高頻電子線路02選頻網(wǎng)絡(luò)

1、 主要內(nèi)容主要內(nèi)容u2.1 串聯(lián)諧振回路（的選頻特性）串聯(lián)諧振回路（的選頻特性）u2.2 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路u2.3 阻抗變換阻抗變換u2.4 耦合回路耦合回路u2.5 集中選頻濾波器集中選頻濾波器 作用作用u選擇有用頻率分量而抑制掉無用頻率分量或噪聲選擇有用頻率分量而抑制掉無用頻率分量或噪聲 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域u小信號(hào)放大器、功率放大器、正弦波振蕩器小信號(hào)放大器、功率放大器、正弦波振蕩器u鑒頻器、阻抗變換電路鑒頻器、阻抗變換電路第第2 2章章 選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò) 選頻網(wǎng)絡(luò)分類選頻網(wǎng)絡(luò)分類u振蕩回路（諧振回路）：由振蕩回路（諧振回路）：由L、C元件構(gòu)成元件構(gòu)成 單振蕩回路、耦合振蕩回路單振蕩

2、回路、耦合振蕩回路u濾波器：濾波器： LC濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷濾波器、聲表面濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷濾波器、聲表面波濾波器波濾波器第第2章章 選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò) 引引 言言-待解決的問題待解決的問題 什么是諧振電路？什么是諧振電路？ 諧振電路的特點(diǎn)？諧振電路的特點(diǎn)？ 描述諧振回路的基本參數(shù)？描述諧振回路的基本參數(shù)？ 時(shí)諧電路中時(shí)諧電路中L、C的特性？的特性？ 諧振電路中的能量傳輸問題諧振電路中的能量傳輸問題 什么是什么是Q值？值？預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)高頻電路中的電阻高頻電路中的電阻電阻的高頻等效電路電阻的高頻等效電路 u 一個(gè)實(shí)際的電阻器，在低頻時(shí)主要表現(xiàn)為電一個(gè)實(shí)際的電阻器，在低頻時(shí)主

3、要表現(xiàn)為電阻特性，但在高頻使用時(shí)，還表現(xiàn)有電抗特性阻特性，但在高頻使用時(shí)，還表現(xiàn)有電抗特性的一面。的一面。u 電阻器的高頻特性與制作電阻的電阻器的高頻特性與制作電阻的材料材料、電阻、電阻的的封裝形式封裝形式和和尺寸大小尺寸大小有密切關(guān)系。有密切關(guān)系。u 一個(gè)電阻一個(gè)電阻R的高頻等效電路如圖所示的高頻等效電路如圖所示, 其中其中, CR為分布電容為分布電容, LR為引線電感為引線電感, R為電阻。為電阻。 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí) (a) (a) 電容器的等效電路電容器的等效電路; ; （b b） 電容器的阻抗特性電容器的阻抗特性 電容器的高頻等效電路電容器的高頻等效電路 l電容定義電容

4、定義:由介質(zhì)隔開的兩導(dǎo)體即構(gòu)成電容。由介質(zhì)隔開的兩導(dǎo)體即構(gòu)成電容。l每個(gè)電容器都有一個(gè)自身諧振頻率。當(dāng)工作頻率小每個(gè)電容器都有一個(gè)自身諧振頻率。當(dāng)工作頻率小于自身諧振頻率時(shí)，電容器呈正常的電容特性，但于自身諧振頻率時(shí)，電容器呈正常的電容特性，但當(dāng)工作頻率大于自身諧振頻率時(shí)，電容器將等效為當(dāng)工作頻率大于自身諧振頻率時(shí)，電容器將等效為一個(gè)電感。一個(gè)電感。高頻電路中的電容高頻電路中的電容預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)l高頻電感器一般由導(dǎo)線繞制（空心或有磁芯、單層或多層）高頻電感器一般由導(dǎo)線繞制（空心或有磁芯、單層或多層）而成（也稱電感線圈）。而成（也稱電感線圈）。 lRFCs（RF coils）高頻扼流線圈）高頻

5、扼流線圈l在中短波波段和米波波段，在中短波波段和米波波段，高頻電感可等效為電感和電阻的高頻電感可等效為電感和電阻的串聯(lián)。若工作頻率更高，等效電路應(yīng)考慮電感兩端總的分布串聯(lián)。若工作頻率更高，等效電路應(yīng)考慮電感兩端總的分布電容，它應(yīng)與電感并聯(lián)。電容，它應(yīng)與電感并聯(lián)。l高頻電感器也具有自身諧振頻率，在自諧振頻率上，高頻電高頻電感器也具有自身諧振頻率，在自諧振頻率上，高頻電感的阻抗的幅值最大，而相角為零。如圖所示。感的阻抗的幅值最大，而相角為零。如圖所示。 預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)高頻電路中的電感高頻電路中的電感圖中圖中R R是電感的損耗電阻。電容的是電感的損耗電阻。電容的電阻較小忽略，直接給出串聯(lián)回電阻較小

