第6章 交流电路的频率特性.
第6章-频域分析
1. 电路的频域分析
研究在不同频率的正弦激励作用下电路的稳态响 应，从而获得电路的频率特性。
2. 本章主要介绍
频域分析中的交流小信号分析 零极点分析。
计算机辅助电路设计与分析
RED APPLE STUDIO
1
6.1 交流小信号分析
1. 交流小信号分析
[1] 研究对象：在小信号输入情况下，电路的电压增益、频率 特性等性能。
计算机辅助电路设计与分析
RED APPLE STUDIO
30
可以将F表示为以下两个等价的形式：
（1）多项式之比：
（2）多项式根的形式：
n
aiS i
F
i0 m
bjS j
i0
n
(S zi )
F(S) K
i0 m
(S pj )
j0
式中ai
,
b
为常数。
j
式中zi和p j分别是F (S)的零点和极点。
若输入源为1，则F为电路的传输函数，其形式可为： F(S) N(S) D(S ) 其中，N (S )和D(S )由上式定义。
计算机辅助电路设计与分析
RED APPLE STUDIO
31
6.2 零极点分析
2. 网络函数的计算机生成方法 [1] 网络函数分母的生成：在频域分析的每个频点（对应一
个Si）上，对电路方程TX=B的系数矩阵T进行分解，有： LUX=B
在下右图所示的二极管交流小信号模型中，GDM和CD均依赖 于直流工作点。
ID RS
GDM RS
CD 二极管原始模型
CD 二极管交流小信号模型
计算机辅助电路设计与分析
RED APPLE STUDIO
第6章-频率法校正
三、校正方法 方法多种，常采用试探法 试探法。 方法多种，常采用试探法 总体来说，试探法步骤可归纳为： 总体来说，试探法步骤可归纳为： 1.根据稳态误差的要求 确定开环增益K 根据稳态误差的要求， 1.根据稳态误差的要求，确定开环增益K。 2.根据所确定的开环增益 根据所确定的开环增益K 画出未校正系统的博特图，量出(或计算) 2.根据所确定的开环增益K，画出未校正系统的博特图，量出(或计算)未 校正系统的相位裕度。若不满足要求，转第3 校正系统的相位裕度。若不满足要求，转第3步。 3.由给定的相位裕度值 计算超前校正装置应提供的相位超前量( 由给定的相位裕度值， 3.由给定的相位裕度值，计算超前校正装置应提供的相位超前量(适当增 加一余量值) 加一余量值)。 4.选择校正装置的最大超前角频率等于要求的系统截止频率 选择校正装置的最大超前角频率等于要求的系统截止频率， 4.选择校正装置的最大超前角频率等于要求的系统截止频率，计算超前网 络参数a 若有截止频率的要求，则依该频率计算超前网络参数a 络参数a和T ；若有截止频率的要求，则依该频率计算超前网络参数a和 T。 5.验证已校正系统的相位裕度 若不满足要求，再回转第3 验证已校正系统的相位裕度； 5.验证已校正系统的相位裕度；若不满足要求，再回转第3步。
Gc ( s )Go ( s ) = 4.2 × 40( s + 4.4) 20(1 + 0.227 s ) = ( s + 18.2) s ( s + 2) s(1 + 0.5s )(1 + 0.0542s )
未校正系统、校正装置、校正后系统的开环频率特性： 未校正系统、校正装置、校正后系统的开环频率特性：
↑ 指标要求值 ↑ 可取 − 6°
根据上式的计算结果，在曲线上可查出相应的值。 根据上式的计算结果，在曲线上可查出相应的值。 根据下述关系确定滞后网络参数b和 如下 如下： 5根据下述关系确定滞后网络参数 和T如下： ′ 20 lg b + L ′(ω c′ ) = 0
第6章 电路频率响应图文
对于（b）图情况，若以 相量，则N的网络函数
U 2 为响应
西 若以 I2为响应相量，则N的网络函数
安
H2 H3 j H4 j
j I2 S单位
IUI2s2Us无Ω单单位位
Is
（6.1-3） （6.1-4） （6.1-5）
电 观察式（6.1-2）~（6.1-5），显而易见：
子
科 技 大
(1)若网络N的结构、元件值一定，当选定激励端与响应端时，H1(jω)～H4(jω) 只是频率的函数。
西 安
