电路分析电气工程-精选PPT.ppt

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1、电路分析电气工程-第1页，此课件共35页哦解解:图图1226(a)电路的数据文件电路的数据文件,如图如图(b)所示所示,其中第二行其中第二行的第二个数据的第二个数据1表示频率特性曲线的中心角频率为表示频率特性曲线的中心角频率为=1rad/s。运行运行ACAP程序程序,选择频率特性曲线的菜单选择频率特性曲线的菜单,再输入电压再输入电压U4并回车，计算机在一定频率范围内计算并回车，计算机在一定频率范围内计算网络函数网络函数U4/Us之值，然后以图形方式在屏幕上画出振之值，然后以图形方式在屏幕上画出振幅频率特性曲线和相位频率特性曲线，这里以字符方式幅频率特性曲线和相位频率特性曲线，这里以字符方式给出

2、波特图，如下所示：给出波特图，如下所示：第2页，此课件共35页哦 -求网络的频率特性并画曲线 -W(rad/s)|U4/V1|(db)Min=-98.00 db Max=1.249 db 1.000E-02 4.349E-04|*1.778E-02 1.373E-03|*3.162E-02 4.341E-03|*5.623E-02 1.371E-02|*1.000E-01 4.321E-02|*1.778E-01 1.351E-01|*3.162E-01 4.096E-01|*5.623E-01 1.058E+00|*1.000E+00 0.000E+00|*1.778E+00-8.942E+

3、00|*3.162E+00-1.959E+01|*5.623E+00-2.986E+01|*1.000E+01-3.996E+01|*1.778E+01-4.999E+01|*3.162E+01-6.000E+01|*5.623E+01-7.000E+01|*1.000E+02-8.000E+01|*1.778E+02-9.000E+01|*第3页，此课件共35页哦 W(rad/s)相 位 -180 -90 0 +90 180 1.000E-02 -.573.*.1.778E-02 -1.019.*.3.162E-02 -1.813.*.5.623E-02 -3.229.*.1.000E-01

4、 -5.768.*.1.778E-01 -10.406.*|.3.162E-01 -19.360.*|.5.623E-01 -39.434.*|.1.000E+00 -90.000.*|.1.778E+00 -140.566.*.|.3.162E+00 -160.640.*.|.5.623E+00 -169.594.*.|.1.000E+01 -174.232.*.|.1.778E+01 -176.771*.|.3.162E+01 -178.187*.|.5.623E+01 -178.981*.|.1.000E+02 -179.427*.|.1.778E+02 -179.678*.|.从幅频和

5、相频曲线可见从幅频和相频曲线可见,该电路具有低通滤波特性以及相位该电路具有低通滤波特性以及相位变化范围为到。从曲线可以看出，当变化范围为到。从曲线可以看出，当=1rad/s时，时，U4/US=0dB,即即U4=US,且且u4滞后于滞后于uS90。第4页，此课件共35页哦例例12-12电路如图电路如图12-27(a)所示，已知所示，已知，画出电容电压画出电容电压u4(t)的频率特性曲线。的频率特性曲线。图图1227电路的频率特性曲线电路的频率特性曲线第5页，此课件共35页哦解解:图图1227(a)电路的数据文件如图电路的数据文件如图(b)所示所示,其中第二行其中第二行的第二个数据的第二个数据1E

6、4表示频率特性曲线的中心角频率为表示频率特性曲线的中心角频率为=104rad/s。运行。运行ACAP程序，选择频率特性曲线的菜程序，选择频率特性曲线的菜单单(代码代码6),再输入电压再输入电压U4并回车，计算机按照对数尺并回车，计算机按照对数尺度在度在=100rad/s到到=106rad/s频率范围内频率范围内,计算电容电计算电容电压对电流源电流的网络函数压对电流源电流的网络函数U4/IS之值，然后以图形方之值，然后以图形方式在屏幕上画出振幅频率特性曲线和相位频率特性曲式在屏幕上画出振幅频率特性曲线和相位频率特性曲线，这里以字符方式给出波特图，如下所示：线，这里以字符方式给出波特图，如下所示：

