高頻電子線路課件

1、第二章 選頻網(wǎng)絡(luò)高頻電子線路中常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有：高頻電子線路中常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有： 所謂選頻（濾波）所謂選頻（濾波）, 就是選出需要的頻率分量和濾除不需就是選出需要的頻率分量和濾除不需要的頻率分量。要的頻率分量。單振蕩回路單振蕩回路耦合振蕩回路耦合振蕩回路選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路（由振蕩電路（由L、C組成）組成）各種濾波器各種濾波器LC集中濾波器集中濾波器石英晶體濾波器石英晶體濾波器陶瓷濾波器陶瓷濾波器聲表面波濾波器聲表面波濾波器v 2.1 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路v 2.2 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路v 2.3 串、并聯(lián)阻抗的等效互換與串、并聯(lián)阻抗的等效互換與 回路抽頭時(shí)的阻抗變換回路抽頭時(shí)的阻

2、抗變換v 2.4 耦合回路耦合回路v 2.5 濾波器的其他形式濾波器的其他形式2.1 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路vLC諧振回路是高頻電路里最常用的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)， 包括串聯(lián)回路和并聯(lián)回路兩種結(jié)構(gòu)類型。 v利用LC諧振回路的幅頻特性和相頻特性，不僅可以進(jìn)行選頻，即從輸入信號(hào)中選擇出有用頻率分量而抑制掉無(wú)用頻率分量或噪聲(例如在選頻放大器和正弦波振蕩器中)，而且還可以進(jìn)行信號(hào)的頻幅轉(zhuǎn)換和頻相轉(zhuǎn)換(例如在斜率鑒頻和相位鑒頻電路里)。另外，用L、 C元件還可以組成各種形式的阻抗變換電路和匹配電路。所以，LC諧振回路雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是在高頻電路里卻是不可缺少的重要組成部分，在本書所介紹的各種功能的高頻電路單元里

3、幾乎都離不開(kāi)它。2.1 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路v 2.1.1 基本原理基本原理v 2.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶帶v 2.1.3 串聯(lián)振蕩回路的相位特性曲線串聯(lián)振蕩回路的相位特性曲線2.1 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路 由電感線圈和電容器組成的單個(gè)振蕩電路，稱為由電感線圈和電容器組成的單個(gè)振蕩電路，稱為單振蕩回路。單振蕩回路。 Is C L R + C Vs L R 2.1 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路信號(hào)源與電容和電感串接，就構(gòu)成串聯(lián)振蕩回路。信號(hào)源與電容和電感串接，就構(gòu)成串聯(lián)振蕩回路。 + C Vs L R 2.1 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路 + C Vs

4、L R 高頻電子線路中的高頻電子線路中的電感線圈等效為電感電感線圈等效為電感L和損耗和損耗電阻電阻R的串聯(lián)；的串聯(lián)；電容器等效為電容電容器等效為電容C和損耗電阻和損耗電阻R 的的并聯(lián)。并聯(lián)。 通常，相對(duì)于電感線圈的損耗，電容的損耗很小，通常，相對(duì)于電感線圈的損耗，電容的損耗很小，可以忽略不計(jì)?？梢院雎圆挥?jì)。損耗電阻損耗電阻 L R C R RZww wO電抗電抗2.1.1 基本原理一、諧振現(xiàn)象一、諧振現(xiàn)象 + C Vs L R XRZj阻抗阻抗22XRZ)1( jCLRww容性容性感性感性wLX=wL1wCw01Cw0wX2.1.1 基本原理w wO電抗電抗容性容性感性感性wLX=wL1wCw

5、01CwXRZj阻抗阻抗22XRZRZw0w諧振頻率諧振頻率X 串聯(lián)單振蕩回路的諧振特性：其阻抗在某一特定串聯(lián)單振蕩回路的諧振特性：其阻抗在某一特定頻率上具有最小值（諧振狀態(tài)），而偏離此頻率時(shí)將頻率上具有最小值（諧振狀態(tài)），而偏離此頻率時(shí)將迅速增大。迅速增大。2.1.1 基本原理諧振條件諧振條件: :0100CLXww即信號(hào)頻率即信號(hào)頻率LC10w或或LCf210XRZj阻抗阻抗22XRZw wO電抗電抗容性容性感性感性wLX=wL1wCw01CwRZw0w諧振頻率諧振頻率X2.1.1 基本原理1. 諧振時(shí)，回路阻抗值最小，即諧振時(shí)，回路阻抗值最小，即Z=R； Z w R w0 諧振頻率諧振頻

