高频电子线路02选频网络课件

1、 主要内容主要内容u2.1 串联谐振回路（的选频特性）串联谐振回路（的选频特性）u2.2 并联谐振回路并联谐振回路u2.3 阻抗变换阻抗变换u2.4 耦合回路耦合回路u2.5 集中选频滤波器集中选频滤波器 作用作用u选择有用频率分量而抑制掉无用频率分量或噪声选择有用频率分量而抑制掉无用频率分量或噪声 应用领域应用领域u小信号放大器、功率放大器、正弦波振荡器小信号放大器、功率放大器、正弦波振荡器u鉴频器、阻抗变换电路鉴频器、阻抗变换电路第第2 2章章 选频网络选频网络 选频网络分类选频网络分类u振荡回路（谐振回路）：由振荡回路（谐振回路）：由L、C元件构成元件构成 单振荡回路、耦合振荡回路单振荡

2、回路、耦合振荡回路u滤波器：滤波器： LC滤波器、石英晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面滤波器、石英晶体滤波器、陶瓷滤波器、声表面波滤波器波滤波器第第2章章 选频网络选频网络 引引 言言-待解决的问题待解决的问题 什么是谐振电路？什么是谐振电路？ 谐振电路的特点？谐振电路的特点？ 描述谐振回路的基本参数？描述谐振回路的基本参数？ 时谐电路中时谐电路中L、C的特性？的特性？ 谐振电路中的能量传输问题谐振电路中的能量传输问题 什么是什么是Q值？值？预备知识预备知识高频电路中的电阻高频电路中的电阻电阻的高频等效电路电阻的高频等效电路 u 一个实际的电阻器，在低频时主要表现为电一个实际的电阻器，在低频时主

3、要表现为电阻特性，但在高频使用时，还表现有电抗特性阻特性，但在高频使用时，还表现有电抗特性的一面。的一面。u 电阻器的高频特性与制作电阻的电阻器的高频特性与制作电阻的材料材料、电阻、电阻的的封装形式封装形式和和尺寸大小尺寸大小有密切关系。有密切关系。u 一个电阻一个电阻R的高频等效电路如图所示的高频等效电路如图所示, 其中其中, CR为分布电容为分布电容, LR为引线电感为引线电感, R为电阻。为电阻。 预备知识预备知识预备知识预备知识 (a) (a) 电容器的等效电路电容器的等效电路; ; （b b） 电容器的阻抗特性电容器的阻抗特性 电容器的高频等效电路电容器的高频等效电路 l电容定义电容

4、定义:由介质隔开的两导体即构成电容。由介质隔开的两导体即构成电容。l每个电容器都有一个自身谐振频率。当工作频率小每个电容器都有一个自身谐振频率。当工作频率小于自身谐振频率时，电容器呈正常的电容特性，但于自身谐振频率时，电容器呈正常的电容特性，但当工作频率大于自身谐振频率时，电容器将等效为当工作频率大于自身谐振频率时，电容器将等效为一个电感。一个电感。高频电路中的电容高频电路中的电容预备知识预备知识l高频电感器一般由导线绕制（空心或有磁芯、单层或多层）高频电感器一般由导线绕制（空心或有磁芯、单层或多层）而成（也称电感线圈）。而成（也称电感线圈）。 lRFCs（RF coils）高频扼流线圈）高频

5、扼流线圈l在中短波波段和米波波段，在中短波波段和米波波段，高频电感可等效为电感和电阻的高频电感可等效为电感和电阻的串联。若工作频率更高，等效电路应考虑电感两端总的分布串联。若工作频率更高，等效电路应考虑电感两端总的分布电容，它应与电感并联。电容，它应与电感并联。l高频电感器也具有自身谐振频率，在自谐振频率上，高频电高频电感器也具有自身谐振频率，在自谐振频率上，高频电感的阻抗的幅值最大，而相角为零。如图所示。感的阻抗的幅值最大，而相角为零。如图所示。 预备知识预备知识高频电路中的电感高频电路中的电感图中图中R R是电感的损耗电阻。电容的是电感的损耗电阻。电容的电阻较小忽略，直接给出串联回电阻较小

6、忽略，直接给出串联回路的主要基本参数。路的主要基本参数。2.1 LC串联谐振回路串联谐振回路谐振条件：谐振条件： 01X=L-C2.1.1 基本原理基本原理012fLC 谐振频率谐振频率 回路总阻抗：回路总阻抗： 1Z=R+j L-C空载幅频和相频特性：空载幅频和相频特性： 221Z= R + L-CL-1/C=arctanR 谐振条件：谐振条件： 01X=L-C回路空载值回路空载值: :0001LQRRC Rs + C Vs RL L R 值值(品质因数)的定义的定义: 即在一个周期内，电路储存的电磁能量与损耗能量的比值的即在一个周期内，电路储存的电磁能量与损耗能量的比值的22倍倍。在谐振状