7、第6页，此课件共35页哦 -求网络的频率特性并画曲线 -W(rad/s)|U4/I1|(db)Min=11.00 db Max=100.0 db 1.000E+02 2.301E+01|*1.778E+02 2.620E+01|*3.162E+02 3.042E+01|*5.623E+02 3.516E+01|*1.000E+03 4.013E+01|*1.778E+03 4.529E+01|*3.162E+03 5.092E+01|*5.623E+03 5.830E+01|*1.000E+04 1.000E+02|*1.778E+04 5.830E+01|*3.162E+04 5.092E+

8、01|*5.623E+04 4.528E+01|*1.000E+05 4.009E+01|*1.778E+05 3.503E+01|*3.162E+05 3.001E+01|*5.623E+05 2.500E+01|*1.000E+06 2.000E+01|*1.778E+06 1.500E+01|*从幅频曲线可见从幅频曲线可见,该电路具有带通滤波特性。该电路具有带通滤波特性。第7页，此课件共35页哦 W(rad/s)相 位 -180 -90 0 +90 180 1.000E+02 44.994.|*.1.778E+02 60.639.|*.3.162E+02 72.433.|*.5.623E

9、+02 79.884.|*.1.000E+03 84.232.|*.1.778E+03 86.676.|*.3.162E+03 87.987.|*.5.623E+03 88.510.|*.1.000E+04 -.573.*.1.778E+04 -89.851.*|.3.162E+04 -89.980.*|.5.623E+04 -89.997.*|.1.000E+05 -89.999.*|.1.778E+05 -90.000.*|.3.162E+05 -90.000.*|.5.623E+05 -90.000.*|.1.000E+06 -90.000.*|.1.778E+06 -90.000.*|

10、.从幅频和相频曲线可见从幅频和相频曲线可见,该电路具有带通滤波特性以及该电路具有带通滤波特性以及相位变化范围为相位变化范围为到到。第8页，此课件共35页哦上面两个例子中的频率特性曲线是利用一般的正弦稳态上面两个例子中的频率特性曲线是利用一般的正弦稳态电路分析程序来绘制的，其方法是给出一个频率的数值，利电路分析程序来绘制的，其方法是给出一个频率的数值，利用程序计算出一个输出，给出一系列频率值，计算出一系列用程序计算出一个输出，给出一系列频率值，计算出一系列输出，就可以绘制出一条曲线。这种方法的缺点是计算机要输出，就可以绘制出一条曲线。这种方法的缺点是计算机要多次建立电路方程，并多次求解，花费的时

11、间比较多。多次建立电路方程，并多次求解，花费的时间比较多。第9页，此课件共35页哦另外有一种更好的方法是先计算出网络函数的表达式，利用这个另外有一种更好的方法是先计算出网络函数的表达式，利用这个公式，给定一系列频率值，只需要进行简单的数学运算，就可得到一公式，给定一系列频率值，只需要进行简单的数学运算，就可得到一系列输出来绘制频率特性曲线。这种方法另外一个优点是可以利用网系列输出来绘制频率特性曲线。这种方法另外一个优点是可以利用网络函数表达式对网络特性进行更输入的分析研究，缺点是必须利用能络函数表达式对网络特性进行更输入的分析研究，缺点是必须利用能够进行符号运算的电路分析程序。够进行符号运算的

12、电路分析程序。下面举例说明如何利用动态网络分析程序下面举例说明如何利用动态网络分析程序DNAP计算网络函数和计算网络函数和绘制频率特性曲线。绘制频率特性曲线。第10页，此课件共35页哦例例12-13电路如图电路如图13-28(a)所示，已知所示，已知，计算网络的固有频率，网络函数计算网络的固有频率，网络函数及其零点、及其零点、极点，并画出相应的频率特性曲线。极点，并画出相应的频率特性曲线。解：图解：图12-28(a)电路的数据文件电路的数据文件,如图如图(b)所示。所示。运行运行DNAP程序，选择计算网络函数的菜单，再输入结点电压程序，选择计算网络函数的菜单，再输入结点电压V2并回车，计算机屏

