电路的频率特性现在学习的是第1页,共48页本章目录本章目录7-1 RC电路的频率特性电路的频率特性 7-2 串联谐振电路串联谐振电路 7-3 并联谐振电路并联谐振电路 7-4 理想变压器理想变压器 现在学习的是第2页,共48页开阔你的视野开阔你的视野共振现象共振现象 钢骨结构开始吱吱嘎嘎地发出响声,并且摇摆晃动起来。惊恐万状的钢架工人以为建筑出现了问题,甚至是钢骨结构开始吱吱嘎嘎地发出响声,并且摇摆晃动起来。惊恐万状的钢架工人以为建筑出现了问题,甚至是闹地震了,于是纷纷慌忙地从高架上逃到地面。眼见事情越闹越大,他觉得这个恶作剧该收场了,于是,把闹地震了,于是纷纷慌忙地从高
2、架上逃到地面。眼见事情越闹越大,他觉得这个恶作剧该收场了,于是,把那件小物品收了回来,然后从一个地下通道悄悄地溜开了,留下工地上的那些惊魂甫定、莫名其妙的工人。那件小物品收了回来,然后从一个地下通道悄悄地溜开了,留下工地上的那些惊魂甫定、莫名其妙的工人。 希腊的学者阿基米德曾豪情万丈地宣称:给我一个支点,我能撬动地球。希腊的学者阿基米德曾豪情万丈地宣称:给我一个支点,我能撬动地球。而现代的美国发明家特士拉更是而现代的美国发明家特士拉更是“牛气牛气”,他说:用一件共振器,我就能把地,他说:用一件共振器,我就能把地球一裂为二!球一裂为二! 他来到华尔街,爬上一座尚未竣工的钢骨结构楼房,从大衣口袋里
3、掏出一件小他来到华尔街,爬上一座尚未竣工的钢骨结构楼房,从大衣口袋里掏出一件小物品,把它夹在其中一根钢梁上,然后按动上面的一个小钮。数分钟后,可以感觉物品,把它夹在其中一根钢梁上,然后按动上面的一个小钮。数分钟后,可以感觉到这根钢梁在颤抖。慢慢地,颤抖的强度开始增加,延伸到整座楼房。最后,整个到这根钢梁在颤抖。慢慢地,颤抖的强度开始增加,延伸到整座楼房。最后,整个现在学习的是第3页,共48页开阔你的视野开阔你的视野共振现象(续)共振现象(续) 这该是一本科幻或者荒诞小说吧?否则,一件大不过拳头、重不过几斤的小东西,真的就有那么厉这该是一本科幻或者荒诞小说吧?否则,一件大不过拳头、重不过几斤的小
4、东西,真的就有那么厉害,能把一座巍然耸立的大楼甚至是一座巨无霸似的大桥震垮?它是一件什么物品呢?害,能把一座巍然耸立的大楼甚至是一座巨无霸似的大桥震垮?它是一件什么物品呢? 原来,它是一件共振器,它的威力主要在于它能发出各种频率的波,这些不同频率的波作用于不同原来,它是一件共振器,它的威力主要在于它能发出各种频率的波,这些不同频率的波作用于不同的物体,就能够相应地产生出一种共振波,当这种共振波达到一定程度时,就能使物体被摧毁。的物体,就能够相应地产生出一种共振波,当这种共振波达到一定程度时,就能使物体被摧毁。 共振是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语。共振的定义是两个振动频率相同的物体共振
5、是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语。共振的定义是两个振动频率相同的物体,当一个发生振动时,引起另一个物体振动的现象。共振在声学中亦称,当一个发生振动时,引起另一个物体振动的现象。共振在声学中亦称“共鸣共鸣”,它指的是物,它指的是物体因共振而发声的现象,如两个频率相同的音叉靠近,其中一个振动发声时,另一个也会体因共振而发声的现象,如两个频率相同的音叉靠近,其中一个振动发声时,另一个也会发声。而在电学中,振荡电路的共振现象称为发声。而在电学中,振荡电路的共振现象称为“谐振谐振”。 现在学习的是第4页,共48页本章序言本章序言内容提要:内容提要: 本章讨论电路的频率特性。在通信与无线电技术中,
