通信電路課件：選頻網(wǎng)絡(luò)

1、1,選 頻 網(wǎng) 絡(luò),本章為學(xué)習(xí)諧振功率放大器之前的預(yù)備知識，知識點主要集中于教材附錄以及教材pp.97102。,2,選頻網(wǎng)絡(luò)（濾波器）的功能：從眾多頻率中選出有用信號，濾除或抑制無用信號； 常用濾波器：LC串/并聯(lián)諧振回路；集中參數(shù)濾波器,3,基本特性 幅頻特性 諧振頻率 時，網(wǎng)絡(luò)的增益最大 ；通頻帶寬度與傳輸信號有效頻譜寬度相一致；通頻帶外的幅頻特性應(yīng)滿足 。 通頻帶 ：增益自 下降3dB(即0.707倍）時候的上/下限頻率之差。 選擇性： 評價選頻網(wǎng)絡(luò)對處于通頻帶外的各種干擾信號的抑制能力。,4,相頻特性,為不引入信號的相位失真，要求在通頻帶范圍內(nèi)選頻電路的相頻特性為常數(shù)，即相頻特性為線性

2、。 理想條件下信號有效頻帶寬度內(nèi)的各頻率分量都延遲一個相同時間，這樣才能保證輸出信號中各頻率分量之間的相對關(guān)系與輸入信號完全相同。,5,6,7,品質(zhì)因數(shù)Q 物理意義：諧振條件下，回路儲存能量與消耗能量之比。 通頻帶與回路的品質(zhì)因數(shù)Q成反比，Q越高，諧振曲線愈 尖銳，回路的選擇性越好，通頻帶越窄。,8,串聯(lián)諧振回路,9,諧振：回路總電抗為零， 和 同相，否則稱為失諧。 諧振角頻率 諧振等效阻抗R 固有品質(zhì)因數(shù) ，取決于電感中的固有損耗。 有載品質(zhì)因數(shù),10,其中,可化為,一般失諧,11,12,性質(zhì)： 幅頻特性曲線在 兩側(cè)并非嚴格對稱，附近頻率可近似認為對稱。 感性與容性的劃分。 諧振時 通頻帶

3、令,Qe越大，BW0.7就越小。,13,并聯(lián)諧振回路,14,諧振：回路總電抗為零， 和 同相。 諧振角頻率 諧振等效阻抗 固有品質(zhì)因數(shù) ，取決于電感中的固有損耗。 有載品質(zhì)因數(shù),15,性質(zhì)： 感性與容性的劃分。 通頻帶 與串聯(lián)諧振回路存在對偶性。,16,實際電路模型,利用阻抗串并轉(zhuǎn)換，得到理想模型，在高Q情況下，新的,17,例 1 設(shè)一放大器以簡單并聯(lián)振蕩回路為負載, 信號中心頻率=10MHz, 回路電容C=50pF, (1) 試計算所需的線圈電感值。 (2) 若線圈品質(zhì)因數(shù)為Q=100, 試計算回路諧振電阻及回路帶寬。 (3) 若放大器所需的帶寬B=0.5MHz, 則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才

4、能滿足放大器所需帶寬要求?,18,解 ： (1) 計算L值。,(2) 回路諧振電阻和帶寬,(3) 求滿足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻。設(shè)回路上并聯(lián)電阻為R1, 并聯(lián)后的總電阻為R1R0, 總的回路有載品質(zhì)因數(shù)為QL。 由帶寬公式, 有,19,回路總諧振電阻為,20,阻抗變換網(wǎng)絡(luò),作用： 避免直接接負載，導(dǎo)致諧振回路Q 值大大下降，從而降低選擇性； 避免阻抗不匹配。 注：阻抗不匹配會引起以下問題 負載所獲功率降低； 電磁波傳輸過程中產(chǎn)生回波，影響波形。,21,三種實現(xiàn)方式： 1、理想變壓器的阻抗變換網(wǎng)絡(luò)； 2、電感分壓電路； 3、電容分壓電路；,22,電感分壓電路 等效原則： 設(shè) 無損耗， 則兩端