6、率選頻特性曲線選頻特性曲線ZVS，具有帶通選頻特性。，具有帶通選頻特性。RVIS0當(dāng)信號(hào)源為電壓源時(shí)，回路電流最大，當(dāng)信號(hào)源為電壓源時(shí)，回路電流最大，二、諧振特性二、諧振特性 + C Vs L R 當(dāng)回路阻抗當(dāng)回路阻抗ZR，即為一，即為一個(gè)純電阻時(shí)，稱個(gè)純電阻時(shí)，稱為串聯(lián)諧振。為串聯(lián)諧振。2.1.1 基本原理1) w w w w0時(shí)，時(shí)， X w w0時(shí)，時(shí)， X 0呈感性。呈感性。2. 阻抗性質(zhì)隨頻率變化的規(guī)律：阻抗性質(zhì)隨頻率變化的規(guī)律：諧振時(shí)，電感、電容消失了！諧振時(shí)，電感、電容消失了！ + C Vs L R w wO電抗電抗容性容性感性感性wLx=wL1wCw01CwXXRZj阻抗阻抗)

7、1( jCLRww2.1.1 基本原理RVIS0ssVRLLRV00jjww實(shí)際上，諧振時(shí)：實(shí)際上，諧振時(shí)：諧振電流諧振電流 達(dá)到最大，且與達(dá)到最大，且與 同相同相LIVL000jwssVCRCRV001jj1wwCIVC000j1w又因?yàn)橛忠驗(yàn)镃L001ww所以所以00 CLVV + C Vs L R SV2.1.1 基本原理 為了表征諧振時(shí)為了表征諧振時(shí)電感電感L和電容和電容C兩端電壓值的大小兩端電壓值的大小，引用電感線圈的品質(zhì)因數(shù)引用電感線圈的品質(zhì)因數(shù)RLQw線圈的線圈的Q值常在幾十到一、二百左右。值常在幾十到一、二百左右。 L R ssVRLLRV00jjwwLIVL000jwssVC

8、RCRV001jj1wwCIVC000j1w特性阻抗：特性阻抗：CLCL001ww2.1.1 基本原理考慮到，諧振時(shí)考慮到，諧振時(shí)ssVRLLRV00jjwwLIVL000jwssVCRCjRV001j1wwCIVC000j1wCL001wwCRRLQ0001wwsVQ0jsVQ0j3.串聯(lián)諧振時(shí)，電感和電容兩端的電壓模值大小相等，串聯(lián)諧振時(shí)，電感和電容兩端的電壓模值大小相等，且等于外加電壓的且等于外加電壓的Q倍；倍；由于由于Q值較高，必須預(yù)先注意值較高，必須預(yù)先注意回路回路元件的耐壓元件的耐壓?jiǎn)栴}。問(wèn)題。 + C Vs L R 稱為回路的品質(zhì)因數(shù)稱為回路的品質(zhì)因數(shù)定義：回路品質(zhì)因數(shù)指諧定義：

9、回路品質(zhì)因數(shù)指諧振時(shí)，回路感抗（或容抗）振時(shí)，回路感抗（或容抗）與電阻與電阻R的比值。的比值。2.1.1 基本原理 。二者的關(guān)系可以借助回路中的。二者的關(guān)系可以借助回路中的電流和電壓的相量圖求得。電流和電壓的相量圖求得。實(shí)際上，損耗是包含在線圈中的，所以電感線圈實(shí)際上，損耗是包含在線圈中的，所以電感線圈上的電壓上的電壓sLlVQVVj00諧振時(shí)諧振時(shí)sLVQVj0sCVQVj0sRVVO0IsV201 QVVsmmlo90smQV + C Vs L R 2.1.1 基本原理總結(jié)總結(jié)RVIs0，具有帶通選頻特性。，具有帶通選頻特性。1. 諧振時(shí)，回路阻抗值最小，即諧振時(shí)，回路阻抗值最小，即Z=R

