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电路理论基础课后答案(哈工大陈希有)第9章

答案9.1解:由分压公式得:U U H R/)(j =ωRCRC C R R ωωωj 1j )j /(1+=+= )j (ωH 具有高通特性,令21)j (c =ωH 得截止频率RC1c =ω,通带范围为∞~c ω答案9.2解:由阻抗并联等效公式得:Ω+=+=---33636310j 110)10j /(110)10j /(10)j (ωωωωZ 阻抗模及幅角分别为:233)10(110)j (ωω-+=Z , )10arctan()(3ωωθ--= 令2/1)j (c =ωZ求得截止角频率rad/s 103c =ω,故通带及阻带分别为:通带=ω0~rad/s 103,阻带=ωrad/s 103~∞。

幅频特性和相频特性如图(b)和(c)所示。

(b)--答案9.3解:等效输入阻抗)1()j j ()j 1j ()(j j j j )j (122121212211C R LR C L R R C L R R C L R R CR CR L R L R Z ωωωωωωωωω++++++=-++⨯=取极端情况,令0=ω,得20)j (R Z ==ωω; 令∞→ω,得1)j (R Z =∞→ωω。

由)j (ωZ 不随频率变化得R R R ==21,式(1)简化为)j 1j ()j 1j (2)j 1j ()j 1j (2)j (22C L RC L R C L R CL RC L R C L R C L R C L R Z ωωωωωωωωω+++++=+++++= 由)j (ωZ 为实数得:CL R R C L R R C L =+=2,2 故当C L R R ==21时端口电流与端口电压的波形相似,此时C L Z =)j (ω。

答案9.4解: RC 并联的等效阻抗RCRC R C R Z RC ωωωj 1j /1j /+=+=RC RCZ L Z U U H +==ωωj /)j (12 RL LC RC L R R /j 11)j 1(j 2ωωωω+-=++= 幅频特性222)/()1(1)j (R L LC H ωωω+-=当0→ω时,1)j (=ωH ;当∞→ω时,0)j (=ωH所以它具有低通特性。

答案9.5解:由KVL 及分压公式得1db cb 2)j 1j 1j 1(U CR R C R C U U U ωωω+-+=-= 整理得RC RCU U H ωωωj 1j 1)j (12+-== 其幅频特性1)(1)(1)j (2222=++=RC RC H ωωω相频特性)arctg(2)(RC ωωϕ-=当ω从0变到∞时,)(ωϕ从0变化到π-。

注释:图中电路幅频特性为常量,与频率无关,具有全通特性,常用作移相。

答案9.6解:设1111111j j 1//C R R R C R Z ωω+==,2222222j j 1//C R R R C R Z ωω+== 由分压公式得:12122U Z Z Z U += )j 1()j 1()j 1()j (11222111212C R R C R R C R R UU H ωωωω++++== 当R 1C 1=R 2C 2时,得212)j (R R R H +=ω,此网络函数模及辐角均不与频率无关。

答案9.7解:因为电路处于谐振状态,故电感与电容串联电路相当于短路,因此有50S12121==+I UR R R R Ω代以Ω=1001R ,解得Ω=1002R 又因为电路处于谐振状态,所以Ω==100C L X X 故有V 5021S 12=⨯+==L L L X R R IR X I U答案9.8解:(1)根据题意,电路发生谐振时,存在下列关系:⎪⎩⎪⎨⎧======V10A1/rad/s 10/14LI U R U I LC L ωω解得⎪⎩⎪⎨⎧==Ω=F 10mH 11.0μC L R 品质因数1001.010===U U Q L(2)V 9010V 901001)(j ︒-∠=︒-∠⨯︒∠==C I U Cω 即有V )90cos(210︒-=t u C ω答案9.9解:由串联谐振规律得:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===∆==Ω=R L Q Q LC R /rad/s100/rad/s10/1100030ωωωω 解得⎪⎩⎪⎨⎧==Ω=1μμC H 1100L R答案9.10解:(1)F 10034.132.0)8752(117220-⨯=⨯⨯==πωL C Qωω=∆,5.3250/875/0==∆=ωωQR L Q /0ω=,Ω=⨯⨯==65.5025.3/32.08752/0πωQ L R谐振频率为Hz 759)14121(021c ≈⨯++-=f QQ f Hz 1009)14121(02c2≈⨯++=f Q Q f(2) 谐振时电路的平均功率为:W 071.165.502)65.502/2.23(2200=⨯==R I P在截止频率处,电流下降至谐振电流0I 的2/1,故功率减小到0P 的一半,所以当Hz 759=f 和Hz 1009=f 时,电路平均功率均为W 535.02/0==P P (3)V 2.812.235.3=⨯===QU U U C L答案9.11解: 谐振时C L ωω/1=,即)/(12L C ω=)4/(122L f π=由上式求得,当kHz 550=f 时 pF 262≈C ,当6.1=f MHz 时pF 31≈C 所以可变电容C 的变化范围应为pF 262~31答案9.12解:当两线圈顺接时,等效电感H 05.0221=++=M L L L谐振角频率s rad 10102005.011361=⨯⨯==-LC ω 取V 06︒∠=U,则谐振时的电流 A 04.0A 1050621︒∠=+︒∠=+=R R U I由互感的元件方程得:j12)V4(0.4]V j100.4j20)10[(j )j (j8)V 2(0.4]V j100.4j10)5[(j )j (1212211111+=⨯+⨯+=++=+=⨯+⨯+=++=I M I L R U I M I L R U ωωωω两线圈电压的有效值分别为V 24.882221=+=U ,V 65.12124222=+=U 当两线圈反接时,等效电感H 01.0221'=-+=M L L L 谐振角频率rad/s 10236.2102001.01362⨯=⨯⨯=-ωj8.95)V4(0.4A j22.36)10(j )j (2V A 4.05j )j (2222221211+=⨯Ω+=-+==⨯Ω=-+=I M I L R U I M I L R U ωωωω此时两线圈电压的有效值分别为V 21=U ,V 8.995.84222=+=U答案9.13解:(1)消去互感后,得图(b )所示等效电路。

