《電路應(yīng)用基礎(chǔ)》課件第5章

第5章諧振電路5.1串聯(lián)諧振

5.2串聯(lián)諧振電路的頻率特性

5.3串聯(lián)諧振電路的通頻帶

5.4并聯(lián)諧振

5.5并聯(lián)諧振電路的頻率特性和通頻帶應(yīng)用與訓(xùn)練本章小結(jié)習(xí)題五由于諧振是頻率選擇的基礎(chǔ)，因此電路中的諧振對(duì)于某些類型的電子系統(tǒng)的工作，特別是通信領(lǐng)域的電子系統(tǒng)的工作而言尤為重要。例如，收音機(jī)或者電視機(jī)接收器選臺(tái)的能力(選擇某個(gè)電臺(tái)的發(fā)射頻率，同時(shí)屏蔽其他電臺(tái)的頻率)就是基于諧振原理的。

本章主要分析串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路的諧振條件、特征和頻率特性。要充分理解諧振、諧振阻抗、品質(zhì)因數(shù)、通頻帶的概念，掌握串聯(lián)、并聯(lián)諧振電路的工作特點(diǎn)，能熟練掌握基本諧振電路的分析計(jì)算方法。

學(xué)習(xí)任務(wù)：

(1)諧振的概念；

(2)串聯(lián)諧振的條件；

(3)串聯(lián)諧振的特征。

獲取能力：

(1)掌握諧振的概念，以及串聯(lián)諧振發(fā)生的條件，會(huì)通過調(diào)節(jié)L或C的大小來獲得所需頻率。

(2)理解電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)的特征，會(huì)計(jì)算諧振電路的各種參數(shù)。5.1串聯(lián)諧振

圖5-1-1串聯(lián)諧振電路所謂諧振(reronantce)，是指含電容和電感元件的線性無源二端網(wǎng)絡(luò)對(duì)某一頻率的正弦激勵(lì)(達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí))所表現(xiàn)的端口電壓與電流同相的現(xiàn)象。能發(fā)生諧振的電路稱為諧振電路。諧振電路又分為串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路。本節(jié)討論串聯(lián)諧振電路。

串聯(lián)諧振電路由電感線圈和電容器串聯(lián)組成，其電路模型如圖5-1-1所示。其中，R和L分別為線圈的電阻和電感，C為電容器的電容。在角頻率為w的正弦電壓作用下，該電路的復(fù)阻抗為

式中，感抗XL＝wL；容抗 ；電抗X＝XL－

XC及阻抗角

均為電源角頻率w的函數(shù)。5.1.1串聯(lián)諧振的條件

諧振時(shí)和同相，即y＝0，所有電路諧振時(shí)應(yīng)滿足

(5-1-2)5.1.2串聯(lián)諧振的頻率及電路的固有頻率

當(dāng)電源角頻率w＝w0(或f＝f0)時(shí)，電路發(fā)生串聯(lián)諧振，由式(5-1-2)得

(5-1-3)

上式說明，R、L、C串聯(lián)電路諧振時(shí)w0(或f0)僅取決于電路參數(shù)L和C，當(dāng)L、C一定時(shí)，w0(或f0)也隨之而定，故稱w0(或f0)為電路的固有頻率。對(duì)于給定的R、L、C串聯(lián)電路，當(dāng)電源角頻率等于電路的固有角頻率時(shí)，電路發(fā)生諧振。

若電源頻率w一定，要使電路諧振，可以通過改變電路參數(shù)L或C，以改變電路的固有頻率w。使w＝w0時(shí)電路諧振。調(diào)節(jié)L或C使電路發(fā)生諧振的過程稱為調(diào)諧。由諧振條件可知，調(diào)節(jié)L或C使電路諧振，電感元件與電容元件的關(guān)系為

(5-1-4)5.1.3串聯(lián)諧振的特征

1．串聯(lián)諧振時(shí)的阻抗及電路的特性阻抗

串聯(lián)諧振時(shí)電路的電抗X＝0，因而電路的復(fù)阻抗

Z＝Z0＝R＋jX＝R

(5-1-5)

因此，串聯(lián)諧振時(shí)，阻抗最小且為純阻抗，而感抗和容抗分別為

(5-1-6)

(5-1-7)

(5-1-8)

