【电赛公开课】模拟电路基础知识讲座_第03课_阻抗与滤波器

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查看: 19433回复: 12 发表于 2018-12-11 10:11:08   只看该作者
关于电赛公开课
模拟电路基础知识讲座》由TI邀请青岛大学傅强老师录制,深入浅出的介绍了与模拟电路及电源相关的基础知识,帮助大家由浅入深地了解产品,更轻松的进行产品的选型和设计。
本课程共计80节视频内容,视频解析文字课40节,每周二、周四更新,欢迎同学观看学习。

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本节文字课程相关视频:

在上一节【电阻、电容与电感】中我们通过电阻、电容、电感的特性方程分析了电路的动态特性,即任何一瞬间电路的电压电流情况。本节我们将用阻抗的观点来看待电阻、电容和电感三种电子元件,这将有助于我们分析电路中滤波器是如何产生的。

1 元件的阻抗
       电路中如果只有电阻元件,我们可以很容易的通过欧姆定律的分压关系,得到各个电阻上的电压是多少。电容电感在电路中的作用可以看成是容抗和感抗在起作用,它们统称为阻抗,与电阻一样具有相同的量纲“欧姆”。表1所示为元件的阻抗列表。
1.jpg
表1元件的阻抗



(1)电阻的阻抗就是R本身,与电信号的频率无关,并且电阻上的电流电压是同相位的。
(2)电容的阻抗与电信号的频率成反比,频率越高阻抗越小,我们可以理解电容的静态特性为“隔直通交”。与电阻不同的是,使用容抗的时候要考虑电容上电压电流的相位差,电流超前电压90°。关于到底是电流超前还是电压超前,不要死记硬背,而是理解。我们这么想就可以了,电容是阻碍电压变化的元件,所以当然是电压落后电流,也就是电流超前电压90°。
(3)电感的阻抗与电信号的频率成正比,频率越高阻抗越大。由于电感是阻碍电流变化的元件,所以电感上电流是滞后电压90°的。
有一个经典的考察对阻抗认识程度的题如图1所示,问中点处电压值。电容阻抗与电阻阻抗相等都为1Ω,这意味着不需要指明信号的频率。多数人都会不假思索的回答是0.5V,但正确答案是0.707V。
2.jpg
图1 考察阻抗知识点的经典问题


2 滤波器原理
正是由于电容和电感的阻抗与频率有关,才使得电路中有了滤波器。搭配电阻、电容和电感三种元件,可以实现低通、高通、带通等滤波功能。根据数学表达式,电容和电感的特性是对称的,但是真实世界中电感元件的成本远高于电阻和电容,所以多数情况下只用电阻和电容来制作滤波器,本书也只讨论RC滤波器的情况。
如图2所示,一个电阻和一个电容对输入信号进行分压,取电容上的电压作为输出,即构成了低通滤波器。(由于电阻上的电压相位与电流相位相同,所以图2中使用R两端电压仿真代替电流)

3.jpg
图2 低通滤波电路


根据阻抗分压原理,输出电压uO的表达式为:
8.jpg (1)
式1说明,输出电压幅值随频率增加而减少,所以图2电路为低通滤波器。

1)由向量图3可以得输出电压落后输入电压,电角度为:
4.jpg (2)

6.jpg
图3 低通滤波器的向量图


2)图4为低通滤波电路的瞬时现象仿真图,可观察到输出电压uO落后于输入电压uI。输出电压(电容电压)上的电压相位落后电流相位90°。

7.jpg
图4 低通滤波器的输入输出电流电压波形


如图5所示,一个电阻和一个电容对输入信号进行分压,取电阻上的电压作为输出,即构成了高通滤波器。

9.jpg
图5 高通滤波电路


根据阻抗分压原理,输出电压uO的表达式为:
10.jpg (3)
式3说明,输出电压幅值随频率增加而增加,所以图5电路为高通滤波器。

3)由向量图6可以得到输出电压超前输入电压,电角度为:
11.jpg (4)

12.jpg
图6 高通滤波器的向量图


4)图7为高通滤波电路的瞬时现象仿真图,可观察到输出电压uO超前于输入电压uI。输出电压(电阻电压)上的电压相位与电流相位相同。

13.jpg
图7 高通滤波器的输入输出电流电压波形

以上就是本节公开课的全部内容,通过本节课程的学习,你收获了什么?
欢迎大家留言作答以下题目,答案将在本周四公布。在答案公布前作答正确的同学,还将获得5枚赫兹币奖励哦~

课后问题
图1中的中点处电压为什么是0.707V?
参考答案:问题1:图1中总阻抗为Z=R+1/jXc,其中R和Xc均为1Ω。


电路中的电流: image002_副本_副本.jpg

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R和C串联,总阻抗是平方和开根号

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1V/(1²+1²)½Ω*1 V=0.707V

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发表于 2018-12-13 23:04:27   只看该作者
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liujie 发表于 2018-12-13 12:08
1V/(1²+1²)½Ω*1 V=0.707V

感谢感谢

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发表于 2019-7-12 20:47:28   只看该作者

谢谢老师,请问为什么视频播放不了啊

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学到了学到了高通和低通怎么看

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谢谢老师

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杨文渊 发表于 2021-4-24 15:27
1*1/(1+j)取模得到0.707

很好的理解

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正弦交流电有效值U=Um/√2

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