哈工大課件-第9章頻率特性和諧振現(xiàn)象.ppt

第九章頻率特性和諧振現(xiàn)象,4并聯(lián)諧振電路,3串聯(lián)諧振電路,2RLC串聯(lián)電路的頻率特性,1網(wǎng)絡(luò)函數(shù)和頻率特性,通過(guò)正弦電流電路和非正弦周期電流電路的學(xué)習(xí)得知，感抗和容抗分別與頻率成正比和反比關(guān)系。由此得知電路特性與電源頻率密切相關(guān)。本章專門研究電路特性與頻率的關(guān)系。包括網(wǎng)絡(luò)函數(shù)及其頻率特性的概念及一般分析方法、典型電路的頻率特性、串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振的條件及特點(diǎn)、濾波的概念等。,本章目次,網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的定義:響應(yīng)相量與激勵(lì)相量之比稱為網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，即,基本要求：掌握網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的定義、幅頻特性和相頻特性以及低通、高通、帶通和帶阻等概念。,網(wǎng)絡(luò)函數(shù)分類：,在圖示RC電路中，若以電容電壓為響應(yīng)，以輸入電壓為激勵(lì)，其網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為:,由此可得,RC串聯(lián)電路,式中RC之積具有時(shí)間的量綱，其倒數(shù)具有頻率的量綱，可設(shè),代入網(wǎng)絡(luò)函數(shù)表達(dá)式得,RC串聯(lián)電路,稱其為RC電路的固有頻率或自然頻率(naturalfrequency),低通網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)允許低頻信號(hào)順利通過(guò)，而使高頻信號(hào)產(chǎn)生較大衰減。,截止頻率,幅頻特性和相頻特性曲線,高通網(wǎng)絡(luò),帶通網(wǎng)絡(luò),帶阻網(wǎng)絡(luò),使用不同電路還可以實(shí)現(xiàn)具有下列特性的網(wǎng)絡(luò),求圖示電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù),基本要求：掌握RLC串聯(lián)電路用不同元件電壓作為響應(yīng)時(shí)的頻率特性特點(diǎn)，以及諧振角頻率、特性阻抗和品質(zhì)因數(shù)的概念。,RLC串聯(lián)電路,將諧振角頻率和品質(zhì)因數(shù)引入上式，寫出其幅頻特性和相頻特性：,以電阻電壓為響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)頻率特性曲線,RLC串聯(lián)電路,2以電容電壓uC為響應(yīng)，有,幅頻特性和相頻特性分別為,對(duì)應(yīng)不同品質(zhì)因數(shù)的頻率特性曲線如下：,RLC串聯(lián)電路,以電容電壓為響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)頻率特性曲線,3若以電感電壓為響應(yīng)，其轉(zhuǎn)移電壓比為：,則其幅頻特性和相頻特性分別為：,對(duì)應(yīng)不同品質(zhì)因數(shù)的頻率特性曲線如圖：,RLC串聯(lián)電路,設(shè)計(jì)RLC帶通濾波器電路，已知總電阻為R=20，要求諧振頻率為f0=104Hz，帶寬為f=103Hz,，求電感L和電容C的值以及低頻截止頻率和高頻截止頻率。,最后求得低頻和高頻截止頻率分別為,進(jìn)一步求得：,可求得品質(zhì)因數(shù)為,定義：對(duì)于含有電感和電容的一端口電路，如果在一定條件下呈現(xiàn)電阻性，即端口電壓與電流同相位，則稱此一端口電路發(fā)生諧振(resonance)。,右圖為RLC串聯(lián)串聯(lián)諧振(seriesresonance)電路。,改變電源頻率，或改變電感，或改變電容均可實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振。在給定電感和電容時(shí)，電路的諧振角頻率為,RLC串聯(lián)諧振電路,基本要求：透徹理解諧振的概念及RLC串聯(lián)諧振電路諧振條件與諧振特點(diǎn)。,RLC串聯(lián)電路的電流、電感電壓和電容電壓分別為,RLC串聯(lián)諧振電路,串聯(lián)諧振的特點(diǎn),2電流方面,此時(shí)串聯(lián)電路電流為：,達(dá)到最大值。,3電壓方面,1阻抗方面,諧振時(shí)，感抗與容抗相抵消，串聯(lián)電路呈電阻性。,阻抗頻率特性曲線,串聯(lián)諧振相量圖,一個(gè)線圈與電容相串聯(lián)，線圈電阻R=16.2，電感L=0.26mH，當(dāng)把電容調(diào)節(jié)到100pF時(shí)發(fā)生串聯(lián)諧振。(1)求諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)；(2)設(shè)外加電壓為10V，其頻率等于電路的諧振頻率，求電路中的電流和電容電壓；(3)若外加電壓仍為10V，但其頻率比諧振頻率高10%，再求電容電壓。,(1)諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)分別為,(2)諧振時(shí)的電流和電容電壓為,線圈與電容串聯(lián)電路,UC可用下式直接得到,(3)電源頻率比電路諧振頻率高10%的情形,線圈與電容串聯(lián)電路,1GCL并聯(lián)諧振電路,諧振角頻率為,GCL并聯(lián)電路的導(dǎo)納為：,實(shí)現(xiàn)諧振的條件是導(dǎo)納的虛部為零，,諧振時(shí)導(dǎo)納達(dá)到最小值，即|Y|=G,在電感和電容中產(chǎn)生較大電流(但不是最大),并聯(lián)諧振的特點(diǎn),在總電流有效值一定的條件下，并聯(lián)電壓達(dá)到最大,GCL并聯(lián)諧振電路,基本要求：掌握GCL并聯(lián)諧振電路的條件和特點(diǎn)并與RLC串聯(lián)諧振加以對(duì)比。,2電感線圈和電容器構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，即RL與C并聯(lián)諧振電路。,產(chǎn)生諧振的條件是導(dǎo)納的虛部為零。因此諧振時(shí)電容為,電路模型如右圖，等效復(fù)導(dǎo)納為,線圈與電容并聯(lián)諧振,RL與C并聯(lián)諧振的特點(diǎn),諧振時(shí)其等效阻抗為一個(gè)電阻，記為,將諧振角頻率代入上式得：,諧振時(shí)線圈的品質(zhì)因數(shù)可定義為諧振頻率下感抗與串聯(lián)電阻之比，即,如果線圈與電容相并聯(lián)的電路用一定的電流源來(lái)激勵(lì)，在諧振時(shí)由于阻抗接近于最大值，電壓U也接近于最大值，這時(shí)在線圈和電容中產(chǎn)生的電流可能比電源電流大得多。,諧振時(shí)電壓電流相量圖,線圈與電容并聯(lián)諧振,一個(gè)電感為0.25mH，電阻為25的線圈與85pF的電容器接成并聯(lián)電路，試求該并聯(lián)電路的諧振頻率和諧振時(shí)的阻抗。,諧振時(shí)的阻抗為,諧振角頻率和諧振頻率分別為,