其中，r稱為電路的特性阻抗，單位為W，r的大小僅取決于L和C。式(5-1-8)說明諧振時(shí)感抗和容抗相等，并且等于電路的特性阻抗r。

2．諧振時(shí)的電流

串聯(lián)電路諧振時(shí)，電路的復(fù)阻抗為純電阻Z0＝R，若設(shè)端口正弦電壓為(見圖5-1-1)，則電路中的電流

(5-1-9)

與端口電壓相同，其大小關(guān)系為

此時(shí)電流I0最大。

3．串聯(lián)諧振時(shí)的電壓及電路的品質(zhì)因數(shù)

(1)電阻上的電壓：

(5-1-10)

可見，串聯(lián)諧振時(shí)電阻上的電壓等于端口電壓(即電源電壓)。

(2)電感電壓和電容電壓：

(5-1-11)

(5-1-12)

其中

(5-1-13)

Q稱為電路的品質(zhì)因數(shù)。在實(shí)際電路中，Q值比較大(幾十到幾百)，所以串聯(lián)諧振時(shí)，電感和電容上的電壓往往高出電源電壓很多倍(

)，因此串聯(lián)電路也稱為電壓諧振。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)注意這一現(xiàn)象。

圖5-1-2串聯(lián)諧振時(shí)的電壓、電流相量圖

(3)串聯(lián)諧振時(shí)，端口電壓和電流的相量圖如圖5-1-2所示，從相量圖可以看出電路中各電壓間的關(guān)系為

4.串聯(lián)諧振時(shí)的功率

串聯(lián)電路諧振時(shí)，因?yàn)閥＝0，所以電路的無功功率為零，即

Q＝QL－QC＝UsIsiny＝0

上式說明，諧振時(shí)電感和電容之間進(jìn)行著能量的相互交換，而與電源之間無能量交換，電源只向電阻提供能量。

例5-1-1

圖5-1-1所示電路中，R＝10W，L＝50mH，C＝200PF，求電路的諧振頻率f0、特性阻抗r和品質(zhì)因數(shù)Q；若電源電壓Us＝1ｍV，求諧振時(shí)電路中的電流和電容兩端的電壓。

解由式(5-1-3)得

由式(5-1-7)得

由式(5-1-13)得

諧振時(shí)的電流為

諧振時(shí)的電容電壓可由式(5-1-11)求得

UC0＝QUs＝50×1×10－3＝0.05V

或

UC0＝XC0I0＝rI0＝500×0.1×10－3＝0.05V

例5-1-2收音機(jī)的調(diào)諧回路由接收線圈和可變電容器串聯(lián)組成，回路對(duì)于線圈中感應(yīng)的電臺(tái)信號(hào)可等效為R、L、C串聯(lián)電路，見圖5-1-3。若線圈電阻R＝20W，電感L＝250mH，當(dāng)調(diào)節(jié)可變電容器收聽到720kHz中央臺(tái)的廣播時(shí)，電容量為多大？電路的品質(zhì)因數(shù)為多少？

圖5-1-3例5-1-2用圖

解由題意知電路的固有頻率f0＝720×103Hz，由式(5-1-4)可得

由式(5-1-13)得

5-1-1串聯(lián)諧振有哪些特點(diǎn)？為什么串聯(lián)諧振又叫電壓諧振？

5-1-2已知RLC串聯(lián)電路中，R＝5W，L＝5ｍH，C＝2mF，則該串聯(lián)諧振電路的固有諧振頻率為多少？諧振的阻抗為多少？思考與練習(xí)

學(xué)習(xí)任務(wù)：

(1)串聯(lián)諧振電路的幅頻特性、相頻特性；

(2)串聯(lián)諧振電路的選頻特性。5.2串聯(lián)諧振電路的頻率特性

獲取能力：

(1)掌握串聯(lián)諧振電路阻抗和導(dǎo)納的頻率特性，即理解幅頻特性和相頻特性；

(2)理解并掌握串聯(lián)諧振電路選擇所需頻率信號(hào)的能力特性。

在RLC串聯(lián)電路中，當(dāng)外加電源電壓的頻率發(fā)生變化時(shí)，電路中的電流、電壓、阻抗、導(dǎo)納等都將隨頻率的變化而變化，這種隨頻率的變化關(guān)系稱為頻率特性，其中電流、電壓與頻率的關(guān)系曲線稱為諧振曲線。5.2.1阻抗和導(dǎo)納的頻率特性