大它只输是出最电大压输U2=出U1功，率所的以一最半大，输因出此功3率分正贝比频于率U点12又，称当为ω半=功ω率c时频，U率2 点U。1
2，
电
子 科
说明:(1)3分贝频率点或半功率频率点即是前述的截止频率点，它只是人为
技 定义出来的一个相对标准。
大 学
(2)按 1
2 关系来定义通频带边界频率即截止频率的实际背景与“历史”原
＞ωc时，输出信号是减小了，但不是零，并没有明显截止的“界限”。
第 6-9 页
前一页
下一页
回本章目录
6.2 常用一阶电路的频率响应
网络的截止角频率是个重要概念，在滤波网络中经常用到。那么，截止 角频率的电路含义是什么，如何确定它的数值呢？
实际低通网络的截止角频率是指网络函数的幅值 H( j)下降到 H ( j0) 值 0.707即 1 2 倍时所对应的角频率，记为ωc。
H
j
响应相量 激励相量
（6.1-1）
(4)可以是同一对端钮上 的相量，也可以是非同一
对端钮上的相量。
第 6-2 页
前一页
下一页 回本章目录
6.1 网络函数与频率响应
第六章交流交流(ACAC)变换
第六章交流—交流（AC—AC）变换AC—AC变换是一种可以改变电压大小、频率、相数的交流—交流电力变换技术。
只改变电压大小或仅对电路实现通断控制而不改变频率的电路，称为交流调压电路和交流调功电路、或交流无触点开关。
从一种频率交流变换成另一种频率交流的电路则称为交—交变频器，它有别于交—直—交二次变换的间接变频，是一种直接变频电路。
为了解决相控式晶闸管型交—交变频器输入、输出波形差、谐波严重的弊病，在基于双向自关断功率开关的基础上目前正在研究一种所谓的矩阵式变换器，它是一种具有十分优良输入、输出特性的特殊形式交—交变频器。
本章将分节介绍交流调压（交流调功或交流无触点开关）、交—交变频及矩阵式变换器的相关内容。
6.1 交流调压电路交流调压电路采用两单向晶闸管反并联（图6-1(a)）或双向晶闸（图6-1（b）），实现对交流电正、负半周的对称控制，达到方便地调节输出交流电压大小的目的，或实现交流电路的通、断控制。
因此交流调压电路可用于异步电动机的调压调速、恒流软起动，交流负载的功率调节，灯光调节，供电系统无功调节，用作交流无触点开关、固态继电器等，应用领域十分广泛。
图6-1 交流调压电路交流调压电路一般有三种控制方式，其原理如图6-2所示。
图6-2 交流调压电路控制方式（1）通断控制通断控制是在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源接通几个周波，然后再断开几个周波，通过改变导通周波数与关断周波数的比值，实现调节交流电压大小的目的。
通断控制时输出电压波形基本正弦，无低次谐波，但由于输出电压时有时无，电压调节不连续，会分解出分数次谐波。
如用于异步电机调压调速，会因电机经常处于重合闸过程而出现大电流冲击，因此很少采用。
一般用于电炉调温等交流功率调节的场合。
（2）相位控制与可控整流的移相触发控制相似，在交流的正半周时触发导通正向晶闸管、负半周时触发导通反向晶闸管，且保持两晶闸的移相角相同，以保证向负载输出正、负半周对称的交流电压波形。
电路频率特性的测量技术
• 模拟式频谱仪与数字式频谱仪
模 拟 式 频 谱 仪 ： 以 扫 描式为基础构成，采用 滤波器或混频器将被分 析信号中各频率分量逐 一分离。所有早期的频 谱仪几乎都属于模拟滤 波式或超外差结构，并 被沿用至今。
数字式频谱仪：非扫描 式，以数字滤波器或FFT 变换为基础构成。精度高、 性能灵活，但受到数字系 统工作频率的限制。目前 单纯的数字式频谱仪一般 用于低频段的实时分析， 尚达不到宽频带高精度频 谱分析。
• 广义上，信号频谱是指组成信号的全部频率分量 的总集；狭义上，一般的频谱测量中常将随频率 变化的幅度谱称为频谱。
• 频谱测量：在频域内测量信号的各频率分量，以 获得信号的多种参数。频谱测量的基础是付里叶 变换。
• 频谱的两种基本类型 – 离散频谱（线状谱），各条谱线分别代表，可视为谱线间隔无穷小，如非周期 信号和各种随机噪声的频谱。
第6章 电路频率特性的测量技术
.
