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邱关源《电路》第五版第11章-电路的频率响应
重点
1. 网络函数
2. 串、并联谐振的概念;
11.1 网络函数
当电路中激励源的频率变化时,电路中的感抗、容抗将跟随频率变化,从而导致电路的工作状态亦跟随频率变化。因此,分析研究电路和系统的频率特性就显得格外重要。
频率特性:电路和系统的工作状态跟随频率而变化的现象,称为电路和系统的频率特性,又称频率响应。
1. 网络函数H(jω)的定义
在线性正弦稳态网络中,当只有一个独立激励源作用时,网络中某一处的响应(电压或电流)与网络输入之比,称为该响应的网络函数。
2. 网络函数H(jω)的物理意义
驱动点函数(同一点处的电压电流的函数关系)
激励是电流源,响应是电压
策动点阻抗
激励是电压源,响应是电流
策动点导纳
转移函数(传递函数,不同点处的电流电压关系)
a. 激励是电压源
(转移导纳)
(转移电压比)
b. 激励是电流源
(转移阻抗)
(转移电流比)
注意:
1. H(j()与网络的结构、参数值有关,与输入、输出变量的类型以及端口对的相互位置有关,与输入、输出幅值无关。因此网络函数是网络性质的一种体现。
2. H(j() 是一个复数,它的频率特性分为两个部分:
幅频特性:模与频率的关系
相频特性:幅角与频率的关系
3. 网络函数可以用相量法中任一分析求解方法获得。
注意:
以网络函数中jω的最高次方的次数定义网络函数的阶数。
由网络函数能求得网络在任意正弦输入时的端口正弦响应,即有
→
11.2 RLC串联电路的谐振
谐振是正弦电路在特定条件下产生的一种特殊物理现象。谐振现象在无线电和电工技术中得到广泛应用,研究电路中的谐振现象有重要实际意义。
1. 谐振的定义
含R、L、C的一端口电路,在特定条件下出现端口电压、电流同相位的现象时,称电路发生了谐振。用公式表示为:
2. 串联谐振的条件
(画图描述)
称为谐振角频率,它是一个仅与电路参数有关的量。
称为谐振频率
串联电路实现谐振的方式:
(1) LC不变,改变ω
(0由电路参数决定,一个RLC串联电路只有一个对应的(0 , 当外加电源频率等于谐振频率时,电路发生谐振。
(2)电源频率不变,改变L或C (常改变C )。
RLC串联电路谐振时的特点
阻抗的频率特性:
(幅频特性)
(相频特性)
Z(jω)频响曲线
Z(jω)频响曲线表明阻抗特性可分三个区域描述:
入端阻抗为纯电阻,即Z=R,阻抗值|Z|最小。
U一定时,电流I 和电阻电压UR达到最大值 I0=U/R。
(2) LC上的电压大小相等,相位相反,串联总电压为零,也称电压谐振,即:
品质因数: 称为电路的特性阻抗
(3) 谐振时出现过电压
当 (=ω0L=1/(ω0C )R 时,Q1UL= UC =QU U
例:某收音机输入回路 L=0.3mH,R=10(,为收到中央电台560kHz信号,求:(1)调谐电容C值;(2) 如输入电压为1.5(V,求谐振电流和此时的电容电压。
解:
(4) 谐振时的功率
P=UIcos(=UI=RI02=U2/R,电源向电路输送电阻消耗的功率,电阻功率达最大。
注意:电源不向电路输送无功。电感中的无功与电容中的无功大小相等,互相补偿,彼此进行能量交换。
(5) 谐振时的能量关系
设:;则:
→ 电场能量
→ 磁场能量
公式表明:
电感和电容能量按正弦规律变化,最大值相等 WLm=WCm。L、C的电场能量和磁场能量作周期振荡性的交换,而不与电源进行能量交换。
总能量是不随时间变化的常量,且等于最大值。
电感、电容储能的总值与品质因数的关系:
Q是反映谐振回路中电磁振荡程度的量,Q越大,总能量就越大,维持振荡所消耗的能量愈小,振荡程度越剧烈。则振荡电路的“品质”愈好。一般在要求发生谐振的回路中希望尽可能提高Q值。
例:一接收器的电路参数为:U=10V,ω=5(103 rad/s, 调C使电路中的电流最大,Imax=200mA,测得电容电压为600V,求R、L、C及Q。
11.3 RLC串联电路的频率响应
研究物理量与频率关系的图形(谐振曲线)可以加深对谐振现象的认识。
的频率响应
为比较不同谐振回路,令
相频特性
幅频特性
分析可见:
谐振电路具有选择性
在谐振点响应出现峰值,当( 偏离(0时,输出下降。即串联谐振电路对不同频率信号有不同的响应,对谐振信号最突出(响应最大),而对远离谐振频率的信号具有抑制能力。
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