《模擬電子電路》網(wǎng)絡(luò)課堂

計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)（計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)（2）主講：夏少波主講：夏少波第四講第四講 Email: Tel :05316512165山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2021/9/121小結(jié)：小結(jié)：可見：儲(chǔ)能元件可見：儲(chǔ)能元件L和和C都不消耗有功功率都不消耗有功功率P，即，即P=0，所以，若用瓦特功率表測(cè)量，所以，若用瓦特功率表測(cè)量L和和C上消耗的功上消耗的功率時(shí)，其讀數(shù)均為零。率時(shí)，其讀數(shù)均為零。電容電容C及電感及電感L“產(chǎn)生產(chǎn)生”或或“吸收吸收”無功功率的實(shí)無功功率的實(shí)際是儲(chǔ)存由電源提供的部分能量，當(dāng)電路中同際是儲(chǔ)存由電源提供的部分能量，當(dāng)電路中同時(shí)含有電容和電感時(shí)，它們之間進(jìn)行能量交換。時(shí)含有電容和電感時(shí)，它們之間進(jìn)行能量交換。在由在由R、L、C及正弦電源組成的電路中，電源除及正弦電源組成的電路中，電源除在電阻在電阻R上消耗有功功率外，還必須提供無功上消耗有功功率外，還必須提供無功功率給功率給L、C，以供它們之間進(jìn)行能量交換。，以供它們之間進(jìn)行能量交換。電源容量電源容量（視在功率）（視在功率）S一定大于有功功率一定大于有功功率P。這。這樣，功率因數(shù)樣，功率因數(shù)一定小于或等于一定小于或等于1。山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2021/9/122例例例例1.5.4 1.5.4 已知電源已知電源已知電源已知電源 向負(fù)載向負(fù)載向負(fù)載向負(fù)載 供電。試分析電源的容量和負(fù)載上所吸收的功率。供電。試分析電源的容量和負(fù)載上所吸收的功率。供電。試分析電源的容量和負(fù)載上所吸收的功率。供電。試分析電源的容量和負(fù)載上所吸收的功率。解：解：山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院理論分析可證明：復(fù)功率也滿足功率守恒定律，其實(shí)理論分析可證明：復(fù)功率也滿足功率守恒定律，其實(shí)部部P為網(wǎng)絡(luò)中各電阻元件消耗的功率之和；虛部為網(wǎng)絡(luò)中各電阻元件消耗的功率之和；虛部Q為為網(wǎng)絡(luò)中各儲(chǔ)能元件網(wǎng)絡(luò)中各儲(chǔ)能元件L和和C的無功功率的代數(shù)和。的無功功率的代數(shù)和?？梢娍梢?021/9/1231.6 串聯(lián)諧振與高、低通電路串聯(lián)諧振與高、低通電路1.6.1 RLC串聯(lián)諧振與串聯(lián)諧振與RLC并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振諧振，是正弦交流電路中的一種物理現(xiàn)象，應(yīng)諧振，是正弦交流電路中的一種物理現(xiàn)象，應(yīng)用較為廣泛。用較為廣泛。山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院USRZLZCIRLC串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路URUCULIS右圖為右圖為RLC串聯(lián)電串聯(lián)電路，設(shè)電源電壓路，設(shè)電源電壓2021/9/1241.RLC串聯(lián)電路的諧振串聯(lián)電路的諧振電路的串聯(lián)等效阻抗為：電路的串聯(lián)等效阻抗為：山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院USRZLZCIRLC串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路URUCULIS可見，可見，Z隨頻率變化，且當(dāng)隨頻率變化，且當(dāng) 時(shí)，時(shí)，Z成了純成了純電阻，這時(shí)就稱發(fā)生了諧振。