當(dāng)電源頻率變化時(shí)，串聯(lián)諧振電路的復(fù)阻抗Z隨頻率變化，其中復(fù)阻抗的模值隨頻率的變化稱為幅頻特性，阻抗角隨頻率的變化稱為相頻特性，其特性曲線如圖5-2-1(a)、(b)所示。

圖5-2-1串聯(lián)諧振電路復(fù)阻抗的頻率特性曲線根據(jù) ，可類似地畫出復(fù)導(dǎo)納的模值隨頻率變化的曲線，稱為復(fù)導(dǎo)納的幅頻特性曲線，如圖5-2-2所示。

圖5-2-2串聯(lián)諧振電路的電流諧振曲線5.2.2電流的諧振曲線

在串聯(lián)電路中，回路電流

其模值為

(5-2-1)

由式(5-2-1)可知，由于Y隨w變化，所以I也隨w變化，電流的諧振曲線如圖5-2-2所示。由曲線分析可知，在w＝w0時(shí)，回路中的電流最大，若w偏離w0，電流將減小，即遠(yuǎn)離w0的頻率，回路產(chǎn)生的電流很小。這說明串聯(lián)諧振電路具有選擇所需頻率信號(hào)的能力，即可通過調(diào)諧選出w0點(diǎn)附近的信號(hào)，同時(shí)對(duì)遠(yuǎn)離w0點(diǎn)的信號(hào)給予抑制。因此，串聯(lián)諧振電路在實(shí)際電路中常作為選頻電路。下面討論當(dāng)外加電壓Us且電路參數(shù)L、C均不變時(shí)，以w／w0(或f／f0)為橫坐標(biāo)，I／I0為縱坐標(biāo)，繪出不同Q值的回路電流的諧振曲線，如圖5-2-2所示。從圖5-2-2所示曲線可看出：Q值越大，諧振曲線越尖銳，回路的選擇性越好；相反地，若Q值越小，則曲線越平坦，回路的選擇性越差。下面再討論回路電流的大小關(guān)系：

(5-2-2)

在實(shí)際應(yīng)用中，回路的Q值一般滿足Q≥1，因此電流的諧振曲線較尖銳。當(dāng)信號(hào)頻率w遠(yuǎn)離w0時(shí)，回路電流已經(jīng)很小，即遠(yuǎn)離w0的信號(hào)對(duì)電路的影響可以忽略，此時(shí)只考慮w接近w0時(shí)的情況，認(rèn)為w＋w0≈2w，則式(5-2-2)可簡化為

(5-2-3)

式中，Δf＝f－f0是頻率離開諧振點(diǎn)的絕對(duì)值，稱為絕對(duì)失調(diào)，稱為相對(duì)失調(diào)。

5-2-1串聯(lián)諧振有哪些特點(diǎn)？為什么串聯(lián)諧振又叫電壓諧振？

5-2-2什么是選頻特性？品質(zhì)因數(shù)怎樣影響諧振曲線的形狀和電路的選頻特性？

5-2-3已知R、L、C串聯(lián)電路中，R＝5W，L＝5ｍH，C＝2mF，則該串聯(lián)諧振電路的固有諧振頻率為多少？諧振的阻抗為多少？思考與練習(xí)

學(xué)習(xí)任務(wù)：

(1)幅頻失真和通頻帶；

(2)通頻帶與品質(zhì)因數(shù)。

獲取能力：

(1)理解幅頻失真和通頻帶的概念；

(2)掌握通頻帶與品質(zhì)因數(shù)的關(guān)系。5.3串聯(lián)諧振電路的通頻帶5.3.1幅頻失真和通頻帶

實(shí)際信號(hào)一般都含有多種頻率成分而占有一定的頻率范圍，或者說占有一定的頻帶。例如，無線電調(diào)幅廣播電臺(tái)信號(hào)的頻帶寬度為9kHz，調(diào)頻廣播電臺(tái)信號(hào)的頻帶寬度為200kHz。當(dāng)實(shí)際信號(hào)電壓作用于串聯(lián)諧振電路時(shí)，由于電路的選頻作用，電路中的電流和各元件的電壓不可能保持實(shí)際信號(hào)中各頻率成分振幅之間原有的比例，其中偏離諧振頻率的成分會(huì)受到不同程度的抑制而被相對(duì)削弱，這種情況稱為幅頻失真。假設(shè)串聯(lián)諧振電路的輸入信號(hào)電壓中含有振幅相等的幾種不同頻率成分，則由圖5-2-2不難看出，電路的電流中這些頻率成分的振幅是不可能相等的，即電流將產(chǎn)生幅頻失真。電流諧振曲線的形狀愈尖銳，即電路的Q值愈高，選擇性愈好，即選用Q值較高的諧振回路有利于從眾多的信號(hào)中選擇所需的頻率信號(hào)，抑制其他信號(hào)的干擾。

