并联谐振电路的谐振优秀PPT.ppt
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1、电路分析基础电路分析基础第十章第十章 频率响应频率响应&多频正弦稳态电路多频正弦稳态电路理理解解理理解解非非正正弦弦周周期期信信号号的的特特性性;进进一一步步理理解解阻阻抗抗与与导导纳纳的的概概念念;理理解解正正弦弦稳稳态态网网络络函函数数的的概概念念;驾驾驭驭正正弦弦稳稳态态的的叠叠加加原原理理及及应应用用;驾驾驭驭电电路路谐谐振振的的概概念念,谐谐振振电电路路的的特特点及分析。点及分析。目标学习目标和要求正正弦弦稳稳态态网网络络函函数数;正正弦弦稳稳态态的的叠叠加加原原理理及及应应用用;谐谐振振电电路路的的特特点点及及分析。分析。重点非正弦周期信非正弦周期信号,功率叠加号,功率叠加难点第十
2、章第十章 频率响应频率响应&多频正弦稳态电路多频正弦稳态电路10.3 10.3 正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数 10.1 10.1 基本概念基本概念10.2 10.2 再论阻抗和导纳再论阻抗和导纳10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加10.5 10.5 平均功率的叠加平均功率的叠加10.6 10.6 RLC电路的谐振电路的谐振第十章第十章 频率响应频率响应&多频正弦稳态电路多频正弦稳态电路10.1 10.1 基本概念基本概念出现多个频率正弦激励大致可分为两种状况:出现多个频率正弦激励大致可分为两种状况:其一:电路的激励原本就是多个不同频率的正弦其一:电路的激励原本就是多个不同频率的
3、正弦波,但频率之间不确定成整倍数关系。波,但频率之间不确定成整倍数关系。其二:电路的激励原本为非正弦周期波,如方波、其二:电路的激励原本为非正弦周期波,如方波、锯齿波等等,但展为傅立叶级数后,就可视为锯齿波等等,但展为傅立叶级数后,就可视为含有直流重量和一系列频率成整数倍的正弦重含有直流重量和一系列频率成整数倍的正弦重量(谐波重量)。量(谐波重量)。多频正弦稳态电路多频正弦稳态电路-就是多个不同频率正弦激励下就是多个不同频率正弦激励下的稳态电路。的稳态电路。频率响应频率响应-在多频正弦稳态电路中电路响应和频率在多频正弦稳态电路中电路响应和频率的关系。的关系。10.1 10.1 基本概念基本概念
4、方波周期信号展为傅立叶级数:方波周期信号展为傅立叶级数:tu(t)0AT/2T其中其中tu(t)0u1u1与方波同频率与方波同频率,称为方波的基波称为方波的基波u3u3的频率是方波的的频率是方波的3倍倍,称为方波的三次谐波。称为方波的三次谐波。u1和和u3的合成波的合成波,明显较接近方波明显较接近方波U1m1/3U1m10.1 10.1 基本概念基本概念f(t)A-A0tT/2T三角波的傅立叶级数绽开三角波的傅立叶级数绽开三角波的傅立叶级数绽开三角波的傅立叶级数绽开10.1 10.1 基本概念基本概念10.1 10.1 基本概念基本概念锯齿波的傅立叶级数绽开锯齿波的傅立叶级数绽开锯齿波的傅立叶
5、级数绽开锯齿波的傅立叶级数绽开f(t)A02 TtT10.1 10.1 基本概念基本概念整流全波的傅立叶级数绽开式整流全波的傅立叶级数绽开式整流全波的傅立叶级数绽开式整流全波的傅立叶级数绽开式f(t)A0T/2tT10.3 10.3 正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数 10.1 10.1 基本概念基本概念10.2 10.2 再论阻抗和导纳再论阻抗和导纳10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加10.5 10.5 平均功率的叠加平均功率的叠加10.6 10.6 RLC电路的谐振电路的谐振第十章第十章 频率响应频率响应&多频正弦稳态电路多频正弦稳态电路10.2 10.2 再论阻抗和导纳再论阻抗
6、和导纳 从电路频率响应角度从电路频率响应角度 设设单口网络单口网络N0由线性时不变元件组成,可含受控源但由线性时不变元件组成,可含受控源但不含独立电源,则该网络可等效为输入阻抗或输入导纳:不含独立电源,则该网络可等效为输入阻抗或输入导纳:由于输入阻抗和导纳携带了正弦稳态端口电压与电流间的关系信息(振幅及相位)所以,驾驭了单口网络的Z和Y也就驾驭了该网络在正弦稳态时的表现。10.2 10.2 再论阻抗和导纳再论阻抗和导纳阻抗和导纳的频率特性:阻抗和导纳的频率特性:1、Z(j)=|Z(j)|Z =R()+jX()X()0 感性感性|Z|与频率的关系称为输入阻抗的与频率的关系称为输入阻抗的幅频特性幅