電阻，這時(shí)就稱發(fā)生了諧振。所以，所以，RLC串聯(lián)電路的諧振角頻率為：串聯(lián)電路的諧振角頻率為：2021/9/125 RLC串聯(lián)電路諧振的特點(diǎn)串聯(lián)電路諧振的特點(diǎn)RLC串聯(lián)電路的諧振角頻率為：串聯(lián)電路的諧振角頻率為：諧振時(shí)有如下特點(diǎn)：諧振時(shí)有如下特點(diǎn)：山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院1、電路的等效阻抗、電路的等效阻抗Z達(dá)到最小值且等于純電阻達(dá)到最小值且等于純電阻R，此，此時(shí)，電路中時(shí)，電路中電流與電壓同相位電流與電壓同相位u=i且達(dá)到最大值。且達(dá)到最大值。2、電容上電壓有效值、電容上電壓有效值UC是電源電壓有效值是電源電壓有效值US的的 倍，此時(shí)，若倍，此時(shí)，若 則則UC將大大超過將大大超過US。同時(shí)，電容上的電壓相位上落后電源電壓同時(shí)，電容上的電壓相位上落后電源電壓900。證明參見課本證明參見課本P2526頁。頁。2021/9/126 RLC串聯(lián)電路諧振的特點(diǎn)串聯(lián)電路諧振的特點(diǎn)RLC串聯(lián)電路的諧振角頻率為：串聯(lián)電路的諧振角頻率為：諧振時(shí)有如下特點(diǎn)：諧振時(shí)有如下特點(diǎn)：山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院3、電感上電壓有效值、電感上電壓有效值UL是電源電壓有效值是電源電壓有效值US的的 倍，倍，此時(shí)，若此時(shí)，若 則則UL將大大超過將大大超過US。同時(shí)，電感上的電壓相位上超前電源電壓同時(shí)，電感上的電壓相位上超前電源電壓900。證明參見課本證明參見課本P26頁。頁。可見，可見，RLC串聯(lián)電路諧振時(shí)，串聯(lián)電路諧振時(shí)，UL和和UC有可能大大超有可能大大超過過US，實(shí)際應(yīng)用中，電容元件的耐壓值一定要慎重，實(shí)際應(yīng)用中，電容元件的耐壓值一定要慎重選定。否則可能被過壓擊穿！選定。否則可能被過壓擊穿！2021/9/127例例例例1.6.1 1.6.1 在在在在RLCRLC串聯(lián)諧振電路中，已知串聯(lián)諧振電路中，已知串聯(lián)諧振電路中，已知串聯(lián)諧振電路中，已知U US S=12.7V=12.7V，f f0 0=50Hz=50Hz，R=20R=20，C=27C=27FF。求通過電容。求通過電容。求通過電容。求通過電容C C上的電流上的電流上的電流上的電流及其上的電壓有效值及其上的電壓有效值及其上的電壓有效值及其上的電壓有效值U UC C。解：設(shè)電源電壓的初相角為：解：設(shè)電源電壓的初相角為：u。則：。則：山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院可見，電容上電壓的有效值較電源電壓高出很多！可見，電容上電壓的有效值較電源電壓高出很多！2021/9/128例例例例1.6.2 1.6.2 在在在在RLCRLC串聯(lián)諧振電路中，已知串聯(lián)諧振電路中，已知串聯(lián)諧振電路中，已知串聯(lián)諧振電路中，已知U US S=12.7V=12.7V，f f0 0=50Hz=50Hz，R=20R=20，C=27C=27FF。求電感。求電感。求電感。求電感L L的值。的值。的值。的值。解：由諧振角頻率公式解：由諧振角頻率公式山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院我們還可以證明：諧振時(shí)，電路中，電容與電感上的我們還可以證明：諧振時(shí)，電路中，電容與電感上的電壓有效值大小相等，相位相反。（參見課本電壓有效值大小相等，相位相反。