圖5-3-1串聯(lián)諧振電路的通頻帶為了限制信號(hào)的幅頻失真，就要求電路對(duì)信號(hào)所包含的各種頻率成分都不要過分抑制，或者說要求電路容許一定頻率范圍的信號(hào)通過，這個(gè)一定的頻率范圍稱為電路的通頻帶。一般規(guī)定：在電路的電流諧振曲線上，I/I0不小于1/的頻率范圍為電路的通頻帶，用BW表示。圖5-3-1中f1－f2之間的頻率范圍即為某電路的通頻帶，其中，f2和f1分別稱為通頻帶的上邊界頻率和下邊界頻率。只要選擇電路的通頻帶大于或等于信號(hào)的頻帶，使信號(hào)的頻帶落在電路的上、下邊界頻率之間，那么，由電路的選頻作用引起的幅頻失真就被認(rèn)為是允許的，即

BW＝f2－f1＝(f2－f0)＋(f0－f1)≈Δf＋Δf＝2Δf5.3.2通頻帶與品質(zhì)因數(shù)的關(guān)系

由通頻帶的定義可知，在通頻帶的邊界頻率上，有

當(dāng)Q≥1時(shí)，有

則

可得到

(5-3-1)

上式表明，串聯(lián)諧振電路的通頻帶BW與電路的品質(zhì)因數(shù)Q成反比，Q值越大，諧振曲線越尖銳，通頻帶越窄，回路的選擇性越好；相反，Q值越小，通頻帶寬了，回路的選擇性越差。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)需要適當(dāng)選擇BW和Q的取值。

例5-3-1

串聯(lián)諧振電路諧振于770kHz，已知電路的電阻R＝10W，若要求電路的通頻帶BW＝10kHz，則電路的品質(zhì)因數(shù)是多少？電路的參數(shù)L和C分別為何值？

解因?yàn)?/p>

所以

5-3-1什么是幅頻失真？什么是通頻帶？諧振電路的通頻帶是如何規(guī)定的？

5-3-2諧振電路的通頻帶和品質(zhì)因數(shù)有怎樣的關(guān)系?

思考與練習(xí)

學(xué)習(xí)任務(wù)：

(1)并聯(lián)諧振的條件；

(2)并聯(lián)諧振的特征。5.4并聯(lián)諧振

獲取能力：

(1)能準(zhǔn)確計(jì)算發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)的頻率和角頻率；

(2)掌握發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)的阻抗及電壓、電流特征。

并聯(lián)諧振電路由電感線圈和電容器并聯(lián)組成。圖5-4-1為并聯(lián)諧振電路的模型，其中R和L分別為電感線圈的電阻和電感，C為電容器的電容。為了便于將并聯(lián)諧振電路同串聯(lián)諧振電路進(jìn)行比較，對(duì)并聯(lián)諧振電路定義其固有頻率、特性阻抗和品質(zhì)因數(shù)分別為

5.4.1并聯(lián)諧振的條件

由圖5-4-1所示電路可得電路的復(fù)導(dǎo)納為

(5-4-1)

圖5-4-1并聯(lián)諧振電路

并聯(lián)諧振時(shí)，端口電壓與電流同相，此時(shí)電路表現(xiàn)為純阻性，電路的電納為零，即復(fù)導(dǎo)納的虛部為零，則并聯(lián)諧振的條件為

即

(5-4-2)

在實(shí)際電路中，由于均滿足Q>>1的條件w0L>>R，式(5-4-2)可簡化為

因此，當(dāng)Q>>1時(shí)，并聯(lián)諧振電路發(fā)生諧振時(shí)的角頻率和頻率分別為

調(diào)節(jié)L、C的參數(shù)值或者改變電源頻率，均可使并聯(lián)電路發(fā)生諧振。(5-4-3)5.4.2并聯(lián)諧振的特征

1.諧振阻抗

并聯(lián)諧振時(shí)，回路阻抗為純電阻，端口電壓與總電流同相，在Q>>1時(shí)，電路阻抗為最大值，電路導(dǎo)納為最小值。諧振阻抗的模值記作|Z0|，得