I当等效电感M 和电容C 发生串联谐振时,即μF 1110/1/162=⨯==M C ω, ab 端相当于短路,端电压为零,则电流I 也为零。

所以电流I 的最小值为0min =I (2)先分析ab 端的等效导纳,由图(b)得CM M L R Y ωωω/j j 1)(j 12ab -+-+=])()(/11[j )(222222222M L R M L M C M L R R -+---+-+=ωωωωω由于电容C 变化时,ab Y 的实部不变,所以,当并联部分发生谐振时,ab Y 最小,电压ab S ab /Y I U =为最大,因此电流I 也为最大。

令0)()(/1122222=-+---M L R M L M C ωωωω得μF 2.0F 102342)(622222=⨯⨯+=-+-=-M L L R M L C ω 由分流公式求得:︒-∠=--=-++--=4522j 24j )(j )/1(j )/1(j 2SS S I I I M L R C M C M I ωωωωω 故当μF 2.0=C 时,mA 14.142S max ==I I答案9.14解:电路达到谐振时,有F 39.63F 10160)100(11322μπω≈⨯⨯==-L CΩ====24.501C X L X C L ωω谐振时电流A 55.10122179≈==R U I 故电容器的端电压V 03.530≈=I X U C C , 线圈的端电压V 94.54422≈+=L L X R I U答案9.15解:端口等效阻抗]1)(j[)()(j j j 1)j (222222CL R LR L R R L L R R L C Z ωωωωωωωωω-+++=+⨯+=(1)令[]0Z Im =;解得谐振角频率220LLC R R -=ω将0ω代回式(1),得RC L Z =)j (0ω答案9.16解:)(j 11)j j 1()j (S L R CR U L C R R U I I H RR ωωωωω-+=-+== 20022)(11)(11)j (ωωωωωωω-+=-+=Q L R CR H R 其中LC 10=ω,L R CR Q 00ωω==,画出幅频特性如图(b)所示。

由幅频特性可以看出)j (ωR H 是带通函数 在截止频率处2)(12=-+L R CR ωω由此解得RLC LC R L L C 24221++-=ω,RLCLCR L L C 24222++=ω QRC LRC L f C C 0121222ωωωπω===-=∆=∆所以F 1059.11021011944-⨯≈⨯⨯=∆=πωR C H 1059.11059.1)102(11592620--⨯=⨯⨯⨯==πωC L答案9.17解:由谐振时阻抗为Ω310得 Ω=1000R RLC 并联电路带宽:Q /0ωω=∆(参考题9.16)由带宽与谐振角频率及品质因数的关系得:10/0=∆=ωωQRLC 并联电路的品质因数为10/0==G C Q ω 由上式求得:μF 10)10001000/(10/100=⨯==ωG C 由C L 00/1ωω=得H 1.0H )1010/(1/15620=⨯==-C L ω答案9.18解:因为电感、电容处于并联谐振状态,相当于开路所以01=i ,Ω=-==100C L X L X ωA 901.0A 90100010j S 2︒∠=︒-∠︒∠===C C X U I I A )90cos(141.02︒+==t i i C ωA )90cos(141.0︒-=-=t i i C L ω 答案9.19解:对图示电路,谐振时感抗等于容抗Ω==200)/(1L C ωω 故μF 52.0101162=⨯==L C ω谐振时电阻电流等于电流源源电流,故Ω=Ω⨯===40001.02002S I X I I U R C C R答案9.20解:由分压公式求得:LLCR R RCR R L CRRC R C R L C R C R U U H ωωωωωωωωωωωj )j 1j (j 1)j 1j j (j 1j )j (2iO +-=+++=+++==若输出电压u o 中正弦分量占滤波前的5%,则相当于%5)()()j (222=+-=L LCR R RH ωωω 代入数值解得F 183.0μ≈C答案9.21解:当1L 、C 对基波发生并联谐振时,滤波器能够阻止电流的基波通至负载,由此得:CL ωω11=(1)解得mH 254.0)2(11221≈==Cf C L πω当1L 、C 与2L 组成的电路对九次谐波发生串联谐振时,九次谐波可以顺利地通至负载,由此得到:0j9)9j /(1j9121=++L L C ωωω(2)将式(1)代入式(2)解得H 17.3181112μω≈-=CL L L。

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