西南科大-高频电子线路课件第二章

2.1LC谐振与阻抗变换电路LC谐振回路的主要特点就是具有选频作用：由多种频率分量组成的输入信号，经过谐振回路，只选出某些频率分量，而对其他的频率分量有不同程度的抑制作用。LC谐振回路由电感和电容组成，根据连接方式不同可以分为串联谐振回路和并联谐振回路两种。LC谐振回路是构成高频谐振放大器、正弦波振荡器及各种选频电路的基础电路。2.1.1阻抗的串、并联变换等效变换的原则是等效变换前的电路与等效变换后的电路阻抗相等等效变换前后回路的品质因数应该相等当Q值较大(>10)时串联电路变换成等效的并联电路后，Xp与Xs性质相同，大小基本不变，而Rp是Rs的Q2倍2.1.2串、并联谐振回路的基本特性1．串联谐振回路电感L和电容C串联形成回路，rL为电感线圈的损耗电阻，电容损耗可以忽略1)串联谐振回路阻抗的谐振特性谐振频率谐振时回路的品质因数谐振时，串联谐振回路电容和电感的电压幅度比端口电压大Q倍。1)串联谐振回路阻抗的谐振特性广义失谐时，回路呈容性(相角为负值)时，回路呈感性(相角为正值)时，回路阻抗最小并呈纯电阻性2)串联谐振回路的谐振曲线与通频带信号偏离谐振回路的谐振频率时，谐振回路的幅频特性下降为最大值的(≈

0.7)时对应的频率范围，称为通频带，用BW0.7表示。谐振回路的品质因数越大，通频带越窄2．并联谐振回路谐振时回路呈感性回路呈容性2.1.3回路的部分接入与阻抗变换信号源内阻或负载电阻直接并联在回路两端，将对回路的Q值、谐振频率影响较大，为解决这个问题，可用部分接入的阻抗变换电路，将它们折算到回路两端，以改善对回路的影响。1．变压器部分接入的并联谐振回路变换前后回路元件功率相等变压器部分接入的并联谐振回路与等效电路定义接入系数为折合到谐振回路后的电阻和电流源2．电容、电感抽头的部分接入并联谐振回路抽头接入并联谐振回路与等效电路变换前后回路元件功率相等接入系数折合到谐振回路后的电阻和电流源【例2.1】图2.9(a)所示为LC并联谐振回路的应用原理图。信号源和负载以变压器方式接入回路。已知线圈绕组的匝数分别为N12=10，N13=50，N45=5，L13=10mH，回路固有品质因数Q0=100，C=100pF，Rs=10kΩ，Is=1mA，Cs=100pF，RL=2kW。试求实际回路的品质因数QL、通频带BW0.7和谐振时的输出电压Uo。图2.9解：将图2.9(a)等效为图2.9(b)，各等效元件的参数计算如下回路的等效总电感不变仍为L13，而回路的等效总电容CΣ为回路的实际谐振频率为回路电感本身的等效损耗并联电阻为等效后的回路谐振电阻有载品质因数通频带谐振时的输出电压【例2.2】某接收机输入回路的简化电路如图2.10所示。已知C1=5pF，C2=15pF，Rs=75Ω，RL=300Ω。为了使电路匹配，即负载RL等效到LC回路输入端的电阻R′L=Rs，线圈初、次级匝数比N1/N2应该是多少？图2.10解：由图可见，这是自耦变压器电路与电容抽头式电路的级联。RL等效到Ｌ两端的电阻为R″L等效到输入端的电阻为如要求R′L=Rs，则所以有2.2小信号谐振放大器小信号选频放大器可分为两类：一类是以调谐回路为负载的调谐放大器，另一类是以滤波器为负载的集中选频放大器。调谐放大器常由晶体管等放大器件与LC并联谐振回路或耦合谐振回路构成。集中选频放大器把放大和选频两种功能分开，放大作用由宽频带放大器承担，选频作用由晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面波滤波器等承担。2.2.1晶体管的Y参数等效电路晶体管共发射极电路晶体管的Y参数网络方程晶体管的Y参数等效电路Yoe称为输出导纳，goe、Coe分别称为输出电导和输出电容Yie称为输入导纳，gie、Cie分别称为输入电导和输入电容正向传输导纳反向传输导纳2.2.2单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器及其等效电路取Yre=0单调谐回路谐振放大器及其等效电路gp表示电感线圈的等效并联损耗电导放大器输出电压1．电压增益与谐振电压增益谐振电压增益负号表示放大器的输出电压与输入电压之间反相，但由于Yfe是复数，有一个相角∠φfe，因此，一般来说，放大器输出电压与输入电压之间的相位并非正好相差180°2．放大器的通频带相对电压增益通频带3．矩形系数理想的谐振放大器的谐振曲线应该是矩形，即对频率在通频带范围内的信号完全放大，对频率在通频带范围外的信号完全抑制。为了衡量实际谐振放大器的谐振曲线与理想矩形之间的差别，我们使用矩形系数这个指标，定义为单调谐谐振放大器理想的矩形系数为1单调谐谐振放大器的选择性较差2.2.2单调谐回路谐振放大器单调谐回路谐振放大器及其等效电路取Yre=0【例2.3】单调谐放大器如图2.13所示，下级采用与本级相同的电路，放大器的中心频率f0=465kHz，通频带BW0.7=15kHz。已知晶体管在中心频率及工作点上的Y参数为：gie=0.4mS，Cie=142pF，goe=55μS，Coe=18pF，Yfe=36.8mS，略去Yre的影响；调谐回路的电感线圈N13=120匝，L13=586μH，Q0=150。试确定回路其他参数并计算放大器的增益。解：1)确定回路参数(1)确定回路有载品质因数、总电导值和电感损耗等效并联电导值。(2)确定接入系数p1和p2为了使输出功率尽量高，则要求电路满足匹配条件则有(3)确定回路外接电容C2)计算放大器的增益2.2.3多级单调谐回路谐振放大器1．电压增益每一级放大器的参数结构均相同谐振时总的电压增益2．通频带级数n1234510.640.510.430.39频带缩减因子3．矩形系数级数n123456∞9.954.663.743.383.193.072.562.2.4调谐放大器的稳定性1.影响调谐放大器稳定性的因素当反向传输导纳时，反馈等效导纳，放大器的输入导纳不等于晶体管的输入导纳。输出电压影响输入电流，放大器输出电路中的晶体管参数、和集电极负载导纳均对放大器输入导纳有影响。在条件合适时，放大器的输出电压通过将一部分信号反馈回输入端，形成自激振荡。2.提高调谐放大器稳定性的方法1)失配法当负载导纳很大时失配是指信号源内阻与晶体管输入阻抗不匹配，晶体管输出端负载阻抗与本级晶体管的输出阻抗不匹配。这样可以认为输出电路对输入电路没有影响失配法的典型电路是“共发-共基”组态级联的放大器2)中和法中和法是指通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路(称为中和电路)来抵消晶体管内部参数Yre的反馈作用。3)中和法与失配法比较中和法：优点：简单，增益高缺点：①只能在一个频率上完全中和，不适合宽带②因为晶体管离散性大，实际调整麻烦，不适于批量生产。③采用中和对放大器由于温度等原因引起各种参数变化没有改善效果。失配法：优点：①性能稳定，能改善各种参数变化的影响；②频带宽，适合宽带放大，适于波段工作；③生产过程中无需调整，适于大量生产。缺点：增益低。

