高频电子线路（第4版）课件 【ch01】谐振回路

谐振回路电子信息科学与电气信息类基础课程高频电子线路（第4版）第一章01高频电路中的元器件高频电路中的元件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。高频电路中的元件主要是电阻(器)、电容(器)和电感(器)它们都属于无源的线性元件。高频电缆，高频接插件和高频开关等由于比较简单,这里不加讨论。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。高频电路中的元器件一个实际的电阻器,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。高频电路中的元件高频电路中的元器件一个电阻R的高频等效电路如图1.1.1所示。高频电路中的元器件高频电路中的元件电感线圈的高频特性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，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。高频电路中的元器件电阻，随频率的提高而增加,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提高，流过导线的交流电流向导线表面集中这一现象,可以参考图1.1.3。高频电路中的元器件电容器的高频特征一个实际的电容器除表现电容特性外,也具有损耗电阻和引线电感。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阻。高频电路中的元器件电容器的等效电路也有两种形式,如图1.1.5所示。高频电路中的元器件半导体二极管在高频中主要用于检波、调制、解调及混频等非线性变换电路中,工作在低电平。二极管在高频中应用的晶体管仍然是双极型晶体管和多种场效应管,这些管子比用于低频的管子性能更好,在外形结构方面也有所不同。晶体管与场效应管用于高频的集成申路的类型和品种要比用于低频的集成电路少得多，主要分为通用型和专用型两种。集成电路高频电路中的元器件高频电路中的有源器件02简单谐振回路谐振回路就是由电感和电容串联或并联形成的回路。只有一个回路的振荡电路称为简单振荡回路或单振荡回路。简单振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最小或最大值的特性称为谐振特性，这个特定频率称为谐振频率。简单振荡回路具有谐振特性和频率选择作用。这是它在高频电子线路中得到广泛应用的重要原因。简单谐振回路图1.2.1(a)是最简单的串联回路。简单谐振回路串联谐振回路串联振荡回路的相位特性与其辐角特性相反。在谐振时回路中的电流、电压关系如图1.2.3所示。简单谐振回路并联谐振回路串联谐振回路适用于电源内阻为低内阳(如恒压源)的情况或低阳抗电路(如微波电路)。当频率不是非常高时，并联谐振回路应用最广。简单谐振回路并联谐振回路是与串联谐振回路对偶的电路[如图1.2.4(a)所示]其等效电路,阳抗特性和辐角特性分别如图1.2.4(b)(c)和(d)所示。简单谐振回路信号源内阻和负载电阻对并联谐振回路的影响以上对并联谐振回路的分析没有考虑负载的影响。抽头并联振荡回路在实际应用中常常用到激励源或负载与回路电感或与电容部分连接的并联振荡回路，即抽头并联振荡回路。简单谐振回路图1.2.7是几种常用的抽头振荡回路。简单谐振回路03滤波器在高频电子线路中，除应用上述的单振荡回路及糊合振荡回路作为选频网络外,目前还广泛应用各种滤波器。下面分别介绍LC集中选频滤波器石英晶体谐振器、陶瓷波器和声表面波滤波器的工作原理和特性。这类滤波器的优点、应用范围和具体电路在后面的有关章节中介绍。滤波器物理特性：石英晶体谐振器是由天然或人工生成的石英晶体切片制成的,石英晶体是SiO的结晶体在自然界中以六角锥体出现。它有三个对称轴：ZZ轴（光轴），XX轴（电轴），YY轴（机械轴）。各种晶片就是按与各轴不同角度切割而成的。石英晶体谐振器滤波器图1.3.3是石英晶体谐振器的等效电路。滤波器晶体谐振器与一般振荡回路比较，有几个明显的特点:(1)晶体的参数Lq、Cq、C0由品体尺寸决定，由于晶体的物理特性,它们受外界因素(如温度震动)影响小。(2)品体谐振器有非常高的品质因数。(3)晶体谐振器的接入系数非常小，一般为10-3数量级甚至更小。(4)晶体在工作频率附近电抗变化率大,有很高的并联谐振电抗。滤波器晶体谐振器的应用晶体谐振器主要应用于振荡器中振荡器的振荡频率决定于振荡回路的频率。在许多应用中，要求振荡频率稳定。将晶体谐振器用做振荡器的振荡回路,就可以得到稳定的工作频率。这些在以后正弦波振荡器中将详细研究。晶体振荡器的另一种应用是用它做成高频窄带滤波器。滤波器陶瓷滤波器其此陶咨材料，如尝用的锆钛酸铅[Pb(ZrTi)O3]，经直流高压电场给以极化后可得到米们石英晶体中的压电效应，这些陶瓷材料称为压电陶瓷材料。声表面波滤波器近几十年来，一种称为声表面波(SurfaceAcousticWave,SAW)滤波器得到了广泛应用它是沿表面传播的机械振动波的弹性固体器件。滤波器集中滤波器与沿固体介质内部传播的体声波(BAW)比较，SAW有两个显著特点：一是能量密度高,其中约为90%的能量集中于密度等于一个波长的表面；传播速度慢,约为纵波速度的45%，是横波速度的90%，在奇数情下,SAW的传播速度为(3000~5000)m/s。滤波器(4)带内插人衰减较大。声表面波滤波器件有如下主要特性:(5)矩形系数可做到1.1~2。(1)工作频率范围宽,可以从几兆赫兹到几吉赫兹。(2)相对带宽也比较宽。(3)便于器件微型化和片式化。滤波器普通的电阻器对电信号都有一定的衰减作用，利用电阻网络可以制成衰减器(Attenuator)和具有一定衰减的匹配器组件在高频电路中,器件的终端阻抗和线路的匹配阻抗通常有50Ω和75Ω两种。衰减器与匹配器滤波器高频衰减器利用高频衰减器可以调整信号传输通道上的信号电平。高频衰减器分为固定衰减器和高频可变(调)衰减器两种。除了微波衰减器可以用其他形式构成外,高频衰减器通常都用电阻网络、开关电路或PIN二极管实现。滤波器构成高频固定衰减器的电阻网络的形式很多,如T形、π形、O形、L形、U形、桥T形等，其中选定的固定电阻的数值可由专门公式计算得到。将固定衰减器中的固定电阻转换成可变电阻，或者用开关网络就可以构成可变衰减器,也可以用PIN二极管电路来实现可变衰减这种用外部电信号来控制衰减量大小的可变衰减器又称为电调衰减器。电调衰减器被广泛应用在功率控制、自动电平控制(ALC)或自动增益控制电路中。滤波器如果相连接