6、忽略，直接給出串聯(lián)回路的主要基本參數(shù)。路的主要基本參數(shù)。2.1 LC串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路諧振條件：諧振條件： 01X=L-C2.1.1 基本原理基本原理012fLC 諧振頻率諧振頻率 回路總阻抗：回路總阻抗： 1Z=R+j L-C空載幅頻和相頻特性：空載幅頻和相頻特性： 221Z= R + L-CL-1/C=arctanR 諧振條件：諧振條件： 01X=L-C回路空載值回路空載值: :0001LQRRC Rs + C Vs RL L R 值值(品質(zhì)因數(shù))的定義的定義: 即在一個(gè)周期內(nèi)，電路儲(chǔ)存的電磁能量與損耗能量的比值的即在一個(gè)周期內(nèi)，電路儲(chǔ)存的電磁能量與損耗能量的比值的22倍倍。在諧振狀

7、態(tài)下：在諧振狀態(tài)下：WsWs不隨時(shí)間變化，即諧振電路不與外界交換無功功不隨時(shí)間變化，即諧振電路不與外界交換無功功率，就是在諧振狀態(tài)下穩(wěn)定的儲(chǔ)存在電路中的電磁能，這些能量是在率，就是在諧振狀態(tài)下穩(wěn)定的儲(chǔ)存在電路中的電磁能，這些能量是在諧振電路開始接通時(shí)經(jīng)歷的暫態(tài)過程中由外電路輸入給它的。達(dá)到穩(wěn)諧振電路開始接通時(shí)經(jīng)歷的暫態(tài)過程中由外電路輸入給它的。達(dá)到穩(wěn)定的振蕩以后，為了維持振蕩，外電路需要不斷的輸入有功功率，以定的振蕩以后，為了維持振蕩，外電路需要不斷的輸入有功功率，以補(bǔ)償補(bǔ)償R R的損失，但在諧振狀態(tài)下，無需供給無功功率，由此可見，的損失，但在諧振狀態(tài)下，無需供給無功功率，由此可見，Q Q值反

8、映了一個(gè)諧振電路儲(chǔ)能的效率值反映了一個(gè)諧振電路儲(chǔ)能的效率。2SRWQW 串聯(lián)電路諧振時(shí)串聯(lián)電路諧振時(shí)阻抗最小，等于阻抗最小，等于R R；電流最大且與電源同相；電流最大且與電源同相；電感及電容兩端電壓模相等，且等于外加電壓的電感及電容兩端電壓模相等，且等于外加電壓的QQ倍；倍；且電感電壓與電源同相；電容電壓與電源反向且電感電壓與電源同相；電容電壓與電源反向2.1.2串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路特性特性x容性x=LO感性L1C01CzR0 x容性x=LO感性L1C01Cx容性x=LO感性L1C01Cx容性x=LO感性L1C01C0 = X = 0Z = RLCX X0 X 0LCX X0 X 11時(shí)，

9、則簡(jiǎn)化為：時(shí)，則簡(jiǎn)化為：2pespsRQ RXX 圖圖( (a a) )是電感是電感L L、電容、電容C C和外加信號(hào)源和外加信號(hào)源I Is s組成的并聯(lián)諧振回路。組成的并聯(lián)諧振回路。R R是電感是電感L L的損耗電阻，電容的損耗一般可以忽略。由前述串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換關(guān)系可以的損耗電阻，電容的損耗一般可以忽略。由前述串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換關(guān)系可以得到（得到（b b）圖。）圖。 g gp p和和R Rp p分別稱為回路諧振電導(dǎo)和回路諧振電阻分別稱為回路諧振電導(dǎo)和回路諧振電阻。 .LC并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路 2.2.1 2.2.1 LCLC并聯(lián)諧振回路選頻特性并聯(lián)諧振回路選頻特性回路空載時(shí)阻抗的幅頻特性

10、和相頻特性回路空載時(shí)阻抗的幅頻特性和相頻特性： 2p2p1C-1/LZ=-arctang1g + C-L 回路諧振電導(dǎo)回路諧振電導(dǎo):p2p01Rg =R( L) 回路總導(dǎo)納：回路總導(dǎo)納：pp1Y=g +j C-gjBL諧振頻率：諧振頻率：pp11B=0 =f =LC2 LC或或pppppppppR C1Q =R Cg LLg 回路空載回路空載Q值：值：2/pesessRQ RQXRN( f )1理 想 的 幅 頻 特 性實(shí) 際 的 幅 頻 特 性0.70.1 f3 f1 f0 f2 f4 BW0.7 BW0.1 f022p22pppp222ppV11N(f)=V21+Q1+Q111+1+Q2f