2.3集中选频放大器集中选频放大器组成特点：调整简单，电路稳定性较好1压电陶瓷滤波器•压电效应：形变—电压—谐振2声表面波滤波器SAWF•特点：体积小，重量轻，带宽较宽（30%）,K0.1≈1•工作频率:1MHZ~1GHZ采用专用集成电路2.3.1集中选频滤波器1．陶瓷滤波器四端陶瓷滤波器的构成和图形符号压电陶瓷片等效电路压电陶瓷片阻抗频率特性2．声表面波滤波器声表面波滤波器结构示意图和图形符号声表面波滤波器具有下列优点。(1)工作频率高，中心频率在10MHz～1GHz之间，且频带宽，相对带宽为0.5%～25%。(2)尺寸小，重量轻；动态范围大，可达100dB。(3)由于利用晶体表面的弹性波传送，不涉及电子的迁移过程，所以抗辐射能力强。(4)温度稳定性好。(5)选择性好，矩形系数可达1.2。

均匀叉指换能器幅频特性曲线2.3.2小信号选频放大器举例1．二级中频放大器仿真2．MC1590构成的选频放大器3．彩电图像中频放大电路本章小结LC串、并联谐振电路的谐振特性，谐振频率、Q值、通频带、矩形系数。单调谐回路谐振放大器的构成与Y参数等效电路模型。集中选频滤波器。作业

3，5，7，9附录资料：不需要的可以自行删除2023/3/14甲醇合成工艺介绍一、课题的研究背景和意义甲醇是一种具有多种用途的基本有机化工产品，除了在化工方面的多种应用外，它还可以作为清洁燃料在汽车中代替汽油或与汽油掺混使用，以甲醇为燃料的燃料电池也即将投入商业运行。另外，甲醇在变压吸附制氢中作为裂解原料也得到了初步利用。另一方面，用甲醇制取微生物蛋白(SCP)作为饲料乃至食品添加剂有着巨大的市场潜力。二、甲醇的合成方法及流程

