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前两章讨论了正弦鼓励频率为给定值时,动态电路的正弦稳态响应。本章讨论正弦鼓励频率变化时,动态电路的特性——频率特性。为此,先简介在正弦稳态条件下的网络函数。然后运用网络函数研究几种经典RC电路的频率特性。最终简介谐振电路及其频率特性。动态电路的频率特性在电子和通信工程中得到了广泛应用,常用来实现滤波、选频、移相等功能。
§12-1 网络函数
一、网络函数的定义和分类
输入(鼓励)是独立电压源或独立电流源,输出(响应)是感爱好的某个电压或电流。
动态电路在频率为ω的单一正弦鼓励下,正弦稳态响应(输出)相量与鼓励(输入)相量之比,称为正弦稳态的网络函数,记为H(jω),即
和 称为驱动点阻抗。
若输入和输出属于同一端口,称为驱动点函数,或策动点函数。以图示双口网络为例
和 称为驱动点导纳。
若输入和输出属于不一样端口时,称为转移函数。
和 称为转移阻抗。
和 称为转移导纳。
和 称为转移电压比。
和 称为转移电流比。
图 12-1
二、网络函数的计算措施
正弦稳态电路的网络函数是以ω为变量的两个多项式之比,它取决于网络的构造和参数,与输入的量值无关。
在已知网络相量模型的条件下,计算网络函数的基本措施是外加电源法:在输入端外加一种电压源或电流源,用正弦稳态分析的任一种措施求输出相量的体现式,然后将输出相量与输入相量相比,求得对应的网络函数。对于二端元件构成的阻抗串并联网络,也可用阻抗串并联公式计算驱动点阻抗和导纳,用分压、分流公式计算转移函数。
例12-l 试求图12-2(a)所示网络负载端开路时的驱动点阻抗 和转移阻抗 。
图 12-2
解:首先画出网络的相量模型,如图12-2(b)所示。用阻抗 串并联公式求得驱动点阻抗
然后求得
读者注意到网络函数式中,频率ω是作为一种变量出目前函数式中的。
为求转移阻抗 ,可外加电流源 ,用分流公式先求出 的表达式
图 12-2
解:先画出相量模型,如图(b)所示。外加电压源 ,列出结 点方程:
解得
例12-2 试求图12-3(a)所示网络的转移电压比 。
图 12-3
其中
三、运用网络函数计算输出电压电流
网络函数H(j)是输出相量与输入相量之比,H(j)反应输出正弦波振幅及相位与输入正弦波振幅及相位间的关系。在已知网络函数的条件下,给定任一频率的输入正弦波,即可直接求得输出正弦波。例如已知某电路的转移电压比
式(12-4)表明输出电压u2(t)的幅度为输入电压u1(t)幅度的|H(j)|倍,即
式(12-5)表明输出电压u2(t)的相位比输入电压u1(t)的相位超前(),即
若已知u1(t)=U1mcos(t+1),则由u1(t)引起的响应为
对于其他网络函数,也可得到类似的成果。
当电路的输入是一种非正弦波形时,可以运用网络函数计算每个谐波分量的瞬时值,再用叠加措施求得输出电压或电流的波形。