正弦信号的基本概念.ppt

第4章正弦稳态电路分析关于正弦信号的基本概念第1页，共18页，星期日，2025年，2月5日4.1正弦信号的基本概念4.1.1正弦信号的三要素正弦信号的大小与方向都是随时间作周期性变化的，信号在任一时刻的值，称为瞬时值。在指定的参考方向下，正弦电流、电压的瞬时值可表示为i(t)=Imsin(ωt+θi)(4―1)u(t)=Umsin(ωt+θu)(4―2)现以i(t)为例，说明正弦信号的三要素。第2页，共18页，星期日，2025年，2月5日式(4―1)中，Im是正弦信号在整个变化过程中可能达到的最大幅值，称为振幅或最大值。(ωt+θi)是正弦信号的相位，t=0时的相位θi称为初相位，简称初相，单位是弧度(rad)或度(°)。通常规定初相在|θi|≤π范围内取值。一个正弦信号，若与时间轴原点间隔最近的正向(信号值由负到正)过零点位于原点左侧时，θi＞0；否则，θi≤0。ω=d(ωt+θi)/dt称为角速度或角频率，单位是弧度/秒(rad/s),它表示正弦信号变化的快慢程度。第3页，共18页，星期日，2025年，2月5日式(4―1)表明，若知道了正弦信号的振幅、角频率和初相，就能完全确定它随时间变化的全过程，所以常称振幅、角频率和初相为正弦信号的三要素。由于正弦信号变化一周，其相位变化2π弧度，因此，角频率ω也可表示为(4―3)第4页，共18页，星期日，2025年，2月5日式中T为正弦信号的周期，单位是秒(s)。f为频率，单位是赫兹(Hz)。当频率很高时，常用千赫兹(kHz)或兆赫兹(MHz)作单位，其转换关系是1MHz=103kHz=106Hz正弦电流i(t)的波形图如图4.1所示。图4.1(a)中横坐标变量是时间t;图4.1(b)中横坐标变量是ωt。第5页，共18页，星期日，2025年，2月5日图4.1正弦电流的波形第6页，共18页，星期日，2025年，2月5日4.1.2相位差正弦信号经过微分、积分运算或几个同频率正弦信号相加、相减运算后的结果仍是同频率的正弦信号。因而在相同频率的正弦信号激励下，线性非时变电路的稳态响应都是同频率的正弦信号。两个同频率正弦信号在任一时刻的相位之差称为相位差。假设同频率的正弦电流和电压为i(t)=Imsin(ωt+θi)u(t)=Umsin(ωt+θu)第7页，共18页，星期日，2025年，2月5日则其相位差?θ=(ωt+θi)-(ωt+θu)=θi-θu如果θ=θi-θu＞0，如图4.2(a)所示，则表示随着t的增加，电流i要比电压u先到达最大值或最小值。这种关系称i超前于u或u滞后于i,其超前或滞后的角度都是θ；如果θ＜0,如图4.2(b)所示，则结论恰好与上面情况相反。第8页，共18页，星期日，2025年，2月5日图4.2相位差第9页，共18页，星期日，2025年，2月5日如果θ＜0,如图4.2(b)所示，则结论恰好与上面情况相反。如果θ=0，则称i与u同相。如图4.2(c)所示，表示i与u同时达到最小值、零值与最大值。如果θ=±π，则称i与u反相。此时，如图4.1(d)所示，当i达到最大值时，u却为最小值，反之亦然。第10页，共18页，星期日，2025年，2月5日例1已知正弦电流i1、i2和正弦电压u3分别为?i1(t)=5sin(ωt+30°)Ai2(t)=-10sin(ωt+45°)AU3(t)=15cos(ωt+60°)V试比较i1与i2、i1与u3间的相位关系。第11页，共18页，星期日，2025年，2月5日解比较两个正弦信号的相位关系时，除要求它们的频率或角频率相同外，还应注意信号的函数类型为正弦