1、現在學習的是第1頁，共66頁 2.4 正弦交流電路的頻率特性正弦交流電路的頻率特性2.4.1 2.4.1 諧振現象諧振現象2.4.2 2.4.2 網絡的頻率特性網絡的頻率特性 現在學習的是第2頁，共66頁 含有電感和電容的電路，如果無功功率得到完全補含有電感和電容的電路，如果無功功率得到完全補償，使電路的功率因數等于償，使電路的功率因數等于1，即：，即：u、 i 同相，便稱同相，便稱此電路處于諧振狀態。此電路處于諧振狀態。諧振諧振串聯諧振：串聯諧振：L 與與 C 串聯時串聯時 u、i 同相同相并聯諧振：并聯諧振：L 與與 C 并聯時并聯時 u、i 同相同相 諧振電路在無線電工程、電子測量技術等

2、許多電路中應用非常廣泛諧振電路在無線電工程、電子測量技術等許多電路中應用非常廣泛。諧振概念諧振概念：2.4.1 2.4.1 諧振現象諧振現象現在學習的是第3頁，共66頁（一）串聯諧振（一）串聯諧振RXXtgXXRZXXjRZCLCLCL122串聯諧振的條件串聯諧振的條件CURLCURULUI串聯諧振電路串聯諧振電路IU、 同相同相若令：若令：CLXX 0則：則：諧振諧振CLXX 串聯諧振的條件是：串聯諧振的條件是：現在學習的是第4頁，共66頁fCCXfLLXCL211 2諧振頻率諧振頻率： ofCL001CLXX LC10LCf210現在學習的是第5頁，共66頁串聯諧振的特點串聯諧振的特點RX

3、XRZZCL22minCLXX 01RXXtgCLU、I 同相同相 RXXCL 當當時時RIUXIUXIUCCLL000 當電源電壓一定時：當電源電壓一定時：RUIIImax0UC 、UL將大于將大于電源電壓電源電壓U現在學習的是第6頁，共66頁注：串聯諧振也被稱為注：串聯諧振也被稱為電壓諧振電壓諧振當當 時，時，RXRXCL 、UUUCLRUI 0諧振時：諧振時：URXXRUXIUURXXRUXIUCCCCLLLL00LUCUIUURCLXX、現在學習的是第7頁，共66頁品質因數品質因數 - - Q 值值 定義：定義：電路處于串聯諧振時，電感或電容上的電路處于串聯諧振時，電感或電容上的電壓和

4、總電壓之比。電壓和總電壓之比。UCRURXUURLURXUCCLL001諧振時諧振時:RCRLUUUUQCL001在諧振狀態下在諧振狀態下, ,若若 RXL、RXC ，Q 則體現了電容則體現了電容或電感上電壓比電源電壓高出的倍數。或電感上電壓比電源電壓高出的倍數。現在學習的是第8頁，共66頁串聯諧振特性曲線串聯諧振特性曲線0I0f20I1f2ffIRUI 0諧振電流諧振電流:0f諧振頻率諧振頻率下限截止頻率下限截止頻率上限截止頻率上限截止頻率1221fffff通頻帶通頻帶現在學習的是第9頁，共66頁0關于諧振曲線的討論關于諧振曲線的討論0II(a) 不變，不變，00I變化。變化。(b) 不變，

5、不變， 變化。變化。00I(c) 不變不變， f變化。變化。00I不變，不變，01020II00II現在學習的是第10頁，共66頁 諧振曲線討論（之一）諧振曲線討論（之一）結論結論：R的變化引起的變化引起 變化變化 R愈大愈大 愈小（選擇性差）愈小（選擇性差） R愈小愈小 愈大（選擇性好）愈大（選擇性好）0I0I0IR小小R大大不變，不變，00I變化。變化。0I0I0I 0（1） 不變不變 即即LC不變不變LC10RUI 0R改變改變0I改變改變（2）現在學習的是第11頁，共66頁0I分析：分析：（1） 不變不變 即即U、R不變不變RUI 0（2） 改變改變0LC10結論結論：LC 的變化引起

6、的變化引起 變化變化 L 變小或變小或 C 變小變小 變大變大 L 變大或變大或 C 變大變大 變小變小000 諧振曲線分析（之二）諧振曲線分析（之二）01020II不變，不變， 變化。變化。00I現在學習的是第12頁，共66頁 諧振曲線分析（之三）諧振曲線分析（之三）結論結論：Q愈大，帶寬愈小，曲線愈尖銳。愈大，帶寬愈小，曲線愈尖銳。 Q愈小，帶寬愈大，曲線愈平坦。愈小，帶寬愈大，曲線愈平坦。QfLRf02分析：分析：0I不變，不變， 不變不變0（LC）、）、R 不變，不變，f12如何改變如何改變或或？可以可以證明證明：可見可見 與與 Q 相關。相關。f不變，不變， f變化。變化。0I0不變

