02模电实验12电路的频率特性分析11

CLXXX线性、定常元件（R、L、C）2sin()2sin()iuiItuUtui线性无源一端口网络PCLXXRjjCLRIUZ1jjZXRjCL1（感抗XL、容抗XC）Z(j)RUXURjXUIUR.UC.UL.RU.I.jL1jCRLC串联电路。第三节电路的频率特性分析例:一、频率特性iuφiuφ的相位差和为1)振幅相同、频率不同的信号，通过相同的电路，其响应的幅值、相位都不同；2)当电路中激励源的频率变化时，电路中的阻抗、导纳（泛指6种网络函数）和电压、电流响应均将随频率变化而变化，这一变化关系称为电路的频率特性。1.阻抗的频率特性22||zXRZ复数阻抗Z的模|Z|：阻抗角：RXφarctan....LCXXXz22111zRLCLCtgR112CXCfC2LXLfL11()()ZjRjLjRjLCC221()()zRLC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)(,)(1)(jZjYjYjZ1)阻抗的模与频率的关系称为幅频特性。2)阻抗角与频率的关系称为相频特性。幅频特性：相频特性：频率特性即频率响应，此话对吗?(又称RLC串联谐振电路，RLC低通滤波器、RLC高通滤波器RLC带通滤波器）CLXXXCLXXRjjCLRIUZ1jjZXRjCL1Z(j)RUXURjXUIUR.UC.UL.RU.I.jL1jCRLC串联电路。第三节电路的频率特性分析例:一、频率特性1)振幅相同、频率不同的信号，通过相同的电路，其响应的幅值、相位都不同；2)当电路中激励源的频率变化时，电路中的阻抗、导纳（泛指6种网络函数）和电压、电流响应均将随频率变化而变化，这一变化关系称为电路的频率特性。1.阻抗的频率特性....LCXXXz22111zRLCLCtgR112CXCfC2LXLfL1)幅频特性曲线。2)相频特性曲线。幅频特性：相频特性：ωRXLXCX=XL-XCzω0900ω-900ω0()CLXXXCLXXRjjCLRIUZ1jjZXRjCL1Z(j)RUXURjXUIUR.UC.UL.RU.I.jL1jCRLC串联电路。例:....LCXXXz22111zRLCLCtgR112CXCfC2LXLfL幅频特性：相频特性：0ω0ω0ωZ(jω)频响曲线表明阻抗特性可分三个区域描述：容性区感性区电阻性00XR)j(Z)j(Zlim000XR)j(Z000X)j(ZlimR)j(Zui0UI0X同相Z为阻性负载。超前0X0uiUIZ为感性负载；0Xui0UI落后Z为容性负载；ωRXLXCX=XL-XCzω0900ω-900ω0()CLXXRjjCLRIUZ1jjZXRjZ(j)RUXURjXUIUR.UC.UL.RU.I.jL1jC第三节电路的频率特性分析一、频率特性2.电流I(ω)的频率特性1UUIZRjLCωRXLXCX=XL-XCzω0900ω-900ω0()又阻抗的模IUIUIUjZz)()(正弦稳态分析：就是求解正弦稳态电路中的正弦稳态响应。[即在一个线性、定常（时不变）而又渐近稳定的电路中，输入为单一的正弦交流电源激励，当t→∞时电路中的任一响应将逐渐变为一个总是与激励同频率的正弦量。这个正弦量与电路的初始状态无关。实际只要求解全响应(全解)中的一个特解。]设端口电压为正弦激励的电压源，)sin(2itIiiIIeIijuUUeUuj)sin(2utUu即端口电压的有效值U固定而令频率（f）变化时，求端口电流的正弦稳态响应幅频特性：221UIRLC22111URLRC)(jI)(ICLXXRjjCLRIUZ1jjZXRjZ(j)RUXURjXUIUR.UC.UL.RU.I.jL1jC第三节电路的频率特性分析一、频率特性2.电流I(ω)的频率特性通用电流频率响应曲线、归一化幅频特性221UIRLC22111URLRC200200111URLRC202011URR022001IQ2020011IIQ端口U一定、串联谐振时端口I达最大（谐振电流I0）。LCω10谐振角频率：谐振频率：LCfπ2102）谐振时的感抗或容抗称为谐振电路的特性阻抗。)(100CLCLωXXCL5）品质因数Q：CLIXIXIRIRRCLRCRRLRQ1100串RCLUQUU串RCRLUUUUQ串又有ωRXLXCX=XL-XCzω0900ω-900ω0()又阻抗的模IUIUIUjZz)()(RUIIII)(|)(00max0幅频特性：CLRCRRLRQ1100串)(I)()(0IICLXXRjjCLRIUZ1jjZXRj第三节电路的频率特性分析一、频率特性2.