13、幕上显示以下计算结果：并回车，计算机屏幕上显示以下计算结果：图图1228网络函数与频率特性曲线网络函数与频率特性曲线第11页，此课件共35页哦S1=-10.00rad/s-1.00S-1.00V2/V1=-1.00S-10.0Z1=-1.000P1=-10.00第12页，此课件共35页哦 F(rad/s)|V2|(db)Min=-20.00 db Max=-1.7137E-04 db 1.000E-02-2.000E+01|*1.778E-02-2.000E+01|*3.162E-02-2.000E+01|*5.623E-02-1.999E+01|*1.000E-01-1.996E+01|*1

14、.778E-01-1.987E+01|*3.162E-01-1.959E+01|*5.623E-01-1.882E+01|*1.000E+00-1.703E+01|*1.778E+00-1.394E+01|*3.162E+00-1.000E+01|*5.623E+00-6.058E+00|*1.000E+01-2.967E+00|*1.778E+01-1.180E+00|*3.162E+01-4.096E-01|*5.623E+01-1.338E-01|*1.000E+02-4.278E-02|*1.778E+02-1.357E-02|*3.162E+02-4.297E-03|*5.623E+

15、02-1.359E-03|*1.000E+03-4.302E-04|*第13页，此课件共35页哦 F(rad/s)相 位 -180 -90 0 +90 180 1.000E-02 .516.*.1.778E-02 .917.*.3.162E-02 1.630.*.5.623E-02 2.896.*.1.000E-01 5.138.*.1.778E-01 9.065.|*.3.162E-01 15.737.|*.5.623E-01 26.132.|*.1.000E+00 39.289.|*.1.778E+00 50.566.|*.3.162E+00 54.903.|*.5.623E+00 50.

16、566.|*.1.000E+01 39.289.|*.1.778E+01 26.132.|*.3.162E+01 15.737.|*.5.623E+01 9.065.|*.1.000E+02 5.138.*.1.778E+02 2.896.*.3.162E+02 1.630.*.5.623E+02 .917.*.1.000E+03 .516.*.第14页，此课件共35页哦计算机得到的网络函数为计算机得到的网络函数为计计算算机机得得到到的的网网络络函函数数分分子子多多项项式式的的零零点点，即即网网络络函函数数的的零零点点为为Z1=-1rad/s；计计算算得得到到的的网网络络函函数数分分母母多多项

17、项式式的的零零点点，即即网网络络函函数的极点为数的极点为P1=-10rad/s。从幅频特性曲线可以看出，它的两个转折频率与网络函数的零从幅频特性曲线可以看出，它的两个转折频率与网络函数的零极点密切相关，一个是在网络函数的零点极点密切相关，一个是在网络函数的零点Z1=-1rad/s附近，另一个附近，另一个转折频率在网络函数的极点转折频率在网络函数的极点(即网络的固有频率即网络的固有频率)P1=-10rad/s附近。附近。第15页，此课件共35页哦例例12-14电路如图电路如图12-29(a)所示，已知所示，已知,计算网络函数计算网络函数，并画出相应的频率特，并画出相应的频率特性曲线。性曲线。图图

18、1229网络函数与频率特性曲线网络函数与频率特性曲线解：图解：图12-29(a)电路的数据文件电路的数据文件,如图如图(b)所示。所示。运行运行DNAP程序，选择计算网络函数的菜单，再输入电压程序，选择计算网络函数的菜单，再输入电压U7并并回车，计算机屏幕上显示以下计算结果：回车，计算机屏幕上显示以下计算结果：第16页，此课件共35页哦1.000E-04SU7/V1=-1.000E-08S*2-2.000E-04S-1.00式式中中S=j，将将它它代代入入上上式式，注注意意到到j2=-1，可可以以得得到到如如下下所所示示的的网络函数：网络函数：第17页，此课件共35页哦这种计算可由计算机来完成

19、，选择开始角频率为这种计算可由计算机来完成，选择开始角频率为=102rad/s来绘制的频率特性曲线如下：来绘制的频率特性曲线如下：在上式中代入不同的频率就可以计算出相应的输出，例如在上式中代入不同的频率就可以计算出相应的输出，例如=104rad/s时时第18页，此课件共35页哦 F(rad/s)|U7|(db)Min=-64.00 db Max=-6.021 db 1.000E+02-4.000E+01|*1.778E+02-3.500E+01|*3.162E+02-3.001E+01|*5.623E+02-2.503E+01|*1.000E+03-2.009E+01|*1.778E+03-1