引言
频域中的两个基本测量问题
信号的频谱分析：可由频谱分析仪完成 线性系统频率特性的测量：可由网络分析仪完成
• 什么是线性系统的频率特性？
正弦信号
稳态响应
线性网络
H(jω)：频率响应 或频率特性
幅度|H(jω)|：幅频特性 相位φ(ω) ：相频特性
.
6.1 频率特性的特点
.
➢ 频率分辨率（Resolution）
表征了将最靠近的两个相邻频谱分量分辨出来 的能力。主要由中频滤波器的带宽（即RBW）决定， 但最小分辨率还受本振频率稳定度的影响。
对滤波式频谱分析仪而言，中频滤波器的3dB 带宽决定了可区分的两个等幅信号的最小频率间隔。 如果区分不等幅信号，分辨率就与滤波器的形状因 子有关。
.
交流电路频率特性的测定
u-+Ri Li Ci R u Lu Cu ru RL X CX S r图21-1交流电路频率特性的测定一．实验目的1．研究电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定它们随频率变化的特性曲线； 2．学会测定交流电路频率特性的方法； 3．了解滤波器的原理和基本电路； 4．学习使用信号源、频率计和交流毫伏表。
二．原理说明1．单个元件阻抗与频率的关系对于电阻元件，根据︒∠=0R RR I U ，其中R I U =R R ，电阻R 与频率无关； 对于电感元件，根据LL Lj X I U = ，其中fL X I U π2L L L ==，感抗X L 与频率成正比； 对于电容元件，根据CC Cj X I U -= ，其中fC X I U π21C C C ==，容抗X C与频率成反比。
测量元件阻抗频率特性的电路如图21—1所示，图中的r 是提供测量回路电流用的标准电阻，流过 被测元件的电流（I R 、I L 、I C ）则可由r 两端的电压U ｒ除以r 阻值所得，又根据上述三个公式，用被测元件的电流除对应的元件电压，便可得到R 、X L 和X C 的数值。
2．交流电路的频率特性由于交流电路中感抗X L 和容抗X C 均与频率有关，因而，输入电压（或称激励信号）在大小不变的情况下，改变频率大小，电路电流和各元件电压（或称响应信号）也会发生变化。
这种电路响应随激励频率变化的特性称为频率特性。
若电路的激励信号为Ｅｘ（ｊω），响应信号为R ｅ（ｊω），则频率特性函数为)()()j ()j ()j (x e ωϕωωωω∠==A E R N式中，A （ω）为响应信号与激励信号的大小之比，是ω的函数，称为幅频特性； ϕ（ω）为响应信号与激励信号的相位差角，也是ω的函数，称为相频特性。
在本实验中，研究几个典型电路的幅频特性，如图21－２所示，其中，图（ａ）在高频时有响应（即有输出），称为高通滤波器，图（ｂ）在低频时有响应（即有输出），称为为低通滤波器，图中对应A＝0．707的频率ｆC称为截止频率，在本实验中用RC网络组成的高通滤波器和低通滤波器，它们的截止频率ｆC均为1／2πRC。
正弦交流电路_正弦交流电路的频率特性;串联谐振
希望保留的频率范围称为通带 希望抑制的频率范围称为阻带
U
i
+
( j
−
)
选频 网络
U
+ o−(
j
)
第二章 正弦交流电路
( ) arctan( ) 0
T ( j )
1
0.707 通
阻
带
带
T ( j ) 0 ( )
2
0
0
( )
0
T ( j ) 0.707 ( )
4
0 4
0 ——截止（转折）频率
2
第二章 正弦交流电路
2.5 交流电路的频率特性
2.高通滤波电路
C
传递函数
T ( j )
第二章 正弦交流电路
2.5 交流电路的频率特性
2.5.1 频率特性的概念和传递函数 1.频率特性（频率响应）：
幅频特性: 电压或电流的大小与频率的关系。 相频特性: 电压或电流的相位与频率的关系。
