第二章选频网络

第二章选频网络主要内容：

1、熟练掌握串/并联谐振回路原理及其相关曲线2、掌握串、并联阻抗的等效互换与回路抽头式的阻抗变换。3、了解滤波器的选频作用及其分类重点难点：串/并联谐振回路原理及等效互换

1第二章选频网络2.1高频电路中的元器件特性2.2串联谐振回路2.3并联谐振回路2.4耦合回路2.5滤波器2高频电子线路中常用的选频网络有：单振荡回路耦合振荡回路选频网络振荡电路（由L、C组成）各种滤波器LC集中滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器

所谓选频（滤波），就是选出需要的频率分量和滤除不需要的频率分量。功能：选频、阻抗变换3

2.1高频电路中的元器件特性

各种高频电路基本上是由有源器件、无源元件和无源网络组成的。高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用的元器件基本相同，但是注意它们在高频使用时的高频特性。高频电路中完成信号的放大，非线性变换等功能的有源器件主要是二极管，晶体管和集成电路。

4常用的无源元件有电阻、电感和电容，它们是线性双通的、不随时间变化的、具有集总参量的。线性指元件参量与流经它的电流或加于其上的电压的数值无关双通指元件参量与电流方向和电压极性无关集总参量指不随空间位置而变的参量。

2.1高频电路中的元器件特性5无源元件上的电流和电压的关系称为元件的伏安特性。在理想情况下，电阻是一个耗能元件电容是储存电能的元件电感是储存磁能的元件线路中磁能和电能是不能突然改变的，即电感线圈中的电流和电容器中的电荷都不能骤然增加。

2.1高频电路中的元器件特性6在线路中引用的无源元件（R、L和C）都是理想元件。实际元件应用由不同的等效电路来表示；针对不同的运用情况，应采用最确切的等效电路。下面介绍电阻、电感、电容的高频特性

2.1高频电路中的元器件特性7

一个实际的电阻器，在低频时主要表现为电阻特性，但在高频使用时不仅表现有电阻特性的一面，而且还表现有电抗特性的一面。电阻器的电抗特性反映的就是高频特性。

一个电阻R的高频等效电路如图所示，其中CR为分布电容，LR为引线电感，R为电阻。电阻的高频等效电路CRRLR

1.电阻器8

电感线圈在高频频段除表现出电感L的特性外，还具有一定的损耗电阻r和分布电容。在分析一般长、中、短波频段电路时，通常忽略分布电容的影响。因而，电感线圈的等效电路可以表示为电感L和电阻r串联，如图所示。电感线圈的串联等效电路rL

2.电感线圈的高频特性9集肤效应电阻r随频率增高而增加，这主要是集肤效应的影响。所谓集肤效应是指随着工作频率的增高，流过导线的交流电流向导线表面集中这一现象，当频率很高时，导线中心部位几乎完全没有电流流过，这相当于把导线的横截面积减小为导线的圆环面积，导电的有效面积较直流时大为减小，电阻r增大。工作频率越高，圆环的面积越小，导线电阻就越大。10

设流过电感线圈的电流为I，则电感L上的无功功率为I2ωL，而线圈的损耗功率，即电阻r的消耗功率为I2r，故由式（2.1.1）得到电感的品质因数

(2.1.1)(2.1.2)

Q值是一个比值，它是感抗ωL与损耗电阻r之比，Q值越高损耗越小，一般情况下,线圈的Q值通常在几十到一二百左右。在无线电技术中通常不是直接用等效电阻r，而是引入线圈的品质因数这一参数来表示线圈的损耗性能。品质因数定义为无功功率与有功功率之比:Q值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。11

在电路分析中，为了计算方便，有时需要把电感与电阻串联形式的线圈等效电路转换为电感与电阻的并联形式。下图中的LP、R表示并联形式的参数。

(2.1.3)电感线圈串、并联等效电路

根据等效电路的原理，在左图中1-2两端的导纳应等于右图中1’-2’两端的导纳，即rL12RLP1’2’12由上式，并用式(2.1.2)就可以得到

(2.1.4)

由上述结果表明，一个高Q电感线圈，其等效电路可以表示为串联形式,也可以表示为并联形式。在两种形式中，电感值近似不变，串联电阻与并联电阻的乘积等于感抗的平方。当Q＞＞1时，则13 由式(2.1.4)看出，r越小R就越大，即损耗小，反之，则损耗大。一般地，r为几欧的量级，变换成R则为几十到几百千欧。 Q也可以用并联形式的参数表示。由式(2.1.4)有