20、.527E+01|*3.162E+03-1.083E+01|*5.623E+03-7.387E+00|*1.000E+04-6.021E+00|*1.778E+04-7.387E+00|*3.162E+04-1.083E+01|*5.623E+04-1.527E+01|*1.000E+05-2.009E+01|*1.778E+05-2.503E+01|*3.162E+05-3.001E+01|*5.623E+05-3.500E+01|*1.000E+06-4.000E+01|*1.778E+06-4.500E+01|*3.162E+06-5.000E+01|*5.623E+06-5.500E+

21、01|*1.000E+07-6.000E+01|*从幅频曲线可见从幅频曲线可见,该电路具有带通滤波特性。该电路具有带通滤波特性。第19页，此课件共35页哦 F(rad/s)相 位 -180 -90 0 +90 180 1.000E+02 -91.146.*.|.1.778E+02 -92.038.*.|.3.162E+02 -93.622.*.|.5.623E+02 -96.437.*.|.1.000E+03 -101.421.*.|.1.778E+03 -110.167.*.|.3.162E+03 -125.097.*.|.5.623E+03 -148.702.*.|.1.000E+04 -

22、180.000*.|.1.778E+04 148.702.|.*.3.162E+04 125.097.|.*.5.623E+04 110.167.|.*.1.000E+05 101.421.|.*.1.778E+05 96.437.|.*.3.162E+05 93.622.|.*.5.623E+05 92.038.|.*.1.000E+06 91.146.|.*.1.778E+06 90.644.|*.3.162E+06 90.362.|*.5.623E+06 90.204.|*.1.000E+07 90.115.|*从幅频和相频曲线可见从幅频和相频曲线可见,该电路具有带通滤波特性以及该电路具

23、有带通滤波特性以及相位变化范围为相位变化范围为到到。第20页，此课件共35页哦下下面面举举例例说说明明如如何何利利用用符符号号网网络络分分析析程程序序SNAP来来计计算算全全符符号号和和部分符号的网络函数。部分符号的网络函数。例例12-15电路与图电路与图13-29(a)相同，利用符号网络分析程序求相同，利用符号网络分析程序求网络函数网络函数。图图1230符号网络函数的计算符号网络函数的计算第21页，此课件共35页哦解：利用符号网络分析程序解：利用符号网络分析程序SNAP可以计算出元件参数用可以计算出元件参数用符号表示的网络函数。图符号表示的网络函数。图1230(a)电路的数据文件电路的数据文

24、件,如图如图(b)所示。所示。运行运行SNAP程序，对全部或部分符号赋程序，对全部或部分符号赋值，再选择计算网络函数的菜单，输入电压值，再选择计算网络函数的菜单，输入电压U7并回并回车，计算机屏幕上显示以下计算结果。车，计算机屏幕上显示以下计算结果。*对 符 号 赋 值*R =1.000E+03 C =1.000E-07-计 算 网 络 函 数 H(S)-RSC U7/Us=-RRSCSC+2RSC+1 -.100E-03 S U7/Us=-.100E-07 SS +.200E-03 S +1.00 第22页，此课件共35页哦第第二二个个式式子子是是代代入入R、C数数值值后后的的计计算算结结果

25、果，代代入入S=j 后后的的结果如下：结果如下：第一个式子是全符号网络函数，式中第一个式子是全符号网络函数，式中S=j，将它代入后可，将它代入后可以得到以下结果：以得到以下结果：这个结果与用这个结果与用DNAP计算的结果完全相同。计算的结果完全相同。第23页，此课件共35页哦例例12-16电路与图电路与图12-8(a)相同，利用符号网络分析程序求相同，利用符号网络分析程序求网络函数网络函数。解：图解：图12-31(a)电路的数据文件电路的数据文件,如图如图(b)所示。所示。运行运行SNAP程序，对全部或部分符号赋值，再选择计算网络函数程序，对全部或部分符号赋值，再选择计算网络函数的菜单，输入电