+
U i ( j )
−
RLC
电路
+
U o ( j )
−
第二章 正弦交流电路
2.5 交流电路的频率特性
−
jC
T ( j )
1
1 j
0
幅
1
arctan
1 ( )2
0
0
相
0
1 RC
频 T ( j )
1
频 ( ) arctan( )
交流电路的频率特性
RC RC + 1
LC
§2 交流电路的频率特性分析
一、频率特性函数
•
H jw R Hww • E↑ ↑ 幅频特性 相频特性
频率特性函数
二、频率特性曲线 R
1 定性绘制方法
+
ui
C
_
w Uo
H w w
R
+
+
+
uo
_
•
•
U_i - jXC
Uo
_
•
HH( j(ww))
Uo (jw )
•
Ui (jw )
-20 0.1 -40 0.01
十倍频上升10倍
20dB/十倍频
+
+
+
•
Ui 1
- jwC
+
•
Uo
-
•
Ui jwL
+
•
Uo
1
•
+
Ui jwC
•
jwL Uo
-
-
-
-
H jw 1/ jwC
R + 1/ jwC
H jw jwL
R + jwL
H jw 1
1 + jwRC
H
jw
jw
2
+
jw jw
jwRC
H (w )
1
1 + (wRC )2
w -arctan(wRC)
2 对数频率特性——波特图
对数坐标 w — —对数
20log10 H w dB
w
w wC
H w
w
dB
正弦交流电路RC串联电路的频率特性
结论：R的变化引起 I 0 变化
R愈大 I 0 愈小（选择性差）
R愈小
I
愈大（选择性好）
0
谐振曲线分析（之二）
I
I0
分析：（1） I 0 不变
I0
U R
即U、R不变
01 02
不变， 变化。
（2）
改变
0
0
1 LC
结论：LC 的变化引起 0 变化
L 变小或 C 变小 0 变大
L 变大或 C 变大 0 变小
L2
e1
C
e2
e3
问题（二）：
信号在电路中产生的电流 有多 大？在 C 上 产生的电压是多少？
已知：
E1 10 μ V
RL2 20
L 2 250 μ H
C1 150 pF
所希望的信号
解答： f1 820 kHz
被放大了64倍。
X L XC L 2 f 1 1290
I
E1 R2
0.5
3-10-1 RC串联电路的频率特性
（一）低通滤波器 （二）高通滤波器 （三）带通滤波器 （四）带阻滤波器
（一）低通滤波器
滤掉输入信号的高频成分，通过低频成分。
U i
R
C
U O
网络的传递函数：
T
j
U o U i
低通滤波器的传递函数
1
T
j
U o U i
j C
R 1
1
1 j RC
j C
1
tg 1 R C
Ui
rbe
替代后，在谐振 频率下放大倍数 将提高。该种频 率的信号得到较 好的放大，起到 选频作用。
（三）谐振滤波器：利用谐振进行选频、滤波
第6章放大器的频率特性-2
密勒定理
密勒定理: (a)
(b)
如果上图(a)的电路可以转换成图(b)
的电路，则:
Z1
Z
(1 Av)
式中
AV
=
VY VX
, 是在所关心的频率下
的小信号增益, 通常为简化计算, 我们一
Z2
Z
(
1
A
1 v
)
般用低频增益来代替AV, 这样足可以使我 们深入理解电路的频率特性。
) CGD
RSCGS
RD( CGD
CDB)
1
放大器的频率响应 Ch.6 # 13
共源放大器的频率特性（2）
V0
Vi
s2RSRD( CG SCG D
CG SCS B
( s CGD g m ) RD CGDCDB) s RS( 1 g mRD
) CGD
RSCGS
RD( CGD
CDB)
1
D
ωsp
1
第六章 放大器的频率响应
放大器的频率响应 Ch. 6 # 1
放大器的频率特性