（1）木材干馏法

在1924年以前，甲醇几乎全部是用木材分解干馏来生产的。甲醇的世界产量当时只有4500t。用60－100kg木材干馏只能获得约1kg的甲醇，1m3白桦木只能制得5－6kg的甲醇，而1m3的针叶树木只能得到2－3kg的甲醇。这种“森林化学”的甲醇含有丙酮和其他杂质，要从甲醇中除去这些杂质比较困难。由于甲醇的需要量与日俱增，木材干馏法不能满足需要。因此人们开始采用化学合成的方法生产甲醇。（2）气相合成甲醇法气相合成甲醇的主要反应式为：CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol①当有CO2存在时，CO2按下列反应生成甲醇：CO2+H2＝CO+H2O(g) △H=+41.3kJ/mol ②CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol ③上述②、③两步的总反应式为：CO2+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5kJ/mol副反应产物：成烃、高碳醇、醚、醛、酸、酯及单质碳等；反应特点：强放热反应；

以甲烷或者一氧化碳与氢气的混合气为原料气合成甲醇的方法有高压、中压和低压三种方法。高压法：即用二氧化碳与氢在高温（340－420℃）高压（30.0－50.0MPa）下用锌-铬氧化物催化剂合成甲醇。用此法生产甲醇已有七十多年的历史，这是八十年代以前世界各国生产甲醇的主要方法。高压法合成甲醇由于操作压力高，动力消耗大，设备复杂，产品质量差等缺点正在逐渐淘汰。2023/3/14高压法(25MPa~32MPa）甲醇合成工艺流程低压法：

即用一氧化碳与氢气为原料在低压（5.0MPa）和275℃左右的温度下，采用铜基催化剂（Cu-Zn-Cr）合成甲醇。低压法成功的关键是采用了铜基催化剂，它的活性和选择性比锌-铬催化剂活性好得多，使甲醇合成反应能在较低的压力和温度下进行。因此，消耗在副反应中原料气和粗甲醇中的杂质都比较少。低压法合成工艺主要有英国帝国化学公司（ICI）和德国鲁奇（Lurqi）的工艺

2023/3/14ICI法低压甲醇合成工艺流程

工艺流程特点：相对低的温度和压力下操作，节省能耗，同时抑制甲烷化反应及其他副反应；采用多段冷激式合成塔，结构简单，催化剂装卸方便，使用寿命长。2023/3/14第二章液体燃料及其添加剂45ICI多段冷激型甲醇合成反应器ICI多段冷激塔结构特点：反应床层由若干绝热段组成，两段之间通入冷的原料气，使反应气体冷却，以使各段的温度维持在一定值；塔体是空筒，塔内无催化剂筐，催化剂不分层，由惰性材料支撑，冷激气体喷管直接插入床层，并有特殊设计的菱形冷却气体分布器；优点：单塔操作能力大，控温方便，冷激采用菱形分布器专利技术，催化剂层上下贯通，装卸方便，易于放大，目前普通塔的容量为2300t/d，高空隙率塔的容量达7600t/d；缺点：催化剂床层温差较大（轴向：～70℃，径向：～23℃）、有部分气体与未反应气体之间的返混、催化剂时空产率不高，用量较大、单程转化率较低（仅为15%～20%）。ICI多段冷激型甲醇合成反应器2023/3/14Lurgi法低压甲醇合成工艺流程

2023/3/14第二章液体燃料及其添加剂47Lurgi管壳型甲醇合成反应器结构特点：形似列管式换热器，在塔内，列管中装填催化剂，管间为沸腾水；原料气与出塔气换热至230℃左右进入合成塔，反应放出的热经管壁传给管间的沸腾水，产生4MPa左右的饱和蒸汽，用来驱动透平压缩机。合成塔全系统的温度条件用蒸汽压来控制，从而保证催化剂床层大致为等温。优点：催化剂床层温差较小、单程转化率较高（可达50%）、催化剂使用寿命较长（4年～5年）、热能利用合理、设备紧凑，开停车方便，合成反应过程中副反应少，甲醇质量高。缺点：结构复杂、制作较困难、材料要求高、放大较困难。经典管壳塔的最大生产能力（经济型塔）为1500t/d。全世界现有Lurgi装置37套，甲醇总生产能力达1600万t/a以上。中压法：

中压法是在低压法研究基础上进一步发展起来的，由于低压法操作压力低，导致设备体积相当庞大，不利于甲醇生产的大型化。因此发展了压力为10MPa左右的甲醇中压合成法。它能更有效的降低建厂费用和甲醇生产成本。中压法的操作压力范围为一般为10~27MPa，温度为235~315℃。该法的关键在于使用了一种新型铜基催化剂（Cu-Zn-Al），综合利用指标要比低压法更好。中压法合成甲醇工艺流程

以上三种方法的流程基本相同。但所使用的催化剂不同，因而操作压力和操作温度等级不同，反应器的结构也就有所不