(5-4-4)

在電子技術(shù)中，因?yàn)镼>>1，所以并聯(lián)諧振電路的諧振阻抗很大，一般在幾十千歐至幾百千歐之間。

2．并聯(lián)諧振時(shí)電路的端電壓

若并聯(lián)諧振電路外接電流源，如圖5-4-2所示，則諧振時(shí)電路的端口電壓為

由于諧振時(shí)電路的阻抗接近最大值，因而在電流源激勵(lì)下電路兩端的電壓最大。

3．并聯(lián)諧振時(shí)電路的電流

在圖5-4-2所示電路中，設(shè)諧振時(shí)回路的端電壓為，則

電感和電容支路的電流分別為

(5-4-5)

上式表明，并聯(lián)諧振時(shí)，在Q>>1的條件下，電容支路電流和電感支路電流的大小近似相等，是總電流I0的Q倍，所以并聯(lián)諧振又稱為電流諧振，而它們的相位接近相反，其電壓和電流的相量圖如圖5-4-3所示。

圖5-4-2并聯(lián)諧振電路外接電流源圖5-4-3并聯(lián)諧振的相量圖

例5-4-1

電路如圖5-4-2所示，已知電路參數(shù)R＝10W，L＝0.01H，C＝0.01mF，求電路的品質(zhì)因數(shù)Q、并聯(lián)諧振頻率f0和諧振阻抗|Z0|；若電流源的電流Is＝1ｍＡ，求并聯(lián)諧振時(shí)各支路的電流和電路兩端的電壓。

解

5-4-1并聯(lián)諧振的頻率與固有頻率有怎樣的關(guān)系？

5-4-2并聯(lián)諧振有哪些特點(diǎn)？為什么并聯(lián)諧振又叫做電流諧振？

思考與練習(xí)

學(xué)習(xí)任務(wù)：

(1)并聯(lián)諧振電路的頻率特性；

(2)并聯(lián)諧振電路的通頻帶；

(3)電源內(nèi)阻對(duì)通頻帶的影響。5.5并聯(lián)諧振電路的頻率特性和通頻帶

獲取能力：

(1)理解并聯(lián)諧振電路的幅頻和相頻特征；

(2)掌握并聯(lián)諧振電路的通頻帶與選擇性之間的關(guān)系；

(3)了解電源內(nèi)阻對(duì)通頻帶的影響。5.5.1并聯(lián)諧振電路的頻率特性

并聯(lián)諧振電路的幅頻特性曲線和相頻特性曲線如圖5-5-1所示，信號(hào)源用電流源表示，假設(shè)內(nèi)阻Rs為無窮大。

在Q>>1的條件下，電路在某一頻率f下的回路端電壓

和諧振時(shí)的端電壓分別為

圖5-5-1并聯(lián)諧振電路的電壓幅頻特性曲線和相頻特性曲線

它們的有效值之比為

(5-5-1)

(5-5-2)式(5-5-1)和式(5-5-2)分別為并聯(lián)諧振回路的電壓幅頻特性曲線方程和相頻特性曲線方程，它們的波形圖分別如圖5-5-1(a)、(b)所示。

并聯(lián)諧振電路的電壓幅頻特性曲線與串聯(lián)諧振電路的電流幅頻特性曲線具有相同的形狀，Q值愈大，曲線愈尖銳，選擇性愈好。

相頻特性曲線用來說明信號(hào)通過諧振回路產(chǎn)生的相位失真。實(shí)驗(yàn)表明，相頻特性曲線在w0點(diǎn)附近愈接近直線，產(chǎn)生的相位失真愈小，由圖5-5-1可知，Q值愈大，相位失真愈小。

式(5-5-1)在Q<<1的條件下，且w接近w0時(shí)，可進(jìn)一步簡化為

(5-5-3)5.5.2并聯(lián)諧振電路的通頻帶

并聯(lián)諧振電路的通頻帶的定義和串聯(lián)諧振電路相同，一般規(guī)定：在電路的電壓諧振曲線上

的范圍稱為該回路的通頻帶，用BW表示。在式(5-5-3)中，令

，可得并聯(lián)諧振回路的通頻帶為

(5-5-4)

因此，并聯(lián)諧振電路同樣存在通頻帶與選擇性之間的矛盾，應(yīng)根據(jù)需要選擇參數(shù)。例如，電視機(jī)在接收某頻道射頻信號(hào)時(shí)，其接收信號(hào)部分即要有較寬的通頻帶(8MHz)