11、f/ 歸一化諧振曲線歸一化諧振曲線pp2fQ=1f p0.721pfBW =f -f =Q半功率帶寬半功率帶寬1) p時(shí)，時(shí)，B p時(shí)，時(shí)， B 0呈容性。呈容性。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：BwO電納電納wCB =wC 1wL1Lw感性感性容性容性wP并聯(lián)諧振特性并聯(lián)諧振特性YOpG回路阻抗值最大，即回路阻抗值最大，即總電流最小幾乎等于零；總電流最小幾乎等于零；當(dāng)信號(hào)源為電流源時(shí)，回路電壓最大，即當(dāng)信號(hào)源為電流源時(shí)，回路電壓最大，即電感及電容兩端電流方向相反，模幾乎相等，且等電感及電容兩端電流方向相反，模幾乎相等，且等于外加電流的于外加電流的Qp倍倍pR ；0spV

12、= I R并聯(lián)諧振時(shí)，并聯(lián)諧振時(shí)，信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻的影響信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻的影響 阻抗變換電路是一種負(fù)載阻抗匹配電路。阻抗變換電路是一種負(fù)載阻抗匹配電路。 阻抗變換電路對(duì)于提高整個(gè)阻抗變換電路對(duì)于提高整個(gè)電路的性能具有重要作用?？紤]信號(hào)源內(nèi)阻電路的性能具有重要作用?？紤]信號(hào)源內(nèi)阻s和負(fù)載電阻和負(fù)載電阻L后，并聯(lián)諧振后，并聯(lián)諧振回路的電路如下圖所示?；芈返碾娐啡缦聢D所示。 并聯(lián)諧振回路與信號(hào)源和負(fù)載的連接并聯(lián)諧振回路與信號(hào)源和負(fù)載的連接 sIRsCLRe0RLsIRCL(b)(a)回路的空載回路的空載值為值為 000001eeRQgLL回路有載回路有載值為值為 001eRQgLL 通頻帶為

13、通頻帶為 00 7efBWQ.其 中 ， 回 路 總 電 導(dǎo)其 中 ， 回 路 總 電 導(dǎo), , 回 路 總 電 阻回 路 總 電 阻 R=RsRLRe0，s和和L分別分別是信號(hào)源內(nèi)電導(dǎo)和負(fù)載電導(dǎo)。是信號(hào)源內(nèi)電導(dǎo)和負(fù)載電導(dǎo)。 sLe0g =g +g +g =1/R 可見，可見，e e0 0，且并聯(lián)接入的，且并聯(lián)接入的s s和和L L越小，則越小，則e e越小，越小，回路選擇性越差。因此，必須設(shè)法盡量消除接入信號(hào)源和負(fù)回路選擇性越差。因此，必須設(shè)法盡量消除接入信號(hào)源和負(fù)載對(duì)回路的影響。利用載對(duì)回路的影響。利用LCLC元件的各自特性和元件的各自特性和LCLC回路的選頻特回路的選頻特性可以組成兩類阻

14、抗變換電路。性可以組成兩類阻抗變換電路。 Is C L R + C Vs L R 互偶互偶RgLCYZsVsIIV串聯(lián)諧振回路與并聯(lián)諧振回路比較串聯(lián)諧振回路與并聯(lián)諧振回路比較(a) (a) 串聯(lián)諧振回路的阻抗特性；串聯(lián)諧振回路的阻抗特性；(b) (b) 并聯(lián)諧振回路的阻抗特性并聯(lián)諧振回路的阻抗特性 Z()()Z()2()02Z()()()2Z()02l串聯(lián)諧振回路與并聯(lián)諧振回路空載時(shí)的阻抗特性曲線串聯(lián)諧振回路與并聯(lián)諧振回路空載時(shí)的阻抗特性曲線 可見，串聯(lián)在諧振頻率點(diǎn)的阻抗最小可見，串聯(lián)在諧振頻率點(diǎn)的阻抗最小, ,通過電流通過電流0000最大最大; ;并聯(lián)在諧振頻率點(diǎn)的阻抗最大并聯(lián)在諧振頻率點(diǎn)的