10、；當(dāng)信號(hào)源為電壓源；當(dāng)信號(hào)源為電壓源時(shí)，回路電流最大，即時(shí)，回路電流最大，即1) w w w w0時(shí)，時(shí)， X w w0時(shí)，時(shí)，X 0呈感性。呈感性。2. 阻抗性質(zhì)隨頻率變化的規(guī)律：阻抗性質(zhì)隨頻率變化的規(guī)律：3.串聯(lián)諧振時(shí)，電感和電容兩端的電壓模值大小相等，且等于串聯(lián)諧振時(shí)，電感和電容兩端的電壓模值大小相等，且等于外加電壓的外加電壓的Q Q倍。倍。2.1.1 基本原理注意：線圈注意：線圈Q與回路與回路Q的區(qū)別的區(qū)別CRRLQ0001ww回路的品質(zhì)因數(shù)回路的品質(zhì)因數(shù)線圈的品質(zhì)因數(shù)線圈的品質(zhì)因數(shù)RLQwLC10wRCLR1(回路的回路的特性阻抗特性阻抗)二者的區(qū)別：回路二者的區(qū)別：回路Q0限定于諧

11、振時(shí)，線圈限定于諧振時(shí)，線圈Q無(wú)此限制。無(wú)此限制。二者的相同點(diǎn)：都表示回路或線圈中的損耗。二者的相同點(diǎn)：都表示回路或線圈中的損耗。 L R wwCLCLoo12.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶 1.定義：定義： 回路中電流幅值與外加電壓頻率之間的回路中電流幅值與外加電壓頻率之間的關(guān)系曲線稱為諧振曲線。關(guān)系曲線稱為諧振曲線。因此，表示諧振曲線的函數(shù)為因此，表示諧振曲線的函數(shù)為)()()(.0wwwIINRVCLRVss)1j(ww)1(CLRRwwj)(j00)() (j11wwwwwweNQ)(11000wwwww jRL2.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶 諧振曲線包括諧振曲線

12、包括幅頻特性幅頻特性曲線和曲線和相頻特性相頻特性曲線，分曲線，分別用別用N()和和()兩函數(shù)表示。僅對(duì)選頻特性而言，兩函數(shù)表示。僅對(duì)選頻特性而言，通常只關(guān)心幅頻特性通常只關(guān)心幅頻特性N()。針對(duì)幅頻特性，又分為兩。針對(duì)幅頻特性，又分為兩個(gè)方面：個(gè)方面：頻率選擇性頻率選擇性和和通頻帶通頻帶。)()()(.0wwwIIN)1(11)1(11)1( j000wwwwwwwwwCLRLjRCLjCLRR)(j00)() (j11wwwwwweNQ201wLC201wLC2.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶20020) (11)()()(wwwwwwwQIIN選頻特性曲線選頻特性曲線N()Q10見(jiàn)

13、右圖，頻率見(jiàn)右圖，頻率偏離偏離0越遠(yuǎn)，越遠(yuǎn)，N()下降得越多。下降得越多。)1( j)()()(.0CLRRIINwwwww)(j00)() (j11wwwwwweNQ 因此，可以用因此，可以用0 表示頻表示頻率偏離諧振的程度，稱為率偏離諧振的程度，稱為失諧量失諧量 。1. 頻率選擇性頻率選擇性w2.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶 對(duì)于同樣的對(duì)于同樣的頻率頻率和和0，回路的回路的Q值愈大，值愈大， N()下下降的越多降的越多。20020) (11)()()(wwwwwwwQIIN 回路的回路的Q值愈高，諧振曲線愈尖銳，對(duì)外加值愈高，諧振曲線愈尖銳，對(duì)外加電壓的選頻作用愈顯著，回路的選擇