前面我们对各种单级放大器的分析仅集 中在它们的低频特性上，忽略了器件的寄生 电容和负载电容的影响。然而在模拟电路中 ，电路的速度和其它性能指标是相互影响和 相互制约的(如增益↑，速度↓；速度↑，功耗 ↑；噪声↓，速度↓) : 可以牺牲其它指标来换 取高的速度，也可以牺牲速度指标来换取其 它性能指标的改善。因此理解单级放大器的 频率响应是深入理解模拟电路的重要基础。
Vout
KVL: Vin = RS[V1CGSS +(V1 + Vout )CGDS]+ V1 + Vout
《电工技术基础与技能》(第6章)单相正弦交流电路-单一元件的正弦交流电路-谐振电路-换路定律
2．电压与电流的关系
令
Im
CU m
Um XC
，将其代入式（6-10），可得纯电容电路中电流的瞬时值表达式为
i Im cos(t ) Im sin(t 90°)
又已知电压的瞬时值表达式为
u Um sin(t )
因此，在纯电容电路中电流比电压超前90° 或 2 ，这就是电压与电流的相位关系。 纯电容电路中电压、电流的最大值和有效值均符合欧姆定律，即
纯电阻电路
6.1.1 纯电阻电路
1．电压与电流的关系 上图所示的纯电阻电路中，R是一常数。设加在电阻两端的电压为
u Um sin(t ) 实验证明，纯电阻交流电路中电压、电流的最大值和有效值均符合欧姆定律，即
Um ImR 或 U I R
由于电压和电流的最大值及有效值只差一个常数，故电压和电流的相位相同。因
《电工技术基础与技能》
第六章 单相正弦交流电路
L/O/G/O
课件
目录
6.1 单一元件的正弦交流电路 6.2 电阻、电容、电感的串联电路 6.3 谐振电路 6.4 交流电路的功率因数 6.5 瞬态过程与换路定律 实训项目一 实训项目二
学习目标
L/O/G/O
✓理解电感、电容对交流电的阻碍作用，掌握感抗、容抗的概念和计算方法。 ✓掌握单一元件（电阻、电感、电容）交流电路的电压与电流关系。 ✓理解交流电路中瞬时功率、有功功率、无功功率、视在功率的概念和计算方法。 ✓理解RL，RC，RLC串联电路的阻抗概念，掌握电压三角形、阻抗三角形的应用。 ✓理解交流电路的功率因数以及提高功率因数的意义，了解提高功率因数的方法。 ✓掌握串、并联谐振电路的发生条件、特点以及谐振频率的计算。 ✓了解谐振电路的品质因数、谐振曲线、选频性、通频带以及它们之间的关系。 ✓了解瞬态过程的概念、换路定律以及电路初始值的计算方法。 ✓了解常用电光源的构造和应用场合，能够安装荧光灯电路、低压配电板。
交流电路的频率特性
交流电路的频率特性
在沟通电路中，电容元件的容抗和电感元件的感抗，都与频率有关,在电源频率肯定时，它们有一确定值。
但当电源电压或电流（激励）的频率转变（即使它们的幅值不变）时，容抗和感抗随着转变，而使电路中各部分所产生的电流和电压（响应）的大小和相位也随着转变。
响应与频率的关系称为电路的频率特性或频率响应。
电压和电流都是时间常数，在时间领域内对电路进行分析，所以常称为时域分析。
在频率领域内对电路进行分析，就称为频域分析。
所谓滤波就是利用容抗或感抗随频率转变而转变的特性，对不同频率输入信号产生不同的响应，让需要的某一频带的信号顺当通过，而抑制不需要的其他频率的信号。
滤波电路通常可分为低通，高通和带通等多种。
除了RC电路外其他电路也可以组成滤波电路。
电路输出电压与输入电压的比值称为电路的传递函数或转移函数，用T（j）表示，它是一个复数。
1.低通滤波器
即在谐振时，支路电流或时总电流的Q倍，也就是谐振时电路的阻抗模为支路阻抗模的Q倍。
交流电路的频率特性
2．高通滤波电路 传递函数为
设
幅频特性和相频特性随角频率 变化的整体情况如图 所示，从图中看到，以 作为分界点，高频信号很容易通 过，而低频信号的幅值下降很快，表明该电路具有高频通 过而抑制低频的能力，所以此电路称之为高通滤波电路。