7、态下：在谐振状态下：WsWs不随时间变化，即谐振电路不与外界交换无功功不随时间变化，即谐振电路不与外界交换无功功率，就是在谐振状态下稳定的储存在电路中的电磁能，这些能量是在率，就是在谐振状态下稳定的储存在电路中的电磁能，这些能量是在谐振电路开始接通时经历的暂态过程中由外电路输入给它的。达到稳谐振电路开始接通时经历的暂态过程中由外电路输入给它的。达到稳定的振荡以后，为了维持振荡，外电路需要不断的输入有功功率，以定的振荡以后，为了维持振荡，外电路需要不断的输入有功功率，以补偿补偿R R的损失，但在谐振状态下，无需供给无功功率，由此可见，的损失，但在谐振状态下，无需供给无功功率，由此可见，Q Q值反

8、映了一个谐振电路储能的效率值反映了一个谐振电路储能的效率。2SRWQW 串联电路谐振时串联电路谐振时阻抗最小，等于阻抗最小，等于R R；电流最大且与电源同相；电流最大且与电源同相；电感及电容两端电压模相等，且等于外加电压的电感及电容两端电压模相等，且等于外加电压的QQ倍；倍；且电感电压与电源同相；电容电压与电源反向且电感电压与电源同相；电容电压与电源反向2.1.2串联谐振回路串联谐振回路特性特性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时，

9、则简化为：时，则简化为：2pespsRQ RXX 图图( (a a) )是电感是电感L L、电容、电容C C和外加信号源和外加信号源I Is s组成的并联谐振回路。组成的并联谐振回路。R R是电感是电感L L的损耗电阻，电容的损耗一般可以忽略。由前述串、并联阻抗转换关系可以的损耗电阻，电容的损耗一般可以忽略。由前述串、并联阻抗转换关系可以得到（得到（b b）图。）图。 g gp p和和R Rp p分别称为回路谐振电导和回路谐振电阻分别称为回路谐振电导和回路谐振电阻。 .LC并联谐振回路并联谐振回路 2.2.1 2.2.1 LCLC并联谐振回路选频特性并联谐振回路选频特性回路空载时阻抗的幅频特性

10、和相频特性回路空载时阻抗的幅频特性和相频特性： 2p2p1C-1/LZ=-arctang1g + C-L 回路谐振电导回路谐振电导:p2p01Rg =R( L) 回路总导纳：回路总导纳：pp1Y=g +j C-gjBL谐振频率：谐振频率：pp11B=0 =f =LC2 LC或或pppppppppR C1Q =R Cg LLg 回路空载回路空载Q值：值：2/pesessRQ RQXRN( f )1理 想 的 幅 频 特 性实 际 的 幅 频 特 性0.70.1 f3 f1 f0 f2 f4 BW0.7 BW0.1 f022p22pppp222ppV11N(f)=V21+Q1+Q111+1+Q2f

11、f/ 归一化谐振曲线归一化谐振曲线pp2fQ=1f p0.721pfBW =f -f =Q半功率带宽半功率带宽1) p时，时，B p时，时， B 0呈容性。呈容性。阻抗性质随频率变化的规律：阻抗性质随频率变化的规律：BwO电纳电纳wCB =wC 1wL1Lw感性感性容性容性wP并联谐振特性并联谐振特性YOpG回路阻抗值最大，即回路阻抗值最大，即总电流最小几乎等于零；总电流最小几乎等于零；当信号源为电流源时，回路电压最大，即当信号源为电流源时，回路电压最大，即电感及电容两端电流方向相反，模几乎相等，且等电感及电容两端电流方向相反，模几乎相等，且等于外加电流的于外加电流的Qp倍倍pR ；0spV

12、= I R并联谐振时，并联谐振时，信号源内阻和负载电阻的影响信号源内阻和负载电阻的影响 阻抗变换电路是一种负载阻抗匹配电路。阻抗变换电路是一种负载阻抗匹配电路。 阻抗变换电路对于提高整个阻抗变换电路对于提高整个电路的性能具有重要作用。考虑信号源内阻电路的性能具有重要作用。考虑信号源内阻s和负载电阻和负载电阻L后，并联谐振后，并联谐振回路的电路如下图所示。回路的电路如下图所示。 并联谐振回路与信号源和负载的连接并联谐振回路与信号源和负载的连接 sIRsCLRe0RLsIRCL(b)(a)回路的空载回路的空载值为值为 000001eeRQgLL回路有载回路有载值为值为 001eRQgLL 通频带为

13、通频带为 00 7efBWQ.其 中 ， 回 路 总 电 导其 中 ， 回 路 总 电 导, , 回 路 总 电 阻回 路 总 电 阻 R=RsRLRe0，s和和L分别分别是信号源内电导和负载电导。是信号源内电导和负载电导。 sLe0g =g +g +g =1/R 可见，可见，e e0 0，且并联接入的，且并联接入的s s和和L L越小，则越小，则e e越小，越小，回路选择性越差。因此，必须设法尽量消除接入信号源和负回路选择性越差。因此，必须设法尽量消除接入信号源和负载对回路的影响。利用载对回路的影响。利用LCLC元件的各自特性和元件的各自特性和LCLC回路的选频特回路的选频特性可以组成两类阻

