交流电路的频率特性

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所属分类:电工基础

在交流电路中,电容元件的容抗和电感元件的感抗,都与频率有关,在电源频率一定时,它们有一确定值。但当电源电压或电流(激励)的频率改变(即使它们的幅值不变)时,容抗和感抗随着改变,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改变。响应与频率的关系称为电路的频率特性频率响应

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改变而改变的特性,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利通过,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转移函数,用T(j)表示,它是一个复数。

1.低通滤波器

表示变化的特性称为幅频特性,表示变化的特性称为相频特性,两者通称为频率特性。
通常规定:当输出电压下降到输入电压的70.7%,即
下降到0.707时为最低限。此时,而将频率范围称为通频带,称为截止频率,它又称为半功率点频率或3dB频率。

2.高通滤波器

电路的传递函数为

3.带通滤波器

电路的传递函数为

在具有电感和电容元件的电路中,电路两端的电压与其中的电流一般是不同相的。如果我们调节电路的参数和电源的频率而使它们同相,这时电路中就发生谐振现象

由发生串联谐振的条件得出谐振频率

串联谐振具有以下特征:

(1)电路的阻抗模最小。因此在电源电压U不变的情况下电路中的电流将在谐振时达到最大值,即在图3.10.7中分别画出阻抗模和电流等随频率变化的曲线。

(2)由于电源电压与电路中电流同相,因此电路对电源呈现电阻性。电源供给电路的能量全部北电阻所消耗,电源与电路之间不发生能量的互换。能量的互换只发生在电感线圈和电容器之间。

(3)由于感抗与容抗相等,于是电感与电容上的电压幅值相等,相位相反,互相抵消,对整个电路不起作用,因此电源电压与电阻上的电压相等。

或者与电源电压的比值通常用Q来表示

Q称为电路的品质因数或简称为Q值。

并联谐振具有以下特征:

(1)谐振时电路的阻抗模为其值最大。

(2)由于电源电压与电路中的电流同相,因此,电路对电源呈现电阻性,谐振时电路的阻抗模相当于一个电阻。

在谐振时并联支路的电流近于相等,而且比总电流大许多倍,因此,并联谐振也称为电流谐振。

与总电流的比值为电路的品质因数

即在谐振时,支路电流时总电流Q倍,也就是谐振时电路的阻抗模为支路阻抗模的Q倍。

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