电流 值在等于最大值 之间宽度称为通频带，即
是下限频率。
的70.7 %处，频率的上下限 ，式中 是上限频率，
Q大
Q小
通频带与品质因数成反比。 值越大，谐振曲线愈尖锐， 选择性越好，但通频带越窄。
例 3-5 将一线圈（
，
）与电容串联，接在
，
的电源上，问 为何值时电路发生谐振？
并求谐振电流 、电容端电压 、线圈端电压 及品质
使电路发生谐振。
串联谐振电路具有下列特征： （1）串联谐振时外加电压与电路电流同相（ ），因 此电路呈阻性。电源供给电路的能量全部消耗在电阻上，电 源与电路不存在能量交换，电感和电容之间相互交换能量， 以满足无功功率的需要。
即 与 在相位上相反， 相量模相等，互相抵消，外加 电压等于电阻电压，相量图如 图所示。
3．带通滤波电路 带通滤波器的传递函数
幅频特性
相频特性 设
由图可见，当
时，输出电压与输入电压同相，同时
输出也达到最大值
，并规定，当
等于最大值
的 70.7% 处之间频率的宽度称为通频带宽度，即
二、 谐振电路
对于任何含有电感和电容的电路，在一定频率下可以 呈现电阻性，即整个电路的总电压与总电流同相位，这种 现象称为正弦交流电路的谐振。
第6章 交流电力控制电路
第6章 交流电力控制电路1.关于单相交流调压电路带电阻性负载，以下叙述正确的是：A.为保证输出无直流成份，要求输出给负载的电压波形o u 正负半周对称，平均值为零；B.两只晶闸管都是在电源电压1u 过零时关断，并且一只晶闸管导通时的通态压降，对另一只晶闸管为反向偏压；C.由双向晶闸管组成的单相交流调压电路门极触发脉冲为高频脉冲列，并且在电压1u 过零点之前，应留出一定裕量角提前停止触发脉冲；D.负载电压有效值o U 、电路功率因数λ分别为：παπαπ-+=2sin 211U U o ，παπαπλ-+=2sin 212.关于单相交流调压电路带电感性负载(负载阻抗角()R L /arctan ωϕ=)，以下叙述正确的是：A.只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后，而无法使其超前；B.当ϕα>时，导通角︒<180θ，正负半波电流断续。
α越大，θ越小，波形断续越严重。
但此时交流电压可调；C.当ϕα=时，两只晶闸管的导通角θ均为︒180，电流o i 比电压1u 滞后ϕ角。
晶闸管对交流电压失去控制作用；D.当ϕα<时：若采用宽脉冲触发，输出电压、电流波形与ϕα=时相同，导通角θ恒为︒180，电流o i 比电压1u 滞后ϕ角。
晶闸管对交流电压失去控制作用；若采用窄脉冲触发，因为电感电压作用面积较大，L 被过充电，放电时间延长，使另一个晶闸管无法正常导通。
3.关于单相交流调压电路，以下叙述中不正确的是：A.输出电压可控时负载电压和负载电流均不是正弦波，含有大量谐波；B.能使输出电压可调的正常移相范围：︒=180~ϕα。
输出电流为正负半波断续(︒<180θ)的非正弦波形，α越大，则θ越小，电流波形断续加重；C.当ϕα≤时，若采用宽脉冲或高频脉冲列触发，则作用效果与交流开关完全短路的情况相图 单相交流调压电路同，不具备可控调压作用，1u u o =，o i 为连续正弦波(︒=180θ)；D.在电感性负载下，不能用窄脉冲触发，否则当ϕα<时会发生一只SCR 无法导通现象，输出电流出现很大的直流成份，会烧毁晶闸管和交流负载。
交流电路的特性
交流电路的特性
交流电路有以下几个特性：
1. 相位差：交流电路中，电压和电流存在着一定的相位差，即电压和电流的变化时间不一致。
相位差可以用角度来表示，常用单位是度或弧度。
2. 频率：交流电路中的电压和电流是周期性变化的，它们的变化速度称为频率，通常用赫兹(Hz)来表示。