7、频特性;可用解析式和曲;可用解析式和曲线表示。线表示。Z 与频率的关系称为输入阻抗的与频率的关系称为输入阻抗的相频特性相频特性。2、Y(j)=G()+jB()B()0 容性容性 B()0 感性感性10.3 10.3 正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数 10.1 10.1 基本概念基本概念10.2 10.2 再论阻抗和导纳再论阻抗和导纳10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加10.5 10.5 平均功率的叠加平均功率的叠加10.6 10.6 RLC电路的谐振电路的谐振第十章第十章 频率响应频率响应&多频正弦稳态电路多频正弦稳态电路10.3 10.3 正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数 1.1
8、.网络函数网络函数定定义义:对对相相量量模模型型,在在单单一一激激励励作作用用下下无无源源二二端端网网络络的的响响应应相相量量与与激激励励相相量量之之比比定定义义为为网网络络函函数数,或或者者系系统统函数函数 频率特性频率特性 反应了系统自身的固有特性,系统的属性,是反应了系统自身的固有特性,系统的属性,是 分析系统的重要函数。分析系统的重要函数。10.3 10.3 正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数 2.2.幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性网络函数可表为为:网络函数可表为为:其中:其中:|H(j)|是是H(j)的模的模,它是响应相量的模与它是响应相量的模与激励相量的模之比激励相量的模之比,
9、称为称为幅度幅度-频率特性或幅频频率特性或幅频响应响应;()是是H(j)的辐角的辐角,它是响应相量与激它是响应相量与激励相量之间的相位差励相量之间的相位差,称为称为相位相位-频率特性或相频率特性或相频响应频响应。例例1 1 低通滤波器低通滤波器滤掉输入信号的高频成分,通过低频成分。滤掉输入信号的高频成分,通过低频成分。10.3 10.3 正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数 相频特性相频特性幅频特性幅频特性1 00 :带宽:带宽:截止频率:截止频率10.3 10.3 正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数 10.3 10.3 正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数 分贝数定义:分贝数定义:半功率点:半功率点:
10、当当 时,时,幅频特性上幅频特性上时,叫时,叫 3 分贝点或半功率点分贝点或半功率点。1三分三分贝点贝点10.3 10.3 正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数 10.1 10.1 基本概念基本概念10.2 10.2 再论阻抗和导纳再论阻抗和导纳10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加10.5 10.5 平均功率的叠加平均功率的叠加10.6 10.6 RLC电路的谐振电路的谐振第十章第十章 频率响应频率响应&多频正弦稳态电路多频正弦稳态电路10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加 本节探讨利用叠加定理计算多个正弦电源作用下本节探讨利用叠加定理计算多个正弦电源作用下线性时不变电路的稳
11、态响应。线性时不变电路的稳态响应。1、正弦电源的频率相同、正弦电源的频率相同 2、正弦电源的频率不同、正弦电源的频率不同 利用叠加定理,分别计算每个正弦激励单独作用利用叠加定理,分别计算每个正弦激励单独作用时产生的正弦电压时产生的正弦电压uk(t)和电流和电流ik(t),然后相加求得稳,然后相加求得稳态电压态电压u(t)和电流和电流i(t)。在计算每个正弦激励单独作用引起的电压和电流在计算每个正弦激励单独作用引起的电压和电流时,仍旧可以运用相量法先计算出电压电流相量,然时,仍旧可以运用相量法先计算出电压电流相量,然后得到电压电流的瞬时值后得到电压电流的瞬时值uk(t)和和ik(t)。10.4