6、需要传输或处理的信号都不是单一频率的正弦信号,而是由许多不同频率的正弦信号所组成,即实际信号只占有定的频带宽度。为了实现对信号满意的传输、加工和处理,有必要研究电路在不同频率信号作用下响应的变化规律和特点,即研究电路的频率特性。本章将讨论电路和串、并联谐振电路的频率特性,了解它们的选频和滤波作用;并分析串、并联谐振电路的性质特点;最后介绍理想变压器的概念。本章重点:本章重点: 低通、高通、带通、带阻、全通网络的频率特性;串、并联谐振电路的谐振条件,特点及各参数的含义;理想变压器的工作原理和特性。难点:难点: 电路的网络含义以及其幅频特性和相频特性的分析;串、并联谐振电路的品质因数的含义。现在学
7、习的是第5页,共48页7-1 RC7-1 RC电路的频率特性电路的频率特性 当电路中包含动态元件时,由于容抗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的频率特性或频率响应。 在电路分析中,电路的频率特性用正弦稳态电路的网络函数来描述,定义为响应相量与激励相量之比。即 (7-1-1) 式(7-1-1)中激励相量和响应相量可以是电压相量,也可以是电流相量。网络函数是由电路的结构和参数所决定的,反映了电路自身的特性。网络函数又称为频率响应函数,描述了激励相量为时响应相量随频率变化的情况。激励相量响
8、应相量)(jH现在学习的是第6页,共48页7-1 RC7-1 RC电路的频率特性电路的频率特性 是 的复函数,可写成 (7-1-2) 式中, 是 的实函数,表征了电路响应与激励的幅值比(振幅比改有效值比)随变化的特性,称为电路的幅频特性; 也是 的实函数,表征了电路响应与激励的相位差(相移)随 变化的特性,称为电路的相频特性。幅频特性和相频特性总称电路的频率特性。习惯上常把 和 随 变化的情况用曲线来表示,分别称为幅频特性曲线和相频特性曲线。 纯电阻网络的网络函数是与频率无关的,这类网络的频率特性是不需要研究的。研究含有动态元件的网络频率特性才是有意义的。 由RC元件按各种分式组成的电路能起到
9、选频或滤波的作用,从而在实际中有着广泛的应用。下面讨论简单的RC低通、高通、带通、带阻及全通网络的频率特性。 )(jH)(| )(|)(jejHjH| )(|jH)(| )(|jH)(现在学习的是第7页,共48页7-1-1 RC7-1-1 RC低通网络低通网络图7-1-1RC串联电路中, 为激励, 为响应,则网络函数为(a)RC低通网络 (b)幅频特性 (c)相频特性图7-1-1 低通网络及其频率特性1U2URCjCjRCjUUjH1111)(12现在学习的是第8页,共48页7-1-1 RC7-1-1 RC低通网络低通网络式中, 有频率的量纲。若令 ,则 (7-1-3) 其幅频特性和相频特性分
10、别为 (7-1-4a) (7-1-4b)RC1RCc1cjjH11)(211)(cjHcarctan)(现在学习的是第9页,共48页7-1-1 RC7-1-1 RC低通网络低通网络由式(7-1-4)可知:当 (直流) 时 , 当 时, 当 时, 其幅频特性与相频特性曲线如图7-1-1(b)、(c)所示。 从图中可以看出,此RC电路对输入频率较低的信号有较大的输出,而对输入频率较高的信号则衰减较大。即直流和低频信号容易通过,故此RC电路被称为低通网络。由于网络函数 表达式中 的阶数最高为1,故又称为一阶低通网络。01)(jH0)( RCc121)(jH4)( 0)(jH2)( | )(|jHj现
11、在学习的是第10页,共48页7-1-1 RC7-1-1 RC低通网络低通网络 当 时,网络函数的幅值为最大幅值的 ,即 当 时,输出信号的幅值不小于最大输出信号幅值的70.7%,工程上认为这部分信号能顺利通过该网络。所以把 的频率范围定为通频带。当 时,输出信号的幅值小于最大输出信号幅值的70.7%,则认为这部分信号不能顺利通过该网络,所以把 的频率范围定为阻带。 是通带和阻带的分界点,称 为截止频率。由于网络的输出功率与输出电压(或电流)的平方成正比,当 时,网络输出功率是最大输出功率的一半,因此, 又称为半功率点频率。 RC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