14、抗变换电路。性可以组成两类阻抗变换电路。 Is C L R + C Vs L R 互偶互偶RgLCYZsVsIIV串联谐振回路与并联谐振回路比较串联谐振回路与并联谐振回路比较(a) (a) 串联谐振回路的阻抗特性；串联谐振回路的阻抗特性；(b) (b) 并联谐振回路的阻抗特性并联谐振回路的阻抗特性 Z()()Z()2()02Z()()()2Z()02l串联谐振回路与并联谐振回路空载时的阻抗特性曲线串联谐振回路与并联谐振回路空载时的阻抗特性曲线 可见，串联在谐振频率点的阻抗最小可见，串联在谐振频率点的阻抗最小, ,通过电流通过电流0000最大最大; ;并联在谐振频率点的阻抗最大并联在谐振频率点的

15、阻抗最大, ,两端电压两端电压U U0000最大。最大。 在实际选频应用时，在实际选频应用时， 串联回路适合与信号源和负载串联串联回路适合与信号源和负载串联连接连接; ;并联回路适合与信号源和负载并联连接。并联回路适合与信号源和负载并联连接。 Is C L R 损耗电阻损耗电阻Q高LC1p 对于高对于高QQ值并联谐振回路，其谐振频率与串联谐值并联谐振回路，其谐振频率与串联谐振回路相近，谐振阻抗可以通过串联支路的串并联互振回路相近，谐振阻抗可以通过串联支路的串并联互换得到。换得到。 Is C L Rp CRLRQRLRP2p22p并联谐振回路的其他形式当品质因数足够高时当品质因数足够高时LC1p

16、2p212p1pp)(LRRGGG 对于高对于高QQ值并联谐振回路，其谐振频率与串联谐值并联谐振回路，其谐振频率与串联谐振回路相近，谐振阻抗可以通过串联支路的串并联互振回路相近，谐振阻抗可以通过串联支路的串并联互换得到，换得到，总损耗可认为在总损耗可认为在L L支路上。支路上。2p21212pp)(1)(CRRRRLZ并联谐振回路的其他形式 为了减小信号源或负载电阻对谐振回路的为了减小信号源或负载电阻对谐振回路的影响，影响，信号源或负载电阻信号源或负载电阻不是直接接入回路，不是直接接入回路，而是经过一些简单的变换电路，将它们而是经过一些简单的变换电路，将它们部分接部分接入入回路。回路。 常用的

17、电路形式有常用的电路形式有变压器耦合变压器耦合连接、连接、自自耦变压器抽头耦变压器抽头电路和电路和双电容抽头双电容抽头电路，下面分电路，下面分别介绍。首先，讨论负载电阻的部分接入问题。别介绍。首先，讨论负载电阻的部分接入问题。抽头式并联电路的阻抗变换 C P1 C L RL P2 Is Rp Is Rp R L (a) (b) V V + - + - VL + - 1. 变压器耦合连接变压器耦合连接21LVP=R2L2LVP =R12P= P12N 1N221LLLL2L2NV1R=R=R=RVNp接入系数接入系数L21VNp = 1L221LLLL2L2LV1R=R=R=RVLp接入系数接入

18、系数L21VLp = 1VL功率守恒功率守恒 C RL P L R L C b) a) V VL + - + - L1L2抽头式并联电路的阻抗变换3. 电容抽头电路电容抽头电路21LVP=R2L2LVP=R12P= P2LLL2LV1R=R=RVp接入系数接入系数LVp = 1V功率守恒功率守恒 C2 RL P L R L C b) a) C1 V VL + - + - 抽头式并联电路的阻抗变换3. 电容抽头电路电容抽头电路2L1CRCCVVp112L2CC21122121CCCCCCCC C2 RL P L R L C b) a) C1 V VL + - + - 抽头式并联电路的阻抗变换21

19、PPssspIIVVIdbabsab2IVP 以上讨论了负载电阻的部分接入问题，下面，讨以上讨论了负载电阻的部分接入问题，下面，讨论论信号源及其内阻的部分接入问题信号源及其内阻的部分接入问题。sdb1IVPs2abdbs2s1RVVRpR Is C Rs RL a b d I s R s d b C L RL 抽头式并联电路的阻抗变换p为自耦合变压器的接入系数为自耦合变压器的接入系数上面分析了外接负载为纯阻的情况。而当外接负上面分析了外接负载为纯阻的情况。而当外接负载包括电抗成分时，上述等效变换关系仍然适用。载包括电抗成分时，上述等效变换关系仍然适用。 CL C RL P C L L R L C d d b b a L2L221L2abdb1RpRLLRVVRLL2L2dbabLCpCVVC抽头式并联电路的阻抗变换 为了减小信号源与负载并在回路两端对回路性能的影响。为了减小信号源与负载并在回路两端对回路性能的影响。采用部分接入（抽头）方式。采用部分接入（抽头）方式。 接入系数接入系数p实为抽头与回路两端（