15、阻抗最大, ,兩端電壓兩端電壓U U0000最大。最大。 在實(shí)際選頻應(yīng)用時(shí)，在實(shí)際選頻應(yīng)用時(shí)， 串聯(lián)回路適合與信號(hào)源和負(fù)載串聯(lián)串聯(lián)回路適合與信號(hào)源和負(fù)載串聯(lián)連接連接; ;并聯(lián)回路適合與信號(hào)源和負(fù)載并聯(lián)連接。并聯(lián)回路適合與信號(hào)源和負(fù)載并聯(lián)連接。 Is C L R 損耗電阻損耗電阻Q高LC1p 對(duì)于高對(duì)于高QQ值并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率與串聯(lián)諧值并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率與串聯(lián)諧振回路相近，諧振阻抗可以通過串聯(lián)支路的串并聯(lián)互振回路相近，諧振阻抗可以通過串聯(lián)支路的串并聯(lián)互換得到。換得到。 Is C L Rp CRLRQRLRP2p22p并聯(lián)諧振回路的其他形式當(dāng)品質(zhì)因數(shù)足夠高時(shí)當(dāng)品質(zhì)因數(shù)足夠高時(shí)LC1p

16、2p212p1pp)(LRRGGG 對(duì)于高對(duì)于高QQ值并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率與串聯(lián)諧值并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率與串聯(lián)諧振回路相近，諧振阻抗可以通過串聯(lián)支路的串并聯(lián)互振回路相近，諧振阻抗可以通過串聯(lián)支路的串并聯(lián)互換得到，換得到，總損耗可認(rèn)為在總損耗可認(rèn)為在L L支路上。支路上。2p21212pp)(1)(CRRRRLZ并聯(lián)諧振回路的其他形式 為了減小信號(hào)源或負(fù)載電阻對(duì)諧振回路的為了減小信號(hào)源或負(fù)載電阻對(duì)諧振回路的影響，影響，信號(hào)源或負(fù)載電阻信號(hào)源或負(fù)載電阻不是直接接入回路，不是直接接入回路，而是經(jīng)過一些簡(jiǎn)單的變換電路，將它們而是經(jīng)過一些簡(jiǎn)單的變換電路，將它們部分接部分接入入回路?；芈?。 常用的

17、電路形式有常用的電路形式有變壓器耦合變壓器耦合連接、連接、自自耦變壓器抽頭耦變壓器抽頭電路和電路和雙電容抽頭雙電容抽頭電路，下面分電路，下面分別介紹。首先，討論負(fù)載電阻的部分接入問題。別介紹。首先，討論負(fù)載電阻的部分接入問題。抽頭式并聯(lián)電路的阻抗變換 C P1 C L RL P2 Is Rp Is Rp R L (a) (b) V V + - + - VL + - 1. 變壓器耦合連接變壓器耦合連接21LVP=R2L2LVP =R12P= P12N 1N221LLLL2L2NV1R=R=R=RVNp接入系數(shù)接入系數(shù)L21VNp = 1L221LLLL2L2LV1R=R=R=RVLp接入系數(shù)接入

18、系數(shù)L21VLp = 1VL功率守恒功率守恒 C RL P L R L C b) a) V VL + - + - L1L2抽頭式并聯(lián)電路的阻抗變換3. 電容抽頭電路電容抽頭電路21LVP=R2L2LVP=R12P= P2LLL2LV1R=R=RVp接入系數(shù)接入系數(shù)LVp = 1V功率守恒功率守恒 C2 RL P L R L C b) a) C1 V VL + - + - 抽頭式并聯(lián)電路的阻抗變換3. 電容抽頭電路電容抽頭電路2L1CRCCVVp112L2CC21122121CCCCCCCC C2 RL P L R L C b) a) C1 V VL + - + - 抽頭式并聯(lián)電路的阻抗變換21

19、PPssspIIVVIdbabsab2IVP 以上討論了負(fù)載電阻的部分接入問題，下面，討以上討論了負(fù)載電阻的部分接入問題，下面，討論論信號(hào)源及其內(nèi)阻的部分接入問題信號(hào)源及其內(nèi)阻的部分接入問題。sdb1IVPs2abdbs2s1RVVRpR Is C Rs RL a b d I s R s d b C L RL 抽頭式并聯(lián)電路的阻抗變換p為自耦合變壓器的接入系數(shù)為自耦合變壓器的接入系數(shù)上面分析了外接負(fù)載為純阻的情況。而當(dāng)外接負(fù)上面分析了外接負(fù)載為純阻的情況。而當(dāng)外接負(fù)載包括電抗成分時(shí)，上述等效變換關(guān)系仍然適用。載包括電抗成分時(shí)，上述等效變換關(guān)系仍然適用。 CL C RL P C L L R L C d d b b a L2L221L2abdb1RpRLLRVVRLL2L2dbabLCpCVVC抽頭式并聯(lián)電路的阻抗變換 為了減小信號(hào)源與負(fù)載并在回路兩端對(duì)回路性能的影響。為了減小信號(hào)源與負(fù)載并在回路兩端對(duì)回路性能的影響。采用部分接入（抽頭）方式。采用部分接入（抽頭）方式。 接入系數(shù)接入系數(shù)p實(shí)為抽頭與回路兩端（