7、，不變，00II20I現在學習的是第13頁，共66頁串聯諧振時的阻抗特性串聯諧振時的阻抗特性0LRC1容性容性0感性感性022)(CLCLXXRXXjRZZ現在學習的是第14頁，共66頁串聯諧振應用舉例串聯諧振應用舉例收音機接收電路收音機接收電路1L2L3LC:1L接收天線接收天線2L與與 C ：組成諧振電路：組成諧振電路:3L將選擇的信號送將選擇的信號送 接收電路接收電路現在學習的是第15頁，共66頁1L2L3LC 組成諧振電路組成諧振電路 ，選出所需的電臺。，選出所需的電臺。C - 2L321 eee、 為來自為來自3個不同電臺（不同頻率）個不同電臺（不同頻率）的電動勢信號；的電動勢信號；

8、C2L2LR1e2e3e現在學習的是第16頁，共66頁已知：已知：20 H25022LRL、kHz8201fC2L2LR1e2e3e解：解：CLf21212221LfCpF150102501082021623C如果要收聽如果要收聽 節目，節目，C 應配多大？應配多大？1e問題問題（一）：（一）：結論：結論：當當 C 調到調到 150 pF 時，可收聽到時，可收聽到 的節目。的節目。1e現在學習的是第17頁，共66頁 問題問題（二）：（二）：1e信號在電路中產生的電流信號在電路中產生的電流 有多有多大？在大？在 C 上上 產生的電壓是多少？產生的電壓是多少？V101E pF1501C H2502

9、L 20 2LR已知：已知：kHz8201f解答：解答：129021fLXXCLA5 . 021REIV645C1CIXU所希望的信號所希望的信號被放大了被放大了64倍倍。C2L2LR1e2e3e現在學習的是第18頁，共66頁（二）（二） 并聯諧振并聯諧振當當 時時 領先于領先于 (容性容性)CLII IUUILICI諧振諧振當當 時時 CLII 0ILIUCI理想情況理想情況：純電感和純電容：純電感和純電容 并聯。并聯。 當當 時時 落后于落后于 (感性感性)CLII IUULICIIIULICI現在學習的是第19頁，共66頁CLXUXUCL001LC10LCf210或或LIUCICLII

10、理想情況下并聯諧振條件理想情況下并聯諧振條件IULICI現在學習的是第20頁，共66頁CCLRLjXUIjXRUIURLICIICRLIII非理想情況下的并聯諧振非理想情況下的并聯諧振UIRLICIUI、同相時則諧振同相時則諧振現在學習的是第21頁，共66頁UCLRLjLRRUCjLjRI22221虛部虛部實部實部則則 、 同相同相 IU虛部虛部=0。諧振條件諧振條件：UIRLICICRLIII非理想情況下并聯諧振條件非理想情況下并聯諧振條件現在學習的是第22頁，共66頁002020CLRL由上式虛部由上式虛部并聯諧振頻率并聯諧振頻率UIRLICI2220111RLCLCLRLC得：得：LC1

11、0LCf210或或02RLC當當 時時 現在學習的是第23頁，共66頁并聯諧振的特點并聯諧振的特點 I同相同相。U、 電路的總阻抗最大。電路的總阻抗最大。 定性分析定性分析:IULICIZULICI理想情況下理想情況下諧振時：諧振時：max0ZZI現在學習的是第24頁，共66頁總阻抗總阻抗：RCLZZmax0UCLRLjLRRI2222得：得：IRCLU2201LRLC代入代入并聯諧振電路總阻抗的大小并聯諧振電路總阻抗的大小UIRLICI諧振時虛部為零諧振時虛部為零,即即:ULRRI22什么性質什么性質?現在學習的是第25頁，共66頁并聯諧振并聯諧振電路總阻抗：電路總阻抗：RCLZZmax00

12、Z0R當當時時UU所以，純電感和純電容并聯諧振時，相當于斷路。所以，純電感和純電容并聯諧振時，相當于斷路。現在學習的是第26頁，共66頁 minIZUIO外加電壓一定時，外加電壓一定時，總電流最小。總電流最小。IULICIZOUSImaxZZOOSOZIUUmax外加恒流源外加恒流源 時，時，輸出電壓最大。輸出電壓最大。SI現在學習的是第27頁，共66頁并聯支路中的電流可能比總電流大。并聯支路中的電流可能比總電流大。支路電流可能支路電流可能大于總電流大于總電流URLICII 電流諧振電流諧振UIRLICI現在學習的是第28頁，共66頁UIRLICI 0CUXUICC 0ULRCZUIRLIIQ

