rc濾波詳解上課講義.ppt

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1、第十二章網(wǎng)絡(luò)函數(shù)和頻率特性前兩章討論了正弦激勵(lì)頻率為給定值時(shí)，動(dòng)態(tài)電路的正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。本章討論正弦激勵(lì)頻率變化時(shí)，動(dòng)態(tài)電路的特性——頻率特性。為此，先介紹在正弦穩(wěn)態(tài)條件下的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。然后利用網(wǎng)絡(luò)函數(shù)研究幾種典型RC電路的頻率特性。最后介紹諧振電路及其頻率特性。動(dòng)態(tài)電路的頻率特性在電子和通信工程中得到了廣泛應(yīng)用，常用來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波、選頻、移相等功能?！?2－1網(wǎng)絡(luò)函數(shù)一、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的定義和分類輸入(激勵(lì))是獨(dú)立電壓源或獨(dú)立電流源，輸出(響應(yīng))是感興趣的某個(gè)電壓或電流。動(dòng)態(tài)電路在頻率為ω的單一正弦激勵(lì)下，正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)(輸出)相量與激勵(lì)(輸入)相量之比，稱為正弦穩(wěn)態(tài)

2、的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，記為H(jω)，即二、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的計(jì)算方法正弦穩(wěn)態(tài)電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)是以ω為變量的兩個(gè)多項(xiàng)式之比，它取決于網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與輸入的量值無(wú)關(guān)。在已知網(wǎng)絡(luò)相量模型的條件下，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的基本方法是外加電源法：在輸入端外加一個(gè)電壓源或電流源，用正弦穩(wěn)態(tài)分析的任一種方法求輸出相量的表達(dá)式，然后將輸出相量與輸入相量相比，求得相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。對(duì)于二端元件組成的阻抗串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，也可用阻抗串并聯(lián)公式計(jì)算驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗和導(dǎo)納，用分壓、分流公式計(jì)算轉(zhuǎn)移函數(shù)。例12-l試求圖12-2(a)所示網(wǎng)絡(luò)負(fù)載端開路時(shí)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗和轉(zhuǎn)移阻抗。圖12-2解：首先畫出網(wǎng)絡(luò)的相量模型，

3、如圖12-2(b)所示。用阻抗串并聯(lián)公式求得驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗然后求得讀者注意到網(wǎng)絡(luò)函數(shù)式中，頻率ω是作為一個(gè)變量出現(xiàn)在函數(shù)式中的。為求轉(zhuǎn)移阻抗，可外加電流源，用分流公式先求出的表達(dá)式圖12-2解：先畫出相量模型，如圖(b)所示。外加電壓源，列出結(jié)點(diǎn)方程：解得例12-2試求圖12-3(a)所示網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移電壓比。圖12-3其中三、利用網(wǎng)絡(luò)函數(shù)計(jì)算輸出電壓電流網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H(j?)是輸出相量與輸入相量之比，H(j?)反映輸出正弦波振幅及相位與輸入正弦波振幅及相位間的關(guān)系。在已知網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的條件下，給定任一頻率的輸入正弦波，即可直接求得輸出正弦波。例如已知某電路的轉(zhuǎn)移電

4、壓比式(12－4)表明輸出電壓u2(t)的幅度為輸入電壓u1(t)幅度的

5、H(j?)

6、倍，即式(12－5)表明輸出電壓u2(t)的相位比輸入電壓u1(t)的相位超前?(?)，即若已知u1(t)=U1mcos(?t+?1)，則由u1(t)引起的響應(yīng)為對(duì)于其它網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，也可得到類似的結(jié)果。當(dāng)電路的輸入是一個(gè)非正弦波形時(shí)，可以利用網(wǎng)絡(luò)函數(shù)計(jì)算每個(gè)諧波分量的瞬時(shí)值，再用疊加方法求得輸出電壓或電流的波形。例12-3電路如圖12-3所示。已知,若：(1)?=103rad/s,(2)?=104rad/s，試求輸出電壓u2(t)。解：該電路的轉(zhuǎn)移電壓比如式(12-2)所

7、示。代入R、C、gm之值得到圖12-3(1)?=103rad/s時(shí)由式(12－6)求得(2)?=104rad/s時(shí)由式(12－6)求得實(shí)際電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，可以用實(shí)驗(yàn)方法求得。將正弦波信號(hào)發(fā)生器接到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸入端，用一臺(tái)雙蹤示波器同時(shí)觀測(cè)輸出和輸入正弦波。從輸出和輸入波形幅度之比可求得求得轉(zhuǎn)移電壓比的

8、H(j?)

9、。從輸出和輸入波形的相位差可求得?(?)。改變信號(hào)發(fā)生器的頻率，求得各種頻率下的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H(j?)，就知道該網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。四、網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的頻率特性一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的振幅

10、H(j?)

11、和相位?(?)是頻率的函數(shù)?？梢杂谜穹蛳辔蛔骺v坐標(biāo)，畫出以

12、頻率為橫坐標(biāo)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線。由幅頻和相頻特性曲線，可直觀地看出網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同頻率正弦波呈現(xiàn)出的不同特性，在電子和通信工程中被廣泛采用。網(wǎng)絡(luò)函數(shù)是一個(gè)復(fù)數(shù)，用極坐標(biāo)形式表為圖12-3圖12－3電路的幅頻和相頻特性曲線如圖(a)和(b)所示。圖12-4圖12-4這些曲線的橫坐標(biāo)是用對(duì)數(shù)尺度繪制的。由幅頻特性曲線可看出，該網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻率較高的正弦信號(hào)有較大的衰減，而頻率較低的正弦信號(hào)卻能順利通過(guò)，這種特性稱為低通濾波特性。由相頻特性可看出，該網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入正弦信號(hào)有移相作用，移相范圍為0°到-90°。AC2可以畫頻率特性曲線。利用不同網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性曲線，可以

13、設(shè)計(jì)出各種頻率濾波器。圖12－5分別表示常用的低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器的理想幅頻特性曲線。圖12-5幾種理想頻率濾波器的特性根據(jù)教學(xué)需要，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊名稱的方法放映相關(guān)錄像。名稱時(shí)間名稱時(shí)間1RC低通濾波電路1:592RC高通濾波電路2:023RC濾波電路3:494RL濾波電路2:485二階RC濾波電路3:136帶阻濾波電路實(shí)驗(yàn)2:517RC帶阻濾波電路3:438RC選頻振蕩器3:089整流波形的濾波2:0110RC低通濾波實(shí)驗(yàn)2:4511半波整流和濾波2:3112全波整流和濾波3:1213諧振電路諧振頻率的測(cè)量2:5114諧振電路品

14、質(zhì)因素的測(cè)量2:5215串聯(lián)諧振電路實(shí)驗(yàn)5:5016高頻Q表3:1917高頻Q表