26、压的菜单，输入电压U7并回车，计算机屏幕上显示以并回车，计算机屏幕上显示以下计算结果。下计算结果。图图1231符号网络函数的计算符号网络函数的计算第24页，此课件共35页哦 *对 符 号 赋 值*R =1.000E+03 C =1.000E-06 gm =2.000E-03 -计 算 网 络 函 数 H(S)-RSC+Rgm U7/Us=-RRSCSC+4RSC-RRSCgm+2 .100E-02 S +2.00 U7/Us=-.100E-05 SS +.200E-02 S +2.00 第25页，此课件共35页哦第一个式子代入第一个式子代入S=j 的全符号网络函数如下所示：的全符号网络函数如下

27、所示：这个结果与式这个结果与式(12-2)完全相同。完全相同。第二个式子代入第二个式子代入S=j 的部分符号网络函数如下所示：的部分符号网络函数如下所示：这个结果与式这个结果与式(12-2)完全相同。完全相同。第26页，此课件共35页哦摘摘 要要1.正弦稳态网络函数的定义为正弦稳态网络函数的定义为网络函数反映网络本身特性，与激励电压或电流无关。已知网络函数反映网络本身特性，与激励电压或电流无关。已知网络函数网络函数H(j)，给定任意正弦输入，给定任意正弦输入ui(t)=Umcos(t+i)，输出，输出正弦波为正弦波为第27页，此课件共35页哦2.一般来说，动态电路网络函数的振幅一般来说，动态电

28、路网络函数的振幅|H(j)|和相位和相位()是频率是频率的函数。工程上常采用对数坐标来绘制幅频和相频特性的函数。工程上常采用对数坐标来绘制幅频和相频特性曲线曲线(波特图波特图)。这些曲线直观地反映出网络对不同频率正弦信。这些曲线直观地反映出网络对不同频率正弦信号呈现的不同特性。利用这些曲线可设计出各种频率滤波器号呈现的不同特性。利用这些曲线可设计出各种频率滤波器和移相器。和移相器。第28页，此课件共35页哦3.RC和和RL电路可实现低通、高通、带通等滤波特性。例如电路可实现低通、高通、带通等滤波特性。例如前面讨论过的二阶前面讨论过的二阶RC低通、高通、带通滤波电路及其网络函低通、高通、带通滤波

29、电路及其网络函数如下：数如下：第29页，此课件共35页哦4.RLC串联电路的谐振条件是串联电路的谐振条件是谐振时驱动点阻抗为谐振时驱动点阻抗为呈现纯电阻，且为最小值。呈现纯电阻，且为最小值。第30页，此课件共35页哦串联谐振时，电感和电容电压的幅度相等，并等于端口电压或电串联谐振时，电感和电容电压的幅度相等，并等于端口电压或电阻电压的阻电压的Q倍，即倍，即其中其中量值上等于谐振时感抗或容抗与电阻之比。量值上等于谐振时感抗或容抗与电阻之比。第31页，此课件共35页哦5.RLC并联电路的谐振条件是并联电路的谐振条件是与与RLC串联电路的谐振条件相同。谐振时的驱动点导纳为串联电路的谐振条件相同。谐振

30、时的驱动点导纳为呈现纯电阻，且为最小值。呈现纯电阻，且为最小值。第32页，此课件共35页哦并联谐振时，电感和电容电流的幅度相等，并等于端口电流或并联谐振时，电感和电容电流的幅度相等，并等于端口电流或电阻电流的电阻电流的Q倍，即倍，即量值上等于谐振时感纳或容纳与电导之比。量值上等于谐振时感纳或容纳与电导之比。其中其中第33页，此课件共35页哦6.RLC串联电路的转移电压比串联电路的转移电压比和和RLC并联电路的并联电路的转移电流比转移电流比具有相同的形式具有相同的形式它具有带通滤波特性。其它具有带通滤波特性。其3dB带宽为带宽为第34页，此课件共35页哦 Q越高，带宽越窄，曲线越尖锐，对信号的选择性越好。在电路越高，带宽越窄，曲线越尖锐，对信号的选择性越好。在电路品质因数品质因数Q 较大时，其带通滤波特性的中心频率就是电路的谐振频率，较大时，其带通滤波特性的中心频率就是电路的谐振频率，即为即为第35页，此课件共35页哦