13、C0IIC則則RL 0若若品質因素品質因素-Q : :Q為支路電流和總電流之比。為支路電流和總電流之比。當當 時時, RL 0CRLIICR1 0Q現在學習的是第29頁，共66頁并聯諧振特性曲線并聯諧振特性曲線ZI0容性容性感性感性思考思考為什么？為什么？現在學習的是第30頁，共66頁并聯諧振應用舉例并聯諧振應用舉例beLCiOrRRUUA/CCVCRLR0UiUCR替代后，在諧振替代后，在諧振頻率下放大倍數頻率下放大倍數將提高。該種頻將提高。該種頻率的信號得到較率的信號得到較好的放大，起到好的放大，起到選頻作用。選頻作用。現在學習的是第31頁，共66頁消除噪聲消除噪聲 （三）（三）諧振濾波器

14、諧振濾波器：利用諧振進行選頻、濾波利用諧振進行選頻、濾波LCffN210令濾波器工作在噪聲頻率下，令濾波器工作在噪聲頻率下，即可消除噪聲。即可消除噪聲。-信號源信號源)sSE（-噪聲源噪聲源）（NNE已知：已知：接接收收網網絡絡SENEr諧振諧振濾波器濾波器現在學習的是第32頁，共66頁提取信號提取信號SENEr接接收收網網絡絡諧振諧振濾波器濾波器LCffS210令濾波器工作在令濾波器工作在 頻率下，頻率下，信號即可順利地到達接收網信號即可順利地到達接收網絡。絡。Sf-信號源信號源)sSE（-噪聲源噪聲源）（NNE已知：已知：現在學習的是第33頁，共66頁分析（一）：抑制噪聲分析（一）：抑制噪

15、聲I2LICI信號被濾掉了信號被濾掉了NENfCLf201令：令：消除噪聲消除噪聲提取信號提取信號C接接收收網網絡絡SENE諧振諧振濾波器濾波器1L2L現在學習的是第34頁，共66頁分析（二）：分析（二）： 提取信號提取信號CUCI1LUNSff 1LI接接收收網網絡絡SENE諧振諧振濾波器濾波器1L2LC則信號全部降落在接收網絡上。則信號全部降落在接收網絡上。01LCUU若在若在Sf下下CU1LI2LICI1LU2LI現在學習的是第35頁，共66頁諧振諧振濾波器濾波器接接收收網網絡絡SENENSff 如果如果 ，網絡應如何設計？網絡應如何設計？?思考題：思考題：用上頁類似的形式用上頁類似的形

16、式，設計消除噪聲、，設計消除噪聲、提取信號的電路。提取信號的電路。現在學習的是第36頁，共66頁 教學目的：讓學生掌握網絡的頻率特性，使學生對各種形式的濾波器的構成，功能能夠理解，并會進行相關計算 教學安排：(1)舊課復習（5分鐘）(2)新課講解（80分鐘）(3)新課小結（5分鐘） 作業：課本習題現在學習的是第37頁，共66頁3.4.2 網絡的頻率特性網絡的頻率特性概念：網絡的頻率特性是研究正弦交流電路中電壓、概念：網絡的頻率特性是研究正弦交流電路中電壓、 電流隨頻率變化的關系（即頻域分析）。電流隨頻率變化的關系（即頻域分析）。 iUoU網網 絡絡iOUUjT)（傳遞函數：傳遞函數：現在學習的

17、是第38頁，共66頁（一）低通濾波器（一）低通濾波器網絡的傳遞函數：網絡的傳遞函數：ioUUjTOUiURC濾掉輸入信號的高頻成分，通過低頻成分。濾掉輸入信號的高頻成分，通過低頻成分。現在學習的是第39頁，共66頁 TCRtgRCRCjCjRCjUUjTio12111111OUiURC低通濾波器的傳遞函數低通濾波器的傳遞函數現在學習的是第40頁，共66頁 TRCtgRCjT1211 - 幅頻特性幅頻特性：輸出與輸入有效值：輸出與輸入有效值 之比與頻率的關系。之比與頻率的關系。 T其中：其中： 相頻特性相頻特性：輸出與輸入相位差：輸出與輸入相位差與頻率的關系。與頻率的關系。-現在學習的是第41頁