3. 阻抗：交流电路中电流和电压之间的关系可以用阻抗来描述。
阻抗是一个复数，包括电阻和电抗两个分量。
电阻代表电流通过电路时产生的能量损耗，电抗则代表电流在电路中的能量储存和释放。
4. 电感和电容：交流电路中常见的两种电抗元件是电感和电容。
电感具有储存和释放磁能的特性，当电流变化时，电感会阻碍电流的变化。
电容则具有储存和释放电能的特性，当电压变化时，电容会尝试保持电压的稳定。
5. 幅值和峰值：交流电路中的电流和电压是周期性变化的，它们的最大值称为幅值，通常用伏特(V)来表示。
峰值则是幅值的一半。
这些特性共同决定了交流电路的性能和行为，对于电路的设计和分析非常重要。
电力电子技术课件第6章交流交流变流电路
图6-10 不同角时负载相电压波形 a)=30° b)=60°
16
6.1.2 三相交流调压电路
√90°≤<150°范围内，电路处于两个晶
闸管导通与无晶闸管导通的交替状态，每个
晶闸管导通角度为300°-2，而且这个导通
☞uo由若干段电源电压拼接而成， 在uo的一个周期内，包含的电源电 压段数越多，其波形就越接近正弦 波。
25
6.3.1 单相交交变频电路
图6-14 理想化交交变频电 路的整流和逆变工作状态
■整流与逆变工作状态 ◆以阻感负载为例，把电路等效成图6-
14a，二极管体现了交流电流的单方向性。
◆设负载阻抗角为，则输出电流滞后 输出电压角，两组变流电路采取无环流
Pin 29370.697
U1Io 22019 .16
12
6.1.1 单相交流调压电路
■斩控式交流调压电路
VD1 V1 i1
◆工作原理
u1
☞用V1，V2进行斩波控制，用V3，V4给
V2 VD2
V3
VD4
R
uo
VD3 V4 L
负载电流提供续流通道。
图6-7 斩控式图4交-7流调压电路
☞设斩波器件（V1，V2）导通时间为ton，
√ t3~t4阶段：uo和io均为负，反组整 流，输出功率为正。
√ t4~t5阶段：uo反向，io仍为负，反 组逆变，输出功率为负。 ◆结论
☞哪组变流电路工作由io方向决定， 与uo极性无关。
流过零线，3的整数倍次谐波是同相位的，不能在 各相之间流动，全部流过零线。
◆三相三线带电阻负载时的工作原理 ☞任一相导通须和另一相构成回路，因此电流
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6.1.3 串联谐振曲线
• 对于RLC串联电路，其复阻抗为
Z R j L 1 1 L C arctan RC R 2 源自L 12C
• 它的幅频特性与相频特性分别为
6.1.1 串联谐振现象
• 当改变L或C的参数时，谐振频率将随之发 生改变。 • 而当改变R的参数时，谐振频率不变，但幅 频特性曲线的尖锐程度将有所改变。 • 这些实验现象将在下面的内容中一一进行 讨论。
6.1.1 串联谐振现象
• 如图所示为RLC串联电路的相量模型，其复 1 阻抗为 Z R j L C 1 1 • 当L ，即 时，X=0，Z=R， LC C 电路为纯阻性。
6.1.2 串联谐振特性
• (5) 谐振时，电源提供的能量全部被电阻所 消耗。 • 谐振时，端口电压与电流同相。 • 根据交流电路平均功率的定义可知，此时 电路消耗的功率为电压与电流有效值的乘 积，即电源提供的能量全部由电阻所消耗。 • 电感元件和电容元件之间存在着磁场和电 场能量的相互转换，不需要电源提供无功 功率。
U L0 U C 0 QU 15.8 10 158mV
6.1.3 串联谐振曲线
• 1．频率特性曲线 • 电路中的电压、电流和阻抗随正弦信号的 频率而变化的关系称为频率特性或频率响 应。 • 其中复数量的模随频率变化的关系称为幅 频特性，相位角随频率变化的关系称为相 频特性。 • 用来表示幅频特性和相频特性的曲线称为 幅频特性曲线和相频特性曲线。