上式代入(2.1.2)得

上式表明，若以并联形式表示Q时，则为并联电阻与感抗之比。

(2.1.4)14

一个实际的电容器除表现电容特性外，也具有损耗电阻和分布电感。在分析一般米波以下频段的谐振回路时，常常只考虑电容和损耗。电容器的等效电路也有两种形式，如图所示。电容器的串、并联等效电路rCRCp3.电容器的高频特征15为了勾说明菜电容勿器损桥耗的歌大小毯，引塔入电容亭器的凭品质寄因数Q，它等挠于容袋抗与歪串联雷电阻妙之比(减2.惕1.龙5项)(顶2.巧1.占6垂)电容洪器损鸭耗电狂阻的泡大小耽主要乳由介慈质材条料决甩定。Q值可历达几诱千到艳几万烫的数垒量级券，与裂电感耍线圈黑相比踪蝶,肚电容茅器的青损耗味常常屠忽略度不计盾。若以汽并联笑等效辅电路诱表示相，则恐为并涨联电惜阻与泪容抗施之比谈。16同理提，可肚以推异导出赞上图惩串、苍并联鞋电路槐的变偷换式:当Q＞＞1时，团它们抹近似财式为上面妈分析缺表明远，一个坚实际都的电漆容器威，其都等效查电路辽可以谅表示抛为串际联形偏式，田也可记以表恭示为鲜并联衫形式表。闲两种哥形式协中电嚼容值押近似沉不变帅，串联印电阻飞和并愿联电沙阻的蒙乘积胶等于灶容抗壶的平葛方。172.隶1高频尽电路脱中的搅元器赢件二、其高频乎电路舅中的珠有源偿器件主要班是：二极色管晶体灵管集成教电路完成歪信号会的放焰大、莲非线沾性变妨换等功暗能。181、晶复体二姓极管主要平用于检波长、调僻制、最解调板及混都频等非危线性明变换仆电路客中，搜工作耳在低厌电平久。②变容豆二极鲜管①点接施触式况二极款管、胀表面摸势垒所二极帜管(又称蓝肖特系基二蔽极管)。2.龟1高频葛电路趣中的首元器挨件高频地中常舱用二忆极管血：特点旱：它醒们的拆极间信电容舞小、比工作何频率筐高。特点速：电茫容随舞偏置纽奉电压成变化南。19高频枕电路恭中的直有源泉器件晶体惠三极寄管与傲场效搏应管健（FE绳T)②高频阳功率缠放大爹管要求抹除了崭增益愉外，猾要有弹较大术的输减出功帜率。高频者晶体早管有处两大休类型:①小信至号放拜大的高频衰小功弄率管要求黎：增聚益高速和噪纸声低;小信吐号的刑场效弃应管也能纹工作漆在同券样高槐的频针率，秒且噪螺声更椒低。目前饲双极伙型小普信号煎放大燥管，翼工作或频率沫可达驴几千订兆赫东兹，缸噪声喘系数膝为几松分贝具。20集成耗电路割（IC源)（1）目嫌前通用询型的宽朵带集仍成放窗大器栽，工绕作频随率可梯达一厦二百害兆赫雁兹，元增益英可达乎五六予十分深贝，华甚静至更薯高。用于信高频机的晶轰体管恳模拟机相乘仇器，栽工作真频率纯也可提达一构百兆票赫兹瞒以上哪。用于盲高频赞的集召成电煤路的城类型夸和品抢种要庙比用瓜于低伤频的趣集成盼电路企少得宋多，玻主要洒分为用通孟型和络专用窑型两种玻。（2）专用页集成叨电路(A岛SI丝式C)订:集成诞锁相罚环、摧集成邪调频找信号晚解调机器、戴单片逝集成对接收缸机以疏及电道视机袭中的施专用始集成土电路酸等。高频醉电路鹿中的拴有源跃器件21高频尚电路蛙中的铸基本赞电路信号像的传遇输、守频率矿选择芦及阻宜抗变辜换等哨功能以。高频市电路劣中的执基本疏电路匙主要巩有：高频诸振荡(谐振)回路高频容变压塘器谐振生器与废各种巷滤波配器完成杆功能接：221、基叹本原朗理2、谐处振特葬性3、谐淘振曲缘瑞线及辱其通旬频带4、相押位特磁性曲云线5、能什量关负系以慰及内香阻和困负载营的影约响2.秆2境串蚊联谐越振回痒路23由电缘瑞感线哈圈和鞭电容唇器组辉成的已单个蚊振荡耽电路羞，称稳为单振荡升回路。24信号适源与亭电容指和电全感串接，就兵构成佳串联读振荡掏回路炕。25高频楼电子赛线路坏中的电感朝线圈料等效恶为电步感L和损狸耗电逐阻R的串联；电容初器等秘效为矛电容C和损薄耗电仅阻R的并联。通常柏，相别对于悬电感睡线圈惰的损仔耗，至电容架的损瓦耗很瓶小，尚可以躁忽略不计。损耗傲的本率质？损耗款电阻电子漂元器换件的桃阻碍为性。26wO电抗容性感性wLX=wL－1wCw01Cw－阻抗Rw0w1、谐振暮现象jωL1/(jωC)一、边基本隶原理如何茧区分枣容性债和感南性？27wO电抗容性感性wLX=wL－1wCw01Cw－串联魔单振攻荡回相路的张谐振弹特性裹：其阻抗在某羽一特合定频细率上凡具有冠最小阿值（谐振诉状态），姻而偏虹离此协频率倍时将友迅速增大。阻抗Rw0w谐振笼频率28谐振水条件踏:即信杰号频伤率或阻抗wO电抗容性感性wLX=wL－1wCw01Cw－Rw0w谐振义频率291.纽奉谐租振时某，回租路阻蔽抗值卷最小茫，即Z=R；谐振频率选频特性曲线，具有带通历选频特性。当信榜号源裳为电这压源续时，章回路拾电流讯最大绍，二、讨谐振骆特性301)<0时，X<0蛛呈容性；2)=0时，X=0启呈纯阻挨性；3)>0时，X>0松呈感性。2.避阻召抗性充质随鸽频率搏变化泄的规册律：谐振时，电感、电容消失了！wO电抗容性感性wLx=wL－1wCw01Cw－阻抗31实际哲上，奥谐振尚时又因专为所以32考虑打到，蛙谐振篇时3.串联素谐振窄时，电感锈和电突容两猪端的叮电压阴模值少大小况相等魄，且达等于以外加挑电压软的Q倍；由于Q值较仍高,常在浊几十所到几懂百左划右,必须松预先头注意宇回路素元件舞的耐压问题邮。（储能秒的标煮志）回路育的品输质因功数电压岩谐振=>串联告谐振33Q被称春为回鸽路的品质竭因数，它洁是振燥荡回室路的哄另一万个重熊要参民数。狡画卖出相荡应的抽曲线佛如图使所示违，称道为谐清振曲执线。Q2Q1Q1>Q2ω0ωI/I0由图方可知乘回路炮的品质锄因数折越高，谐陈振曲写线越衣尖锐跑，回赖路选稻择性揪越好。34谐振够特性迎总结，具有带通选频特性。1.谐振时，回路阻抗值最小，即Z=R；当信号源为电压源时，回路电流最大，即1)

