第八章网络函数和频率特性
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频率特性(frequencycharacteristic)
频率特性(frequencycharacteristic)
是表征系统动态功能特性的频域物理模型。
系统的频率特性是传递函数,在电路系统控制中亦称网络函数。
只要知道了系统的传递函数,对于任何刺激(输入)均可预测系统相应的反应(输出)。
对于单一输入和输出的线性定常系统,其状态方程为常系数线性特征方程。
由状态方程的拉普拉斯(Laplace)变换的常系数特征方程,可求得系统的传递函数。
对系统施以不同的激励信号,由系统响应的频率特性实验曲线也可求得传递函数。
频率特性分析是系统辨识的重要方法,如20世纪50年代以来,对瞳孔系统的物理模型的研究,取得了模型与生物实验结果广泛一致的吻合,阐明了生理学难以解释的虹膜震颤、瞳孔收缩的大小效应等,成为生物控制论定量研究的成功典范。
由查字典物理网独家提供频率特性。
电路频率特性的研究一、 实验目的1. 掌握低通、带通电路的频率特性;2. 应用Multisim 软件测试低通、带通电路频率特性及有关参数;3. 应用Multisim 软件中的波特仪测试电路的频率特性。
二、 实验原理1. 网络频率特性的定义1) 网络函数——正弦稳态情况下,网络的响应相量与激励相量之比。
2) 一个完整的网络频率特性应包括幅频特性、相频特性两个方面。
3) 截止频率——输出电压降到输入电压的0.707时的频率(f 0);通频带——输出电压从最大降到0.707倍间的频率区间(Bw:0~2πf 0)2. 网络频率特性曲线1) 一阶RC 低通2111()11U jwcH w jwcR U R jwc====++a) 幅频特性2121221()0,;,0;1,0.707U H w U w U U w U w U U CR ===→∞→===||=则有由图像看出,频率越低,信号越容易通过——低通。
b) 相频特性()a r c t a n ()10,0;,45;,90w w c Rw w w CRϕϕϕϕ=-====-→∞=-。
c) 截止频率:012f RCπ= 2) 二阶RLC 带通a)谐振频率0f =(0w =,此时有电路如下图特性:b)品质因数001w L Q R w RC ===(L 、C 一定时,改变R 值就能影响电路的选频特性,R 越小,Q 越大,选频特性越好);c) 幅频特性和相频特性00000,,U w f I I R w f U IU I η======另则有故=,如下图d) 由上图得,通频带"'0022()w f Bw f f Q Qππ=-== 3) 二阶RLC 低通a)谐振频率0f =b) 幅频特性和相频特性0201()(,)1(1)|()|c U w L jQ w jwCH w Q U jQ R w R jwL jwC H w ηηη∙-=====+-++==则有122|()|(|()|)0,00;2m c H w d H w w w w d w f U ηηπ=======令解得即对应的U 极大值为如下图所示:c)m f =3. 测量方法对特征频率点极其上下百倍频程范围内选取频率点进行测量,包括对()H w 及ϕ的测量,并根据测得的数据作出幅频特性曲线及相频特性曲线。
第八章 网络函数8-1 求如图所示的电路网络函数∙∙=S2U U )ωj (H ,其中R 1= 1Ω,R 2 = 2Ω,C = 1F ,L = 2H 。
8-2 求如图所示电路的电压转移函数 ∙∙=12u U U A ,当R 1C 1=R 2C 2时,此网络函数有何特性?8-3 求如图所示电路的谐振角频率,以及谐振时的等效阻抗与R 、L 、C 的关系。
8-4 图示电路中,V t ωcos 21.0U =,当ω=104 rad/s 时电流I 的有效值最大,量值为1A ,此时U L =10 V ,求:(1) R 、L 、C 及品质因数Q ,(2) 电压U C 。
8-5 RLC 串联电路中,已知电源电压U S =1mV ,f =1.59MHz ,调整电容C 使电路达到谐振,此时测得电路电流I 0=0.1mA ,电容上的电压U co =50 mV ,求电路元件参数R 、L 、C 及品质因数Q 和通频带B f 。