12、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RC低通滤波网络。RCc121max)(21)(jHjHccc0cccccc现在学习的是第11页,共48页7-1-27-1-2 RC高通网络高通网络 若将图7-1-1(a)RC电路的电阻电压作为输出电压,如图7-1-2(a)所示,则网络函数为 RCjCjRRUUjH1111)(12(a)RC高通网络 (b)幅频特性 (c)相频特性图7-1-2 RC高通网络及其频率特性现在学习的是第12页,共48页7-1-2 7-1-2 RC高通网络高通网络 若令 ,则 (7-1-5) 其幅频特性和相频特性分别为 (7-1-6a) (7-1-6b
13、)RCc1jjHc11)(211)(cjHcarctan)(现在学习的是第13页,共48页7-1-27-1-2 RC高通网络高通网络 由式(7-1-6)知 当 时, 当 时, 当 时, 其幅频特性曲线和相频特性曲线如图7-1-2(b)、(c)所示。 显然,此RC电路为一阶高通网络。 为截止频率或半功率点频率。 的频率范围为通频带; 的频率范围为阻带。这一电路常用作电子电路放大器级间的RC耦合电路。 0c0)(jH2)( 21)(jH4)( 1)(jH0)( ccc0现在学习的是第14页,共48页7-1-3 RC7-1-3 RC带通、带阻、全通网络带通、带阻、全通网络 图7-1-3(a)为RC带
14、通网络,其网络函数为 (7-1-7) 上式中,当 时,即 时,有:211111()1113111Rj CRRUj Cj RCH jRRRjRCUj Cj Cj RCRCRj CRj C01RCRCRC1031)(0jH现在学习的是第15页,共48页7-1-3 RC7-1-3 RC带通、带阻、全通网络带通、带阻、全通网络 一般称 为中心频率。其幅频、相频特性曲线如图7-1-3(b)、(c)所示。由幅频曲线可知,电路对 附近的信号有较大的输出,因而有带通滤波的作用,带通网络可求得两个截止频率,下截止 频率 和上截止频率 。RC常用作低频振荡 器中的选频电路(文氏电桥),以产生不同频率的正弦信号。(
15、a)RC带通网络 (b)幅频特性 (c)相频特性图7-1-3 RC带通网络及其频率特性00RCc13 . 01RCc13 . 32现在学习的是第16页,共48页7-1-3 RC7-1-3 RC带通、带阻、全通网络带通、带阻、全通网络 图7-1-4(a)双T网络是一个带阻网络。类似地可求得网络函数为 (7-1-8) 上式中,当 时, 其幅频、相频曲线如图7-1-4(a)、(b)所示。由幅频特性曲线可知,电路在频率附近输出信号有较大的衰减,因而,有带阻滤波的作用。RCRCjjH1411)(RC100)(0jH现在学习的是第17页,共48页7-1-3 RC7-1-3 RC带通、带阻、全通网络带通、带
16、阻、全通网络(a)带阻网络 (b)幅频特性 (c)相频特性图7-1-4 带阻网络及其频率特性现在学习的是第18页,共48页7-1-3 RC7-1-3 RC带通、带阻、全通网络带通、带阻、全通网络 RC元件还可构成全通网络(移相网络),全通网络如图7-1-5所示,网络函数为: (7-1-9) (7-1-10a) (7-1-10b) 这说明该网络输入、输出电压相等,不随频率变化。相移随频率从 变化。RCjRCjCjRRCjRCjUUjH11111)(121)(jH)arctan(2)(RC1800现在学习的是第19页,共48页7-1-3 RC7-1-3 RC带通、带阻、全通网络带通、带阻、全通网络
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