（參見課本P27頁）頁）可得：可得：2021/9/1292.RL，C并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路下圖為一個(gè)下圖為一個(gè)RL，C并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路假設(shè)正弦電流源相量為：假設(shè)正弦電流源相量為：山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院該該RL，C并聯(lián)電路的等效阻并聯(lián)電路的等效阻抗為：抗為：USZLRISZCILIC2021/9/1210RL，C并聯(lián)電路的諧振頻率并聯(lián)電路的諧振頻率由于電感線圈的等效電阻由于電感線圈的等效電阻R值較小值較小山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院并聯(lián)電路的等效阻抗為：并聯(lián)電路的等效阻抗為：USZLRISZCILIC且上式中，當(dāng)且上式中，當(dāng) 時(shí)時(shí)并聯(lián)電路發(fā)生諧振。并聯(lián)電路發(fā)生諧振。并聯(lián)電路的諧振角頻率為：并聯(lián)電路的諧振角頻率為：2021/9/1211 RL，C并聯(lián)電路諧振的特點(diǎn)并聯(lián)電路諧振的特點(diǎn)RL，C并聯(lián)電路的諧振角頻率為：并聯(lián)電路的諧振角頻率為：諧振時(shí)有如下特點(diǎn)：諧振時(shí)有如下特點(diǎn)：山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院1、電路的等效阻抗、電路的等效阻抗Z達(dá)到最大值且等于純電阻達(dá)到最大值且等于純電阻L/RC，此時(shí)，電路中電壓與電流同相位，此時(shí)，電路中電壓與電流同相位u=i。2、一般情況下，由于、一般情況下，由于L/RC有很高的數(shù)值，故在并聯(lián)有很高的數(shù)值，故在并聯(lián)電路諧振時(shí)，呈高阻抗。這樣，在電路諧振時(shí)，呈高阻抗。這樣，在IS很小的情況下，很小的情況下，也能獲得很高的輸出電壓。也能獲得很高的輸出電壓。3、在串、并聯(lián)電路中，、在串、并聯(lián)電路中，定義品質(zhì)因數(shù)定義品質(zhì)因數(shù)Q2021/9/1212例例例例1.6.3 1.6.3 在在在在RLRL，C C并聯(lián)諧振電路中，已知并聯(lián)諧振電路中，已知并聯(lián)諧振電路中，已知并聯(lián)諧振電路中，已知I IS S=10mA=10mA，L=48L=48 HH，R=7R=7，C=180pC=180pF F。求諧振頻率。求諧振頻率。求諧振頻率。求諧振頻率f f0 0及電流源及電流源及電流源及電流源上的壓降上的壓降上的壓降上的壓降U US S。解：解：山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2021/9/12131.6.2 低通及高通電路低通及高通電路低通與高通電路都低通與高通電路都屬于最簡(jiǎn)單的濾波電路屬于最簡(jiǎn)單的濾波電路，在，在電子電路中有著廣泛的應(yīng)用。電子電路中有著廣泛的應(yīng)用。山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院1、RC低通濾波電路低通濾波電路該電路又稱為該電路又稱為一階無源一階無源RC低通濾波器低通濾波器，其輸入、輸，其輸入、輸出為正弦電壓出為正弦電壓u1、u2。Ru1Cu2RC低通電路低通電路通常，我們定義輸出電壓與通常，我們定義輸出電壓與輸入電壓相量之比稱為電壓輸入電壓相量之比稱為電壓傳輸系數(shù)。即：傳輸系數(shù)。即：2021/9/12141、RC低通電路低通電路電壓傳輸系數(shù)電壓傳輸系數(shù)山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院我們畫出我們畫出Au與與的關(guān)系曲線稱為幅頻特性曲線。的關(guān)系曲線稱為幅頻特性曲線。Ru1Cu2RC低通電路低通電路結(jié)合電路圖不難看出：結(jié)合電路圖不難看出：2021/9/1215幅頻特性曲線幅頻特性曲線電壓傳輸幅頻特性表達(dá)式：電壓傳輸幅頻特性表達(dá)式：山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院Ru1Cu2RC低通電路低通電路我們畫出我們畫出Au與與/C的的關(guān)系曲線如有所示：關(guān)系曲線如有所示：不難看出頻率較低的信不難看出頻率較低的信號(hào)容易通過。號(hào)容易通過。