12、10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加非正弦周期电流电路的分析计算一般步骤:非正弦周期电流电路的分析计算一般步骤:(1)(1)将电路中的激励绽开成傅里叶级数表达式,即分解为直将电路中的激励绽开成傅里叶级数表达式,即分解为直流和一系列正弦谐波流和一系列正弦谐波(一般计算至一般计算至3-53-5次谐波即可次谐波即可);(2)(2)分别求解各次谐波单独作用时的响应分别求解各次谐波单独作用时的响应(相量法);相量法);(3)(3)将解出的各谐波响应相量还原为正弦量;将解出的各谐波响应相量还原为正弦量;(4)(4)电路响应中的各次谐波重量进行叠加后即为待求响应。电路响应中的各次谐波重量进行叠加后即为待求
13、响应。例例1:图:图(a)中,中,uS(t)=20cos(100t+10)V,试用叠加定理求稳态电压试用叠加定理求稳态电压u(t)。解解:1.电电压压源源单单独独作作用用时时,将将电电流流源源以以开开路路代代替替,得得图图(b)相相量量模模型,则型,则:10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加由相量写出相应的时辰表达式由相量写出相应的时辰表达式 2.2.电电流流源源单单独独作作用用时时,将将电电压压源源用用短短路路代代替替,得得图图(c)(c)所示相量模型,则所示相量模型,则:由相量写出相应的时辰表达式由相量写出相应的时辰表达式 3.叠加
14、求稳态电压叠加求稳态电压u(t)将每个正弦电源单独作用时产生的电压在时间域相加,得到将每个正弦电源单独作用时产生的电压在时间域相加,得到非正弦稳态电压非正弦稳态电压:10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加 的波形如图的波形如图(a)所示。所示。图图(b)绘出绘出 的波形。的波形。可见,两个不同频率正弦波相加得到一个非正弦周期可见,两个不同频率正弦波相加得到一个非正弦周期波形。波形。两个不同频率的正弦波形的叠加两个不同频率的正弦波形的叠加 波形图波形图10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加例例 图图(a)所示幅度所示幅度A=10
15、V,周期,周期T=6.28ms周期方波电压信号周期方波电压信号uS(t)作用于图作用于图(b)所示电路。试求电阻所示电路。试求电阻 上的稳态电上的稳态电 压压u(t)。10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加 (1)5V直流电压源作用时,由直流电压源作用时,由于于=0,在直流稳态条件下,电感,在直流稳态条件下,电感相当于短路,所以相当于短路,所以 (2)基波电压基波电压(20/)cos 1t作用时,作用时,1=2/T=103rad/s,依据,依据相应的相量模型可以计算出相应的相量电压重量相应的相量模型可以计算出相应的相量电压重量 相应的瞬时值表达式为相应的瞬时值表达式为 (3)三次谐波
16、电压三次谐波电压(-20/3)cos(3 1t)作用时,作用时,3 1=3 103rad/s,依据相应的相量模型可以计算出相应的,依据相应的相量模型可以计算出相应的相量电压重量相量电压重量 瞬时值表达式为瞬时值表达式为 10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加 (4)五次谐波电压五次谐波电压(4/)cos(5 1t)作用时,作用时,5 1=5 103rad/s,依据相应的相量模型计算出相应的相量,依据相应的相量模型计算出相应的相量电压重量电压重量 瞬时值表达式为瞬时值表达式为 10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加留意:在用叠加法计算几个不同频率的正弦激励在电路中留意:在用叠
17、加法计算几个不同频率的正弦激励在电路中 引起的非正弦稳态响应时,只能将电压电流的瞬时引起的非正弦稳态响应时,只能将电压电流的瞬时 值相加,绝不能将不同频率正弦电压的相量相加。值相加,绝不能将不同频率正弦电压的相量相加。(5)其余谐波重量的计算方法相同其余谐波重量的计算方法相同 最终将直流重量和各次谐波重量的瞬时值相加,就得最终将直流重量和各次谐波重量的瞬时值相加,就得到电阻上稳态电压的瞬时值到电阻上稳态电压的瞬时值 10.4 10.4 正弦稳态的叠加正弦稳态的叠加10.3 10.3 正弦稳态网络函数正弦稳态网络函数 10.1 10.1 基本概念基本概念10.2 10.2 再论阻抗和导纳再论阻抗
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