高頻電子線路02選頻網(wǎng)絡(luò)課件

主要內(nèi)容2.1串聯(lián)諧振回路（ＬＣ的選頻特性）2.2并聯(lián)諧振回路2.3阻抗變換2.4耦合回路2.5集中選頻濾波器作用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)域小信號(hào)放大器、功率放大器、正弦波振蕩器鑒頻器、阻抗變換電路第2章選頻網(wǎng)絡(luò)

選頻網(wǎng)絡(luò)分類振蕩回路（諧振回路）：由L、C元件構(gòu)成單振蕩回路、耦合振蕩回路濾波器：LC濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷濾波器、聲表面波濾波器第2章選頻網(wǎng)絡(luò)引言-待解決的問題什么是諧振電路？諧振電路的特點(diǎn)？描述諧振回路的基本參數(shù)？時(shí)諧電路中L、C的特性？諧振電路中的能量傳輸問題什么是Q值？預(yù)備知識(shí)高頻電路中的電阻電阻的高頻等效電路一個(gè)實(shí)際的電阻器，在低頻時(shí)主要表現(xiàn)為電阻特性，但在高頻使用時(shí)，還表現(xiàn)有電抗特性的一面。電阻器的高頻特性與制作電阻的材料、電阻的封裝形式和尺寸大小有密切關(guān)系。一個(gè)電阻R的高頻等效電路如圖所示,其中,CR為分布電容,LR為引線電感,R為電阻。

預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí)(a)電容器的等效電路;（b）電容器的阻抗特性電容器的高頻等效電路電容定義:由介質(zhì)隔開的兩導(dǎo)體即構(gòu)成電容。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。高頻電路中的電容預(yù)備知識(shí)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）。RFCs（RFcoils）高頻扼流線圈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)。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。

預(yù)備知識(shí)高頻電路中的電感圖中R是電感Ｌ的損耗電阻。電容的電阻較小忽略，直接給出串聯(lián)ＬＣ回路的主要基本參數(shù)。2.1LC串聯(lián)諧振回路諧振條件：2.1.1基本原理諧振頻率

回路總阻抗：空載幅頻和相頻特性：諧振條件：回路空載Ｑ值:Ｑ值(品質(zhì)因數(shù))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2π倍。在諧振狀態(tài)下：Ws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，以補(bǔ)償R的損失，但在諧振狀態(tài)下，無需供給無功功率，由此可見，Q值反映了一個(gè)諧振電路儲(chǔ)能的效率。串聯(lián)電路諧振時(shí)阻抗最小，等于R；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Q倍；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

特性，阻抗最小，純電阻；，呈感性；，呈容性歸一化諧振函數(shù)：

其中，Ｉ是任意頻率時(shí)的回路電流，Ｉ0是諧振電流。稱為廣義失諧通頻帶：用半功率頻帶寬度定義Q值與頻率帶寬的關(guān)系對(duì)固定頻率的諧振電路，回路Q值越高，通頻帶越窄，二者矛盾。(Q值越大，諧振電路的選擇性越好)由Q值的定義推導(dǎo)LC串聯(lián)諧振電路Q值表達(dá)式。思考題與習(xí)題20、21？2.1.3相頻特性由于人耳聽覺對(duì)于相位特性引起的信號(hào)失真不敏感，所以早期的無線電通信在傳遞聲音信號(hào)時(shí)，對(duì)于相頻特性并不重視。但是，近代無線電技術(shù)中，普遍遇到數(shù)字信號(hào)與圖像信號(hào)的傳輸問題，在這種情況下，相位特性失真要嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。由圖可見，Q值愈大，相頻特性曲線在諧振頻率ω0附近的變化愈陡峭。但是，線性度變差，或者說，線性范圍變窄。考慮信號(hào)源內(nèi)阻RS和負(fù)載電阻RL后，回路Q值將下降，稱其為等效品質(zhì)因數(shù)QL。為了區(qū)別起見，把沒有考慮信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻時(shí)回路本身的Q值叫做無載Q值(或空載Q值)，用Q0表示；而把考慮信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻時(shí)的Q值叫做有載Q值，用QL表示?？梢姡盘?hào)源內(nèi)阻越大選擇性越差，所以串聯(lián)LC諧振電路更適合含低內(nèi)阻電源電路；串聯(lián)諧振回路的選擇性雖變壞，但通頻帶加寬。電源內(nèi)阻與負(fù)載電阻的影響 串聯(lián)單振蕩回路由電感線圈（包括其損耗電阻）和電容器構(gòu)成，電抗元件電感和電容不消耗外加電動(dòng)勢(shì)的能量，消耗能量的只有損耗電阻。1.能量關(guān)系思考題與習(xí)題20.21電容和電感的瞬時(shí)功率電容和電感的瞬時(shí)儲(chǔ)能(設(shè)起始儲(chǔ)能為零)電容和電感的伏安特性方程思考題與習(xí)題20.21設(shè)諧振時(shí)回路中電流電容上電壓電容的瞬時(shí)儲(chǔ)能電感的瞬時(shí)儲(chǔ)能思考題與習(xí)題20.21回路的品質(zhì)因數(shù)所以回路總的瞬時(shí)儲(chǔ)能思考題與習(xí)題20.21串聯(lián)諧振回路中的能量關(guān)系思考題與習(xí)題20.21就能量關(guān)系而言，所謂“諧振”，是指：回路中儲(chǔ)存的能量是不變的，只是在電感與電容之間相互轉(zhuǎn)換；外加電動(dòng)勢(shì)只提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路的等幅振蕩，而且諧振回路中電流最大。思考題與習(xí)題20.21串聯(lián)諧振回路中的能量關(guān)系電感上儲(chǔ)存的瞬時(shí)能量的最大值與電容上儲(chǔ)存的瞬時(shí)能量的最大值相等。能量W是一個(gè)不隨著時(shí)間變化的常數(shù)，這說明整個(gè)回路中儲(chǔ)存的能量保持不變，只是在線圈和電容器之間相互轉(zhuǎn)換，電抗元件不消耗外加電源的能量。外加電源只是提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路的等幅振蕩，諧振時(shí)振蕩器回路中的電流最大。2.2并聯(lián)LC諧振回路串、并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換要使Ｚp＝Ｚs，必須滿足:

按類似方法也可以求得:由Q值的定義可知：得阻抗轉(zhuǎn)換公式當(dāng)Qe>>1時(shí)，則簡(jiǎn)化為：

圖(a)是電感L、電容C和外加信號(hào)源Is組成的并聯(lián)諧振回路。R是電感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)系可以得到（b）圖。gp和Rp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2.2.1LC并聯(lián)諧振回路選頻特性回路空載時(shí)阻抗的幅頻特性和相頻特性：回路諧振電導(dǎo):

回路總導(dǎo)納：諧振頻率：回路空載Q值：歸一化諧振曲線半功率帶寬1)

<p時(shí)，B<

0呈感性；2)

=p時(shí)，B=0呈純阻性；3)>

p時(shí)，B>

0呈容性。阻抗性質(zhì)隨頻率變化的規(guī)律：BwO電納wCB=wC－1wL1Lw－感性容性wP并聯(lián)諧振特性wOpw回路阻抗值最大，即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Qp倍并聯(lián)諧振時(shí)，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Ｒs和負(fù)載電阻ＲL后，并聯(lián)諧振回路的電路如下圖所示。

并聯(lián)諧振回路與信號(hào)源和負(fù)載的連接回路的空載Ｑ值為回路有載Ｑ值為通頻帶為其中，回路總電導(dǎo) ,回路總電阻RΣ=Rs∥RL∥Re0，ｇs和ｇL分別是信號(hào)源內(nèi)電導(dǎo)和負(fù)載電導(dǎo)。

可見，Ｑe＜Ｑ0，且并聯(lián)接入的Ｒs和ＲL越小，則Ｑe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)載對(duì)回路的影響。利用LC元件的各自特性和LC回路的選頻特性可以組成兩類阻抗變換電路?；ヅ即?lián)諧振回路與并聯(lián)諧振回路比較(a)串聯(lián)諧振回路的阻抗特性；(b)并聯(lián)諧振回路的阻抗特性串聯(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,通過電流Ｉ00最大;并聯(lián)在諧振頻率點(diǎn)的阻抗最大,兩端電壓U00最大。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)連接;并聯(lián)回路適合與信號(hào)源和負(fù)載并聯(lián)連接。

損耗電阻對(duì)于高Q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)互換得到。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)對(duì)于高Q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)互換得到，總損耗可認(rèn)為在L支路上。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)諧振回路的影響，信號(hào)源或負(fù)載電阻不是直接接入回路，而是經(jīng)過一些簡(jiǎn)單的變換電路，將它們部分接入回路。常用的電路形式有變壓器耦合連接、自耦變壓器抽頭電路和雙電容抽頭電路，下面分別介紹。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1.變壓器耦合連接接入系數(shù)功率守恒N1N2抽頭式并聯(lián)電路的阻抗變換2.自耦合變壓器接入系數(shù)功率守恒L1L2抽頭式并聯(lián)電路的阻抗變換3.電容抽頭電路接入系數(shù)功率守恒抽頭式并聯(lián)電路的阻抗變換3.電容抽頭電路抽頭式并聯(lián)電路的阻抗變換以上討論了負(fù)載電阻的部分接入問題，下面，討論信號(hào)源及其內(nèi)阻的部分接入問題。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) 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。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。采用部分接入（抽頭）方式。接入系數(shù)p實(shí)為抽頭與回路兩端（指電感/電容）的電壓比。信號(hào)源與負(fù)載從抽頭接入，等效折合到回路兩端，電阻變大

1/p2

倍，電容減小p2

倍，電流源減小p倍。等效折合的原則：等效前后的功率不變阻抗變換電路小結(jié)【例】某接收機(jī)輸入回路的簡(jiǎn)化電路如圖所示。已知Ｃ1=5pF，Ｃ2=15pF，Ｒs=75Ω，ＲL=300Ω。為了使電路匹配，即負(fù)載ＲL等效到