低通電路幅頻特性曲線低通電路幅頻特性曲線Au0.250.500.751.00123452021/9/1216時(shí)間常數(shù)及通頻帶時(shí)間常數(shù)及通頻帶定義定義=RC為時(shí)間常數(shù)。為時(shí)間常數(shù)。山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院Ru1Cu2RC低通電路低通電路我們還定義我們還定義 C=1/為為半半功率點(diǎn)角頻率。功率點(diǎn)角頻率。這是因?yàn)楫?dāng)這是因?yàn)楫?dāng)=C=1/時(shí)時(shí)低通電路幅頻特性曲線低通電路幅頻特性曲線Au0.250.500.751.0012345fC=C/2稱為半功率點(diǎn)頻稱為半功率點(diǎn)頻率，有時(shí)亦稱為截止頻率。率，有時(shí)亦稱為截止頻率。0fC之間的頻率范圍稱為之間的頻率范圍稱為通頻帶。通頻帶。2021/9/1217例例例例1.6.4 1.6.4 在在在在RCRC低通電路中，已低通電路中，已低通電路中，已低通電路中，已知知知知R=15KR=15K，C=22nC=22nF F。求截。求截。求截。求截止頻率止頻率止頻率止頻率f fC C和和和和f fC C/5/5及及及及5f5fC C處的處的處的處的A Au u值。值。值。值。解：解：山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院Ru1Cu2RC低通電路低通電路在在f=fC/5時(shí)：時(shí)：在在f=5 fC 時(shí)：時(shí)：2021/9/12182、RC高通電路高通電路或稱一階或稱一階RC高通電路高通電路山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院據(jù)此，我們也可畫出高通電路的幅頻特性曲線。據(jù)此，我們也可畫出高通電路的幅頻特性曲線。結(jié)合電路圖不難看出：結(jié)合電路圖不難看出：Ru1Cu2RC高通電路高通電路2021/9/1219高通幅頻特性曲線高通幅頻特性曲線電壓傳輸幅頻特性表達(dá)式：電壓傳輸幅頻特性表達(dá)式：山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院我們畫出我們畫出Au與與/C的的關(guān)系曲線如有所示：關(guān)系曲線如有所示：不難看出頻率較高的信不難看出頻率較高的信號(hào)容易通過。號(hào)容易通過。例例1.6.5自學(xué)（自學(xué)（P31頁）頁）Ru1Cu2RC高通電路高通電路高通電路幅頻特性曲線高通電路幅頻特性曲線Au0.250.500.751.00123452021/9/1220第一章小結(jié)第一章小結(jié)1l掌握正弦交流電壓、電流瞬時(shí)表達(dá)式及三掌握正弦交流電壓、電流瞬時(shí)表達(dá)式及三要素、相位差、有效值等的概念。要素、相位差、有效值等的概念。l掌握相量模型的概念及復(fù)數(shù)的運(yùn)算規(guī)則；掌握相量模型的概念及復(fù)數(shù)的運(yùn)算規(guī)則；會(huì)用相量法求解簡(jiǎn)單電路。會(huì)用相量法求解簡(jiǎn)單電路。l掌握正弦交流電路中復(fù)功率、視在功率、掌握正弦交流電路中復(fù)功率、視在功率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)及功率因有功功率、無功功率、功率因數(shù)及功率因數(shù)角的概念。掌握電阻、電容、電感消耗數(shù)角的概念。掌握電阻、電容、電感消耗功率的特點(diǎn)。功率的特點(diǎn)。山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2021/9/1221第一章小結(jié)第一章小結(jié)2l掌握掌握RLC串、并聯(lián)網(wǎng)路諧振頻率的計(jì)算方串、并聯(lián)網(wǎng)路諧振頻率的計(jì)算方法；以及諧振時(shí)各自的特點(diǎn)。法；以及諧振時(shí)各自的特點(diǎn)。l了解了解RC高、低通電路的電路組成及其幅頻高、低通電路的電路組成及其幅頻特性。特性。山東廣播電視大學(xué)山東廣播電視大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2021/9/1222