8-6 图示电路中,L 1=0.01H ,L 2=0.02H ,M= 0.01H ,R 1=5Ω,R 2=10Ω,C=20μF ,试求电路的谐振角频率,若外加电压 V 06U ∠=∙,求谐振时两电感上的电压1U ∙和2U ∙。
8-7 图示电路中,正弦电压有效值U=210 V ,电流有效值I=3 A ,且电流与电压同相,容抗X C =15Ω,求R 2和X L 。
8-8图示电路中,设R=10Ω,L=1H ,C=0.1F , V )ψt ωcos(210U S +=。
(1)ω为何值时电路发生谐振?(2)求谐振时的电流i 。
(3)求谐振时RC 并联部分的复功率。
8-9 图示正弦电路中,R=1Ω,L=1H ,A )30t cos(2i S -= ,试问可变电容C 为多大时U c 最大?并求其最大值。
8-10 图示正弦电路中U s =12V ,R i = 60K Ω,L = 54μH ,C=100 pF ,R=9Ω,R L = 60 K Ω, 电路处于谐振状态,求谐振角频率和R L 两端的电压U L 。
目录第一部分电阻电路分析第一章电路的基本概念和定律1-1电路和电路模型1-2电路的基本物理量1-3基尔霍夫定律1-4电阻元件1-5独立电压源和独立电流源1-6两类约束和电路方程1-7支路电流法1-8分压电路和分流电路第二章线性电阻电路分析2-1 电阻单口网络2-2 店主的星形联接与三角形联接2-3 网孔分析法2-4 节点分析法2-5 含受控源的电路分析第三章网络定理3-1 叠加定理3-2 戴维南定理3-3 诺顿定理和含源单口的等效电路3-4 最大功率传输定理3-5 替代定理第四章多段元件和双口网络4-1 理想变压器4-2 运算放大器的电路模型4-3 含运放的电阻电路分析4-4 双口网络的电压电流关系4-5 双口网络参数的计算4-6 互易双口和互易定理4-7 含双口网络的电路分析第五章简单非线性电阻电路分析5-1 非线性电阻元件5-2 非线性电阻的串联和并联5-3 简单非线性电阻电路的分析5-4 小信号分析第二部分动态电路分析第六章动态电路的时域分析6-1 电容元件与电感元件6-2 一阶电路的零输入响应6-3 一阶电路的零状态响应6-4 一阶电路的全响应6-5 三要素6-6 阶跃响应和冲激响应6-7 RLC串联电路的零输入响应第七章正玄稳态电路的相量分析7-1 正玄电压和电流7-2 相量法的基本概念7-3 两类约束的相量形式7-4 阻抗和导纳7-5 串并联电路分析7-6 一般电路分析7-7 正玄稳态电路的功率7-8 最大功率传输定理7-9 三相电路7-10正玄稳态响应的叠加第八章网络函数和频率特性8-1网络函数8-2 RC电路的频率特性8-3 谐振电路8-4 谐振电路的频率特性第九章含偶和电感的电路分析9-1 耦合电感的电压电流关系9-2 耦合电感的串联与并联9-3 耦合电感的去耦等效电路9-4 空心变压器电路的分析9-5 耦合电感与理想变压器的关系第三部分磁路和铁心线圈电路第十章磁路的铁心线圈电路10-1 磁场的基本物理量和主要定律10-2 磁铁物质的磁化曲线10-3 磁路和磁路定律10-4 恒定磁通磁路的计算10-5 交变磁通下的磁损耗和波形畸形10-6 铁心线圈的电路模型10-7 铁心变压器的电路模型第一部分电阻电路分析第一章电路的基本概念和定律介绍:电路的基本概念和基本变量阐述:集总参数电路的基本定律---基尔霍夫定律定义:三种常用的电路元件---电阻、独立电压源、独立电流源讨论:集总参数电路中,电压和电流必须满足的两种约束1-1电路和电路模型一、电路电路的作用:1.实现电能的传输和转换2.实现电信号传输、处理和存储实际电路:由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气元件和设备连接而成的电路,称为实际电路根据实际电路的尺寸(d)与其工作型号的波长(λ)的关系,可将它们分为两大类:满足d《λ的电路称为集总参数电路,其特点是电路中任两端点的电压和流入任一器件端钮的电流是完全确定的,与器件的几何尺寸和空间位置无关。