，又要選擇性好(抑制相鄰頻道信號(hào))。5.5.3電源內(nèi)阻對(duì)通頻帶的影響

從圖5-5-2可知，如果考慮電源(信號(hào)源)內(nèi)阻，電源內(nèi)阻對(duì)并聯(lián)諧振電路具有分流作用，當(dāng)Rs很小時(shí)，分流較大，則流到并聯(lián)諧振回路的電流很小，使得并聯(lián)諧振回路的端電壓隨回路阻抗的變化很小，因而導(dǎo)致電壓諧振曲線變得較平坦，Q值降低，且Rs越小，曲線越平坦，通頻帶越寬，選擇性越差。在理想情況下，Rs很大，對(duì)并聯(lián)諧振電路的影響可以忽略不計(jì)。

圖5-5-2信號(hào)源內(nèi)阻與并聯(lián)諧振電路連接

例5-5-1

如圖5-5-2所示的并聯(lián)諧振電路，已知Us＝100V，R＝10W，L＝0.25ｍH，C＝100PF，求電路諧振時(shí)的角頻率w0、品質(zhì)因數(shù)Q、諧振阻抗|Z0|、諧振時(shí)的電流I0、支路電流IL0和IC0、通頻帶BW各為多少。

解

5-5-1試比較并聯(lián)諧振與串聯(lián)諧振電路特性。

5-5-2圖5-5-2中，電阻R發(fā)生變化對(duì)諧振電路有何影響？

思考與練習(xí)麥克斯韋(JamesClerkMaxwel，1831—1879年)，英國物理學(xué)家。1862年他發(fā)表了論文《論物理力線》，不但進(jìn)一步發(fā)展了法拉第的思想，擴(kuò)充到磁場變化產(chǎn)生電場，而且得到了新的結(jié)果：電場變化產(chǎn)生磁場，由此預(yù)言了電磁波的存在，并證明了這種波的速度等于光速，揭示了光的電磁本質(zhì)。1873年他出版的《電學(xué)和磁學(xué)論》一書是集電磁學(xué)大成的劃時(shí)代著作，全面地總結(jié)了19世紀(jì)中葉以前對(duì)電磁現(xiàn)象的研究成果，建立了完整的電磁理論體系。這是一部可以同牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》、達(dá)爾文的《物種起源》和賴爾的《地質(zhì)學(xué)原理》相媲美的里程碑式的著作。

諧振電路和濾波器的應(yīng)用非常廣泛，特別在電子學(xué)、電源系統(tǒng)和通信系統(tǒng)中。例如，截止頻率高于60Hz的陷波器可以用來消除各種通信電路中的60Hz電源線噪聲①。在通信系統(tǒng)中，要從一大堆同一頻率范圍內(nèi)的信號(hào)中選出所要求的信號(hào)就必須對(duì)信號(hào)作濾波處理，濾波也能使噪聲和干擾對(duì)所需信號(hào)的影響減到最小。這里考慮諧振電路和濾波器的兩個(gè)應(yīng)用問題，對(duì)每個(gè)應(yīng)用的注意點(diǎn)應(yīng)該放在所述的電路如何應(yīng)用于實(shí)際設(shè)備上，而不是探求每種設(shè)備具體是如何工作的。應(yīng)用與訓(xùn)練①該例是以美國電源工頻60Hz為例。

1.電視接收機(jī)中的信號(hào)接收和分離

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)廣播波段的電視接收機(jī)必須處理視頻(圖像)信號(hào)和聲頻(聲音)信號(hào)。每個(gè)電視發(fā)射臺(tái)分配6MHz的帶寬。例如，2頻道的帶寬分配為54～59MHz，3頻道的帶寬分配為60～65MHz，一直到13頻道，其頻帶為210～215MHz。我們可以通過使用調(diào)諧放大器調(diào)整電視接收機(jī)的前端，以選擇這些頻道中的一個(gè)。而無論需要調(diào)諧的頻道是哪一個(gè)，接收機(jī)前端的信號(hào)輸出的帶寬均為41～46MHz。這個(gè)頻帶稱為中頻(IF)，包含視頻信號(hào)和聲頻信號(hào)。調(diào)整至IF頻帶的放大器先放大信號(hào)，再將信號(hào)輸入視頻放大器。視頻放大器的輸出應(yīng)當(dāng)用在陰極射線管之前，聲頻信號(hào)由4.5MHz的帶阻濾波器(稱為陷波器)濾波，如附圖5.1所示。視頻放大器的輸出也輸入到帶通電路，此帶通電路調(diào)整至聲頻載波頻率即4.5MHz，如附圖5.1所示。然后聲音信號(hào)經(jīng)過處理，并輸入到揚(yáng)聲器。

