第9章 電路的頻率特性.ppt

1、第九章電路的頻率特性是，在通信和無(wú)線技術(shù)中，需要傳輸和處理的信號(hào)不是單頻率的正弦信號(hào)，而是由很多不同頻率的正弦信號(hào)構(gòu)成，即實(shí)際信號(hào)占有一定的帶寬。 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的滿意傳輸、加工和處理，有必要研究電路根據(jù)不同頻率的信號(hào)響應(yīng)的變化規(guī)律和特征，即它們的頻率特性。 在此，研究RC電路和RLC串聯(lián)電路的諧振電路的頻率特性，知道它們的選擇頻率和濾波作用。 9.1電路的頻率特性和網(wǎng)絡(luò)函數(shù)在電路中包含蓄電元件的情況下，電容阻抗和阻抗都是頻率的函數(shù)，因此當(dāng)不同頻率的正弦信號(hào)作用于電路時(shí)，即使其振幅和初相相同，響應(yīng)的振幅和初相也會(huì)發(fā)生變化。 電路響應(yīng)隨激勵(lì)頻率而變化的特性稱為電路的頻率特性或頻率響應(yīng)。電路的頻率

2、響應(yīng)用正弦穩(wěn)態(tài)電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)來(lái)描述，并被定義為響應(yīng)相位量與激勵(lì)相位量之間的比。 即，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)、由電路的配置和殘奧儀表決定，反映了電路的自身、主體的特性。 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)也稱為頻率響應(yīng)函數(shù)。 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)是復(fù)數(shù)，寫(xiě)得很好：其振幅和頻率關(guān)系的特性稱為振幅特性，相位和頻率關(guān)系稱為相位頻率特性。 用曲線反映，稱為振幅特性曲線、相位特性曲線。 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)有幾個(gè)具體的意義。 當(dāng)響應(yīng)激勵(lì)位于電路的同一端口時(shí)，正在研究的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)稱為策動(dòng)點(diǎn)函數(shù)。 例如：激勵(lì)響應(yīng)不在同一端口上時(shí)：上述響應(yīng)中，電壓響應(yīng)是指開(kāi)路時(shí)的電壓，電流響應(yīng)是指短路時(shí)的電流。 轉(zhuǎn)變阻抗和轉(zhuǎn)變導(dǎo)納之間不存在倒數(shù)關(guān)系。 上式的電路如圖9-1所示。 由式(9-1

3、)可知，如果知道網(wǎng)絡(luò)函數(shù)和激勵(lì)相量，則可以容易地求出電路的響應(yīng)相量。 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)表示了響應(yīng)和激勵(lì)之間的所有信息。 另外，9.2 RC電路的頻率特性是由RC元件以一定方式構(gòu)成的電路發(fā)揮選擇頻率或?yàn)V波作用。 廣泛應(yīng)用于通信和無(wú)線技術(shù)。 研究了RC低通、高通、帶通、帶阻和全通網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。 RC低通網(wǎng)絡(luò)，圖9-2(a )所示的電路是RC低通濾波電路。 圖(b )、(c )分別是其振幅特性曲線和相位特性曲線。 在圖(a )的電路中，由阻抗引起的分壓可以用、表示，其振幅特性和相位頻率特性可以分別用、表示，當(dāng)頻率變大時(shí)，在發(fā)現(xiàn)其振幅減少的同時(shí)，相位也變化，相位延遲。 在上述情況下，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的幅度是其最大幅

4、度并且如果輸出信號(hào)的幅度等于或大于最大輸出信號(hào)的幅度的70.7%，則該頻率范圍被稱為通帶，因?yàn)樵谏鲜銮闆r下，該分布式信號(hào)被視為平滑并且能夠通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)，所以其預(yù)期，帶寬被稱為阻帶RC高通網(wǎng)絡(luò)，圖9-3(a )所示的電路是RC高通電路。 其電壓傳輸比為：上式為：其振幅特性和相位頻率特性分別為：其振幅特性曲線、相位頻率特性曲線如圖(b )、圖(c )所示。 如果激勵(lì)信號(hào)的頻率增加，則可知其振幅衰減小，如果頻率減少，則其振幅衰減增大，相位也移動(dòng)，相位成為前端。 截止頻率與上面的定義相同。 RC帶通電路如圖9-4所示。 關(guān)于圖9 (a )所示的該RC帶通網(wǎng)絡(luò)(文氏橋接電路)，其轉(zhuǎn)送電壓比：帶電阻電路和全

5、通電路如圖9-5、圖9-6所示。 另外，作為RC有源網(wǎng)絡(luò)的頻率特性的一例，由RC元件和有源設(shè)備構(gòu)成的濾波器被稱作有源濾波器(active filter )。 如圖9-7(a )、(b )所示，分別是RC有效低通和高通網(wǎng)絡(luò)。 在圖(a )中，關(guān)于出廠動(dòng)作的線性區(qū)域，如從理想的出廠特性可知，其振幅特性和相位頻率特性如下所示。 截止頻率為：其曲線如圖9-8所示。在9.3 RLC串聯(lián)諧振、圖9-9所示的RLC串聯(lián)諧振電路中，正弦激勵(lì)電壓為：電路的策動(dòng)點(diǎn)阻抗為：電路中的電流與電壓同相時(shí)，電路諧振，此時(shí)電路中的電流具有最大值。 這是判斷電路諧振的一種方法。 一旦出現(xiàn)諧振，就有：其中稱為RLC串聯(lián)電路的諧振

6、頻率。 屬于電路的二次殘奧儀表受電路零件約束。 當(dāng)電路諧振時(shí)，電路中的阻抗最小，等于其電阻值，但電感、電容阻抗不是最小的。 如圖9圖10所示。 此時(shí)的感應(yīng)電阻、電容電阻分別稱為：特性阻抗。 在工序上，諧振電路的性質(zhì)用電路的特性阻抗和電阻的電阻值之比表示，該比稱為品質(zhì)系數(shù)，記為q。 在、串聯(lián)諧振時(shí)，各元件的電壓為：電源電壓全部施加到電阻，r、c部分的總電壓為0，被認(rèn)為是短路，稱為“虛短”。 電感、電容各自的電壓值是激勵(lì)電壓值的q倍，因此串聯(lián)諧振，也稱為電壓諧振。 RLC串聯(lián)電路諧振時(shí)的電壓電流關(guān)系如圖9-11所示。 串聯(lián)諧振電路在無(wú)線電技術(shù)中的典型應(yīng)用是接收器的輸入電路。 圖9-12(a )表示相關(guān)電路。 在電力系統(tǒng)中，為了防止電力設(shè)備損壞，必須盡量避免負(fù)共振。 電路諧振后，電感、電容器的能量分別為：其變化如圖