• (3) 谐振时，感抗与容抗相等且等于电路的 特性阻抗。 • 谐振时，电抗X=0，则 1 1 L 0 L L 0 C C LC • 式中，称为谐振电路的特性阻抗，它只与 L、C有关，是衡量电路特性的一个重要参 数，单位为欧姆()。
6.1.2 串联谐振特性
6.1.2 串联谐振特性
• 通常情况下，Q >>1，即UL0=UC0=QU>>U。 • 所以串联谐振又被称为电压谐振。 • 由于这两个电压相位相反，相互抵消，其 和相量为零。 U RI • 端口电压等于电阻电压，即 U R0 0 • 需要注意的是，电子通信技术中，信号较 小，需要通过谐振获得较大的信号。 • 但在电力系统中，需要避免出现谐振现象， 因为谐振时过大的电压和电流将会损坏电 气设备。
• 特性阻抗 • 品质因数
L 25 103 158 6 C 1 10
158 Q 15.8 R 10
6.1.2 串联谐振特性
• (2)谐振电流
U 10 I0 1mA R 10
• 电阻电压
U R0 U 10mV
• 电感电压和电容电压
• 当电源频率(或角频率)等于电路的固有频率 (或频率)，即=0时，电路谐振。 • 当电源频率一定时，可以通过改变C(或L)的 值，使电路的固有频率等于电源频率，从 而使电路谐振。 • 这个过程称为调谐。
6.1.2 串联谐振特性
• (1) 谐振时电路的阻抗最小，且为纯电阻。 • 谐振时，电路的电抗为0，则
• (4) 谐振时，电感元件与电容元件上的电压 大小相等，相位相反，其值远大于端口电 压。 • 谐振时，感抗与容抗都相等，则其端电压 也相等，即 U L 0 U C 0 I 0 U QU R • 定义 Q 为电路的品质因数，它与R、L、
R
C的参数有关。
与 I同相，这种现象称为串联谐振。 U • 此时，
6.1.1 串联谐振现象
• 当电路参数一定时，定义
0
1 LC
f0 1 2 LC
• 为电路的固有角频率或固有频率。 • 固有频率(或角频率)只由电路参数L、C决定， 与电源频率无关。
6.1.1 串联谐振现象
第6章 交流电路的频率特性
• 6.1 串联谐振电路 • 6.2 并联谐振电路 • 6.3 认识非正弦周期信号
• 6.4 滤波器
6.1 串联谐振电路
• 由第5章的5.3节和5.4节可知，当满足一定 条件时，RLC串联电路或RLC并联电路会产 生谐振现象。 • 此时，电路呈现纯阻性，其电抗或电纳为 零。 • 6.1.1 串联谐振现象 • 6.1.2 串联谐振特性 • 6.1.3 串联谐振曲线 • 6.1.4 串联谐振的通频带
Z0 Z0 R2 X 2 R
• 可见，此时的阻抗最小，且为纯电阻。 • (2) 谐振时电路的电流最大，且与端口电压 U 同相。 U I 0 • 谐振时， Z0 R • 可见，此时电压与电流同相。由于谐振时 的阻抗最小，则此时的电流最大。
6.1.2 串联谐振特性
6.1.2 串联谐振特性
• 例6-1 RLC串联谐振电路中，已知R=10， L=25mH，C=1F，U=10mV，试求： • (1) f0、 和 Q； • (2) I0、UR0、UL0和UC0。
6.1.2 串联谐振特性
• 解：(1)谐振频率
f0 1 2 LC 1 2 25 103 1 106 1006 .6Hz
6.1.1 串联谐振现象
• 实验6-1：串联谐振 • 由实验可知，在图示电路参数下，谐振频率在 5kHz左右，此时的相位差为0。 • 当偏离谐振频率时，幅度将下降，且偏离越远下 降越多。 • 相位差也会随着谐振频率的偏离而增大。 • 观察电压与电流波形可见，当输入频率大于谐振 频率时，电压与电流的相位差为正； • 反之，当输入频率小于谐振频率时，电压与电流 的相位差为负。