18、，共66頁 9045相頻特性相頻特性RCtg1）（幅頻特性幅頻特性211RCT）（低通濾波器的頻率特性低通濾波器的頻率特性1 RC1021 T000 ：帶寬：帶寬0：截止頻率：截止頻率現在學習的是第42頁，共66頁分貝數定義：分貝數定義：ioioPPUUdBlg10lg20半功率點：半功率點：當當 時，時，21ioUU21ioPPdB321lg20lg20ioUU0幅頻特性上幅頻特性上時，叫時，叫 3 分貝點或半功率點分貝點或半功率點。1RC1021 T三分三分貝點貝點現在學習的是第43頁，共66頁OUiURC（二）高通濾波器（二）高通濾波器濾掉輸入信號的低頻成分，通過高頻成分。濾掉輸入信號的

19、低頻成分，通過高頻成分。高通濾波器的傳遞函數高通濾波器的傳遞函數CRjCRjCjRRUUjTio11現在學習的是第44頁，共66頁高通濾波器的頻率特性高通濾波器的頻率特性CRjCRjCjRRUUjTio11幅頻特性幅頻特性21RCCRT）（相頻特性相頻特性RCtg190）（1RC1021 T 9045現在學習的是第45頁，共66頁（三）帶通濾波器（三）帶通濾波器RC 串并聯網絡串并聯網絡iUoURRCjXCjXiuouRCRCcccjXRjXRCRZjXRCRZ)()()(21并聯串聯令：令：ioUZZZU212則：則：現在學習的是第46頁，共66頁iOUZZZU212icccccOUjXRj

20、XRjXRjXRjXRU)()()(iUCRCRj)1(31現在學習的是第47頁，共66頁iOUCRCRjU)1(3122)1(31)(CRCRjT幅頻特性幅頻特性)(jTRC1031現在學習的是第48頁，共66頁（四）帶阻濾波器（四）帶阻濾波器雙雙T網絡網絡iuouRRR2CC2CCRjCRCRUUjTiO41 1)(22）（）（RC10)(jT1現在學習的是第49頁，共66頁1/10 1 10 100 .00lg-1 0 1 2 . T Tlg200.001 0.01 0.1 0.707 1 10 100 -60 -40 -20 -3 0 20 40 對于變化范圍較寬的頻率特性，為展對于變

21、化范圍較寬的頻率特性，為展 寬視野，其特性寬視野，其特性橫坐標改用橫坐標改用對數坐標，表示歸一對數坐標，表示歸一 化頻率化頻率；縱坐標用（；縱坐標用（分分貝貝）表示，便構成波特圖。）表示，便構成波特圖。波特圖波特圖現在學習的是第50頁，共66頁用歸一化頻率表示的低通濾波器傳遞函數用歸一化頻率表示的低通濾波器傳遞函數令：令：RC10012011tgjT則：則：RCtgRCjT1211知：知：現在學習的是第51頁，共66頁低通波特圖低通波特圖2011jT-20dB/十倍頻十倍頻幅頻特性幅頻特性402101101102102030jT（分貝）（分貝）現在學習的是第52頁，共66頁 902101101

22、10210450001tg相頻特性相頻特性現在學習的是第53頁，共66頁傳遞傳遞函數函數典型的網絡函數典型的網絡函數低通低通高通高通帶通帶通帶阻帶阻電路電路舉例舉例RCjjT110OUiURCjjT1110OUiUCLjRCLjjT1112OUiUCLjRRjT112OUiU現在學習的是第54頁，共66頁濾波器應用舉例（之一）濾波器應用舉例（之一）整流濾波整流濾波低通低通1u2uou+DCRou1u2u_現在學習的是第55頁，共66頁濾波器應用舉例（之二）濾波器應用舉例（之二）高通高通uAuBCCVCRLR0UiUABOUAUABRL現在學習的是第56頁，共66頁關于濾波器質量的評價關于濾波器質量的評價以低通濾波器為例以低通濾波器為例:希望：希望：通帶內盡可能平坦，通帶內盡可能平坦， 過渡帶盡可能窄。過渡帶盡可能窄。 T通帶通帶阻帶阻帶過渡帶過渡帶3分貝點分貝點現在學習的是第57頁，共66頁改進方法舉例改進方法舉例（二階電路）（二階電路）（一階電路）（一階電路）（有源濾波器）（有源濾波器）-+現在學習的是第58頁，共66頁正弦交流電路綜合舉例正弦交流電路綜合舉例例例1、 移相電路移相電路RR1RCiUoU已知：已知：02 UUiiU當當 R1由由 0 變化時，變化時，oU的有效值不變，的有效值不變，oU和和 之間的相位差由之間的相位差由 變化變化 180 o