14、性就愈好。電壓的選頻作用愈顯著，回路的選擇性就愈好。2.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶0w00000002020022wwwwwwwwwwwwwwwwwwwww 因此，要衡量電路偏離諧振的程度，必須包含因此，要衡量電路偏離諧振的程度，必須包含Q和和失諧量的綜合效果。失諧量的綜合效果。在在 附近有：附近有： 2202002011211) (11)()()(wwwwwwwwwQQIIN稱為通用形式的諧振特性方程稱為通用形式的諧振特性方程式，只適用于工作頻率離中心式，只適用于工作頻率離中心頻率很近的情況。頻率很近的情況。2.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶定義定義廣義失諧量，反映回路失

15、諧的相對(duì)程度廣義失諧量，反映回路失諧的相對(duì)程度wwwwwwwwwww0000QRLRCLRX01)(失諧電抗00000)(wwwwwwQ當(dāng)當(dāng)w w w w0，即失諧不大時(shí)即失諧不大時(shí)：0022ffQQww2.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶廣義失諧量廣義失諧量wwww00Q2200211) (11)0()()(wwwwQIIN幅頻特性函數(shù)幅頻特性函數(shù)N()和曲線分別為和曲線分別為用廣義失諧量表示的幅頻特性稱為通用形式的用廣義失諧量表示的幅頻特性稱為通用形式的諧振特性方程式。諧振特性方程式。僅適用在當(dāng)僅適用在當(dāng)w w w w0，即失諧不即失諧不大時(shí)。大時(shí)。串聯(lián)振蕩回路通用諧振曲線串聯(lián)振蕩回

16、路通用諧振曲線2.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶2. 通頻帶：通頻帶：衡量諧振回路的選擇性衡量諧振回路的選擇性當(dāng)回路的外加信號(hào)電壓的幅值保持不當(dāng)回路的外加信號(hào)電壓的幅值保持不變，頻率改變?yōu)樽?，頻率改變?yōu)閣=w1或或w=w2時(shí)，回時(shí)，回路電流等于諧振值的路電流等于諧振值的 倍，如圖所示，倍，如圖所示，則稱則稱w2-w1為回路的通頻帶。為回路的通頻帶。212.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶 Q 2 Q1 Q 2 12702www12702 fff.或回路回路Q值越高，選擇性越好，但通頻帶越窄，二者矛盾。值越高，選擇性越好，但通頻帶越窄，二者矛盾。2. 通頻帶：回路電路下通頻帶：回路

17、電路下降到諧振時(shí)電流降到諧振時(shí)電流 倍的倍的頻率范圍。頻率范圍。 21 f2、f1稱為邊界頻率稱為邊界頻率2.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶127 .02fff或1210027 . 0 )()(2wwwwwww21) (11)0()()(2002wwwwQIIN其絕對(duì)值為：其絕對(duì)值為：2.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶21,ww0w2111)()()(20wwwIIN在回路中在回路中 與與 非常相近，則非常相近，則1, 21212, 122000220001001QQQwwwwwwww2220001000212QQwwwwww 1220012000102QQwwwwwwww00

18、7 . 000127 . 02 ,2QffQwwww可以得出通頻帶與可以得出通頻帶與Q值的關(guān)系：值的關(guān)系：由此可見(jiàn)：通頻帶由此可見(jiàn)：通頻帶與與Q值成反比關(guān)系值成反比關(guān)系 ，Q值越高，選擇性值越高，選擇性越好，但通頻帶越越好，但通頻帶越窄。窄。2.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶v信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載電阻考慮信號(hào)源內(nèi)阻考慮信號(hào)源內(nèi)阻RS及負(fù)載電阻及負(fù)載電阻RL后，電路總電阻為：后，電路總電阻為：R+ RS + RL串聯(lián)回路諧振時(shí)的等效品質(zhì)因素串聯(lián)回路諧振時(shí)的等效品質(zhì)因素QL為：為：LSLRRRLQ0w可見(jiàn)可見(jiàn)RS + RL的作用使得回路的作用使得回路Q值降低。因而諧振曲線變鈍。值降低。因而諧振曲線變鈍。極限情況下，如果信號(hào)源是恒流源時(shí)，極限情況下，如果信號(hào)源是恒流源時(shí)， RS與與VS均趨于無(wú)限大，但二者比值為定值。均趨于無(wú)