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第9章非正弦周期电流电路-电路分析基础
第 9 章 非正弦周期电流电路
电子技术中广泛使用着非正弦周期信号,例如脉冲信号发生器、锯齿波发生器等。本章
首先介绍了非正弦周期量产生的原因, 其次讲述了非正弦周期信号的分解与合成, 在此基础上
对非正弦周期信号进行了谐波分析; 介绍了非正弦周期信号的频谱表示法及频谱的特点; 最后
对非正弦周期信号作用下线性电路的分析计算进行了研究。
本章的学习重点:
l 非正弦周期信号的谐波分析法;
l 非正弦周期信号的频谱分析法;
l 非正弦周期信号作用下线性电路的分析与计算。
9.1 非正弦周期信号
1、学习指导
(1)非正弦周期信号的产生
当电路中激励是非正弦周期信号时, 电路中的响应也是非正弦的;当不同波形的周期信号加到
电路中, 在电路中产生的电压和电流当然也是非正弦波;若一个电路中同时有几个不同频率的
正弦激励共同作用,电路中的响应一般也是非正弦量;电路中含有非线性元件时,即使激励是
正弦量,电路中的响应也可能是非正弦周期函数。
非正弦周期信号的波形变化具有周期性,这是它们的共同特点。
(2)非正弦周期信号的合成与分解
电子技术工程中大量使用着非正弦周期信号,当几个不同频率的正弦波合成时,其合成
的结果是一个非正弦波, 受此分析结果的启发, 设想一个非正弦周期信号也一定可以分解为一
系列的振幅不同、 频率成整数倍的正弦波, 由此引入了利用傅里叶级数表示非正弦周期信号的
分析方法。
2、学习检验结果解析
(1)电路中产生非正弦周期波的原因是什么?试举例说明。
解析:电路中产生非正弦周期波的原因一般有以下几个方面:
① 当电路中激励是非正弦周期信号时,电路中的响应当然也是非正弦的。例如实验设备
中的函数信号发生器,其中的方波和等腰三角波, 它们在电路中产生的电压和电流不再是正弦
的;
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② 同一电路中同时作用几个不同频率的正弦激励时,电路中的响应一般不再是正弦的。
例如晶体管放大电路,它工作时既有为静态工作点提供能量的直流电源,又有需要传输和放大
的正弦输入信号,在它们的共同作用下,放大电路中的电压和电流既不是直流,也不是正弦交
流,而是二者相叠加以后的非正弦波;
③ 当电路中含有非线性元件时,即使激励是正弦量,电路中的响应也可能是非正弦周期
函数。如半波整流电路,输入的是正弦波,经过非线性元件二极管后,成为一个非正弦的半波
整流。
(2)有人说: “只要电源是正弦的,电路中各部分的响应也一定是正弦波” ,这种说法对
吗?
解析:由 9.1.1 检验题的解析③可知,这种说法是错误的。
(3)试述基波、高次谐波、奇次谐波、偶次谐波的概念。
解析:基波也是 1 次谐波,是构成非正弦波的基本部分,其谐波频率与非正弦波相同。
非正弦波是一系列频率成整数倍的谐波分量的叠加,根据各次谐波频率为基波频率的 K 次倍,
分别把各次谐波分别称为 2 次谐波、3 次谐波、4 次谐波……,其中 2 次谐波及 2 次谐波以上
的均称为高次谐波;其中 K 等于偶数的谐波称为偶次谐波;K 为奇数的谐波称为奇次谐波。
(4)稳恒直流电和正弦交流电有谐波吗?什么样的波形才具有谐波?试说明。
解析:稳恒直流电和正弦交流电的波形十分平滑,不具有谐波。当波形中有跳变点或变
化不平滑时,波形中必定含有谐波,且跳变点越陡峭、变化越不平滑时,波形中的高次谐波成
分越显著。
9.2 谐波分析和频谱
1、学习指导
(1)谐波分析法
所谓的谐波分析法,,实质上就是对一个非正弦周期信号,找出它的一系列振幅按一定规
律递减、频率成整数倍递增的谐波的过程。本章从非正弦周期函数方波的合成与分解过程,引
入了以傅里叶级数展开式形式的谐波表达式, 并介绍了谐波、 高次谐波、 奇次谐波、 偶次谐波、
零次谐波及基波等概念。在此基础上,教材中给出了表 9.1 所示的一些典型非正弦周期信号的
波形及其傅里叶级数表达式, 使读者在工程实际应用中, 对很多常见的周期信号可省去对傅里
叶级数的求解过程,直接运用表中的傅里叶级数进行分析计算。
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