附圖5.1表明濾波器用途的電視接收機(jī)的簡化部分

2.超外差式收音機(jī)

濾波器應(yīng)用的另一個(gè)很好的例子是普通AM(調(diào)幅)收音機(jī)。AM廣播波段的范圍為535～1605kHz，每個(gè)AM電臺(tái)都將分配到這個(gè)頻率范圍內(nèi)的某個(gè)狹窄的帶寬。超外差式AM收音機(jī)的簡化框圖如附圖5.2所示。

接收機(jī)的前端主要有三個(gè)并聯(lián)的諧振帶通濾波器。每個(gè)濾波器都是由電容器連動(dòng)調(diào)諧的。也就是說，這些電容器是機(jī)械的或電子的連接在一起，使選臺(tái)時(shí)可以一塊變化。前端可以調(diào)諧來接收所期望的電臺(tái)，例如在600kHz發(fā)射的信號(hào)。來自天線的輸入濾波器和RF(無線電頻率)放大器從天線接收到的所有頻率中過濾，僅選擇出大小為600kHz的頻率。

附圖5.2超外差式AM廣播收音機(jī)的簡化框圖實(shí)際的聲頻信號(hào)是通過調(diào)制載波的振幅使載波的振幅顯示出跟隨聲音信號(hào)的變化，再由600kHz的載波頻率傳輸?shù)摹］d波振幅相應(yīng)于聲頻信號(hào)的變化稱為包絡(luò)。將600kHz的載波信號(hào)輸入到電路中稱為混頻。

本機(jī)振蕩器(LO)調(diào)諧至高于選頻455kHz的頻率(這種情況下是1055kHz)，通過外差法或差頻法信號(hào)處理，AM信號(hào)與本機(jī)振蕩器信號(hào)相互混頻，從而使600kHz的AM信號(hào)轉(zhuǎn)換為455kHz的AM信號(hào)(1055－600＝455kHz)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的AM收音機(jī)而言，455kHz為中頻(IF)。無論選擇廣播頻帶中的哪一個(gè)電臺(tái)，總是將其頻率轉(zhuǎn)換為455kHz的中頻(IF)。調(diào)幅中頻被應(yīng)用至聲頻檢波器后移除了中頻，僅余下包絡(luò)信號(hào)或聲頻信號(hào)。然后聲頻信號(hào)被放大，輸出到揚(yáng)聲器。

【訓(xùn)練】

1.附圖5.3所示電路為調(diào)諧放大器的原理圖，讀者可自行讀圖分析它是如何從較寬頻率范圍的信號(hào)獲得放大后的較窄范圍的頻率的。

2.附圖5.4所示為接收機(jī)的選頻原理圖，讀者可自行讀圖分析它是如何從眾多的信號(hào)中選出所需頻率并放大信號(hào)的。

附圖5.3基本的調(diào)諧帶通放大器附圖5.4來自天線的諧振耦合

一、串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路的比較

串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路定義固有頻率、特性阻抗和品質(zhì)因數(shù)分別為

串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路的特點(diǎn)列表比較如下：本章小結(jié)

二、并聯(lián)諧振電路復(fù)阻抗的相頻特性

反映了電路的電壓與電流的相位差隨頻率的變化情況。電路的Q值愈高，相頻特性曲線在諧振頻率f0附近的斜率愈陡，愈容易發(fā)生相移。

三、雙電感或雙電容并聯(lián)諧振電路

雙電感或雙電容并聯(lián)諧振電路的固有頻率、特性阻抗和品質(zhì)因數(shù)分別為

其中R＝R1＋R2，對(duì)雙電感電路，L＝L1＋L2；對(duì)雙電容電路，

。由R、L、C組成的簡單并聯(lián)諧振電路的諧振阻抗則為

當(dāng)Q>>1時(shí)，雙電感或雙電容并聯(lián)諧振頻率為wp≈w0。

5-1收音機(jī)的輸入調(diào)諧回路可等效為R、L、C串聯(lián)電路。若其電阻R＝25W，電感L＝300mH，當(dāng)