5、功率相等； 設(shè) ；,23,24,電容分壓電路,等效原則： 則兩端功率相等； 設(shè) ；,25,歸納總結(jié)： 等效阻抗值變大還是變?。颗cn的關(guān)系？ 阻抗轉(zhuǎn)換也是可逆的，即被折合端和觀察端可以互換。 電感分壓與電容分壓的區(qū)別。 部分接入，定義 接入系數(shù) 當外接負載不是純電阻，包含有電抗成分時，同樣可以 推導(dǎo)出等效關(guān)系。,26,例2： 如圖所示， 抽頭回路由電流源激勵, 忽略回路本身的固有損耗, 試求回路兩端電壓u(t)的表示式及回路帶寬。,27,解:由于 , 因此可以近似算出回路的諧振角頻率,等效到回路兩端的電阻為,回路處于諧振狀態(tài),則電流源端電壓為,輸出電壓為,28,該等效并聯(lián)回路有載品質(zhì)因數(shù),回路帶

6、寬,29,采用以上阻抗變換電路雖然可以在較寬的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)阻抗變換，但嚴格計算表明，各頻率點的變換值會有差別。如果要求在較窄的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)理想的阻抗變換，可采用下面介紹的選頻匹配網(wǎng)絡(luò)。,30,選頻匹配網(wǎng)絡(luò),作用： 將外接 轉(zhuǎn)化成功率管集電極要求的匹配負載 。 選出基波分量，濾除諧波分量。,31,串并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換,若回路為高Q回路，即 ，則可簡化為,32,利用串/并阻抗轉(zhuǎn)換公式，可推導(dǎo)各種形式的濾波匹配網(wǎng)絡(luò)。,LC選頻匹配網(wǎng)絡(luò)有倒L型、T型、 型等幾種不同組成形式，其中倒L型是基本形式?，F(xiàn)以倒L型為例，說明其選頻匹配原理。 倒L型網(wǎng)絡(luò)是由兩個異性電抗元件X1、X2組成，常用的兩種電路如圖 (a

7、)、 (b)所示，其中R2是負載電阻，R1是二端網(wǎng)絡(luò)在工作頻率處的等效輸入電阻。 ,33,34,對于圖 (a)所示電路，將其中X2與R2的串聯(lián)形式等效變換為Xp與Rp的并聯(lián)形式，如圖 (c)所示。在X1與Xp并聯(lián)諧振時，有,X1+ Xp =0, R1=Rp,所以R1=(1+Qe2)R2,這種電路可以在諧振頻率處增大負載電阻的等效值。,35,對于圖(b)所示電路，將其中X2與R2的并聯(lián)形式等效變換為Xs與Rs的串聯(lián)形式，如圖(d)所示。在X1與Xs串聯(lián)諧振時，可求得以下關(guān)系式：,這種電路可以在諧振頻率處減小負載電阻的等效值。,36,例: 已知某電阻性負載為10，請設(shè)計一個匹配網(wǎng)絡(luò)，使該負載在20

8、MHz時轉(zhuǎn)換為50。 如負載由10電阻和0.2H電感串聯(lián)組成，又該怎樣設(shè)計匹配網(wǎng)絡(luò)?,37,解： 由題意可知，匹配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)使負載值增大，故采用圖 (a)所示倒L型網(wǎng)絡(luò)?？汕蟮盟桦娍怪?38,39,由1560pF和318pF兩個電容組成的倒L型匹配網(wǎng)絡(luò)即為所求，如圖例 (b)虛線框內(nèi)所示。這是因為負載電感量太大， 需要用一個電容來適當?shù)窒糠蛛姼辛?。?0MHz處，1560 pF電容和0.2H電感串聯(lián)后的等效電抗值與(a)圖中的0.16H電感的電抗值相等。,40,T型網(wǎng)絡(luò)和型網(wǎng)絡(luò)各由三個電抗元件(其中兩個同性質(zhì)， 另一個異性質(zhì))組成，如圖 所示，它們都可以分別看作是兩個倒L型網(wǎng)絡(luò)的組合，用類似的方法可以推導(dǎo)出其有關(guān)公式。,41,工程上常用S參數(shù)及阻抗圓圖來分析及計算匹配,42,習(xí)題1：求1uH電感與5歐電阻串聯(lián)電路在10MHz、10