<0时，X<0呈容性；2)

=0时，X=0呈纯阻性；3)>

0时，X>0呈感性。2.兴阻疮抗性缘瑞质随庆频率泪变化渗的规埋律：3.串联看谐振拦时，洋电感音和电蓬容两筒端的仔电压驾模值荷大小险相等碑，且至等于外加陕电压疼的Q倍。35回路舍中电流患幅值与外炒加电拼压频率之间盾的关崖系曲紧线称境为谐振稀曲线。因此熊，表准示谐反振曲态线的必函数为调（归砍一化圈）三、辆串罢联谐维振回逢路的膜谐振敢曲线斑和通避频带36谐振么曲线历包括幅频吵特性曲线仔和相频婚特性曲线料，分幼别用N(ω)和ψ(ω)两崭函数谣表示购。仅捷对选目频特忙性而狭言，规通常更关心存幅频贞特性N(ω)。悲针对娱幅频美特性搜，又晌分为顽两个茎方面沿：频率渗选择税性和通频避带。37选频特性曲线N(ω)Q1ω0ω见右重图，鸦频率ω偏离ω0越远秤，N(ω)下消降得齐越多膛。因此镰，可凯以用=ω－ω0表示驼频率赞偏离左谐振殖的程妈度，警称为失谐裙量（失临调量漆）。1.咐频率捐选择响性38对于兔同样想的频率ω和ω0，回路显的Q值愈龙大，N(ω)下爷降的矩越多。回路馋的Q值愈袭高，谐振服曲线花愈尖辞锐，交对外反加电箱压的窑选频蛮作用目愈显强著，回路脑的选装择性库就愈起好。串联振荡级回路的谐汤振曲怖线39所以胸，定息义广义馅失谐挑量因此胃，要衡跳量电仍路偏缘瑞离谐饿振的灶程度，必升须包侨含Q和失白谐量旧的综坝合效谣果。当0，即失叨谐不避大时：40广义或失谐弹量幅频贡特性笨函数N(ξ)和相曲线火分别肯为串联振荡妥回路通用研谐振断曲线412.通频弃带串联振荡郑回路轿的通频糊带回路材中所什损耗毒的功碰率为充谐振傻时的屯一半训（功疯率与业电流侧的平蚕方成码正比倍），哗所以土这两酒个特木定的装边界构频率叛又称熟为半功爹率点42下面塌，求伤解带厚宽43回路Q值越高，选择性越好，但通频带越窄，二者矛盾。思考境：信证号源味的内乳阻将拳对其和选择淋性如抗何影政响？秀负载看呢？44串联祸单振资荡回雾路由面电感纽奉线圈标（包绩括其堵损耗乏电阻行）和腥电容仇器构雕成，电抗余元件山电感授和电失容不邮消耗环外加象电动揭势的问能量受，消敢耗能茂量的卡只有掠损耗圆电阻挽。1.能量滩关系五、辩能量副关系桥及电鸡源内睬阻与饲负载洗电阻未的影烈响45就能筐量关普系而武言，督所谓衔“谐司振”保，是讯指：比回路计中储真存的浪能量它是不幼变的织，只占是在物电感筑与电螺容之及间相挪互转颗换；疮外加草电动顷势只然提供思回路电阻所消枪耗的铅能量昌，以后维持雹回路萝的等训幅振帽荡，迫而且谐振材回路炮中电畅流最大良。46考虑死信号吗源内含阻RS和负洗载电中阻RL后，轻由于湿回路静总的押损耗制增大烧，回刮路