电流I(ω)的频率特性221UIRLC22111URLRC200200111URLRC202011URR022001IQ2020011IIQωRXLXCX=XL-XCzω0900ω-900ω0()幅频特性：Q=10Q=1Q=0.5oω0ω)()(0II100()()II1221202200()1()1()IIQ10Q100Q1Q010()()II电流与频率的关系00()()IIQ1Q2通用电流频率响应曲线、归一化幅频特性)(I)()(0IICLXXRjjCLRIUZ1jjZXRj第三节电路的频率特性分析一、频率特性2.电流I(ω)的频率特性2020011IIQωRXLXCX=XL-XCzω0900ω-900ω0()Q=10Q=1Q=0.5oω0ω)()(0II1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。这种对不同输入信号的选择能力称为“选择性”。①谐振电路具有选择性。②谐振电路的选择性与Q成正比。Q越大，谐振曲线越陡越尖。电路对非谐振频率的信号具有强的抑制能力，所以选择性好。因此Q是反映谐振电路性质的一个重要指标。表明：(又称RLC串联谐振电路，RLC低通滤波器、RLC高通滤波器RLC带通滤波器）RLC串联电路。)()(0IICLXXRjjCLRIUZ1jjZXRj第三节电路的频率特性分析一、频率特性2.电流I(ω)的频率特性2020011IIQωRXLXCX=XL-XCzω0900ω-900ω0()ω1ω212Q=10Q=1Q=0.5oω0ω)()(0II1(又称RLC串联谐振电路，RLC低通滤波器、RLC高通滤波器RLC带通滤波器）RLC串联电路。③谐振电路的通频带。通频带规定了谐振电路允许通过信号的频率范围。是比较和设计谐振电路的指标。02200()1()1(1)2IIQ通频带的计算:220021Q001Q③谐振电路的有效工作频段0022II电路的通频带是指偏离的频率范围。使)()(0IICLXXRjjCLRIUZ1jjZXRj第三节电路的频率特性分析一、频率特性2.电流I(ω)的频率特性2020011IIQωRXLXCX=XL-XCzω0900ω-900ω0()ω1ω212Q=10Q=1Q=0.5oω0ω)()(0II1③谐振电路的通频带。02200()1()1(1)2IIQ通频带的计算:22001121Q220021Q001Q001Q22001022QQ001Q22002022QQ201142QQ这里取ω的两个正值解。++220014121412QQQQ)()(0IICLXXRjjCLRIUZ1jjZXRj第三节电路的频率特性分析一、频率特性2.电流I(ω)的频率特性2020011IIQωRXLXCX=XL-XCzω0900ω-900ω0()ω1ω212Q=10Q=1Q=0.5oω0ω)()(0II1③谐振电路的通频带。021Q021ffffQ001Q22001022QQ001Q22002022QQQffffffBWfLHbw01200,ΔfBfQQ通频带021ΔωωωQ记为Q越大，通频带越窄，曲线越尖锐，选择性越好。Q越小，通频带越宽，曲线越平坦，选择性越差。++这里取ω的两个正值解。ffωQ00)()(0II④通频带Au(f)或Uom(f)CLXXRjjCLRIUZ1jjZXRj第三节电路的频率特性分析一、频率特性2.电流I(ω)的频率特性2020011IIQωRXLXCX=XL-XCzω0900ω-900ω0()ω1ω212Q=10Q=1Q=0.5oω0ω)()(0II1③谐振电路的通频带。通频带：HLHbwffffBW上限频率：fH下限频率：fL线性失真(也称“频率失真”，分幅频失真和相频失真）“－3dB带宽”（频带宽度简称带宽、频宽、通带、频带。又称为－3dB带宽、半功率带宽。）021QQffffffBWfLHbw0120120lg20lg32IdBI22001122IIPRIRI（半功率点）声学研究表明，如信号功率不低于原有最大值一半，人的听觉辨别不出。20lg0.707=–3dB（–3分贝频率）)()(0IICLXXRjjCLRIUZ1jjZXRj第三节电路的频率特性分析一、频率特性ω1ω212Q=10Q=1Q=0.5oω0ω)()(0II13.UR()、UL()与UC()的频率特性Z(j)UR.UC.UL.RU.I.jL1jC)()(RIωUR（幅频特性）22)1(CLRUR221UIRLC2002221LmQωωωQ2/1Q22()||1()LLLULUUωXIXZRLC