高頻電子線路ppt講義2選頻網(wǎng)絡(luò)課件

1、1、掌握、掌握串聯(lián)與并聯(lián)諧振回路的主要性能：串聯(lián)與并聯(lián)諧振回路的主要性能： 諧振條件與諧振曲線，通頻帶，諧振條件與諧振曲線，通頻帶，Q值的意義；值的意義； 信號源內(nèi)阻與負載阻抗對諧振回路的影響。信號源內(nèi)阻與負載阻抗對諧振回路的影響。2、掌握兩種諧振回路的阻抗互換與抽頭的阻抗變換。、掌握兩種諧振回路的阻抗互換與抽頭的阻抗變換。3、熟悉互感耦合回路的主要性能。、熟悉互感耦合回路的主要性能。4、了解其他形式的濾波器，主要是石英晶體濾波器、了解其他形式的濾波器，主要是石英晶體濾波器地特性。地特性。 高頻電子線路中常用的選頻網(wǎng)絡(luò)有：單振蕩回路耦合振蕩回路選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路（由L、C 組成）各種濾波器LC集

2、中濾波器石英晶體濾波器陶瓷濾波器聲表面波濾波器 所謂選頻（濾波），就是選出需要的頻率分量和濾除不需要的頻率分量。 功能：選頻、阻抗變換2.1.1 基本原理2.1.2 串聯(lián)振蕩回路的諧振曲線和通頻帶2.1.3 串聯(lián)振蕩回路的相位特性曲線 由電感線圈和電容器組成的單個振蕩電路，稱為由電感線圈和電容器組成的單個振蕩電路，稱為單振蕩回路單振蕩回路。 Is C L R + C Vs L R 信號源與電容和電感串接串接，就構(gòu)成串聯(lián)振蕩回路。 + C Vs L R + C Vs L R 電感線圈等效為電感L和損耗電阻R的串聯(lián)；電容器等效為電容C和損耗電阻R 的并聯(lián)。 通常，相對于電感線圈的損耗，電容的損耗很

3、小，可以忽略不計。損耗電阻 L R C R 22XRZjeZCLjRZ)1(一、諧振現(xiàn)象 + C Vs L R jL1/(jC)RCL1arctan回路阻抗回路阻抗回路電抗回路電抗CLX1諧振條件:0100CLX即信號頻率LC10或LCf210RZ 0 O電抗容性感性 LX= L1 C 01C X1) 0時，X 0時， X 0呈感性。2. 阻抗性質(zhì)隨頻率變化的規(guī)律：諧振時，電感、電容消失了！諧振時，電感、電容消失了！ 諧振時，回路阻抗值最小，即諧振時，回路阻抗值最小，即Z=R； 當(dāng)信號源為電壓源時，回路電流最大，當(dāng)信號源為電壓源時，回路電流最大， 具有帶通選頻特性具有帶通選頻特性。選頻特性曲線

4、ZVSRVIS0二、諧振特性諧振時， ,定義品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)00 CLVV3.串聯(lián)諧振時，電感和電容兩端的電壓模值大小相等，且電感和電容兩端的電壓模值大小相等，且等于外加電壓的等于外加電壓的Q倍；倍；由于Q值較高,常在幾十到幾百左右,必須預(yù)先注意回路元件的耐壓問題。ssVRLLRV00jjLIVL000jsVQjssVCRCRV001jj1CIVC000j1sVQjCRRLQ001Q評價諧振回路損耗的大小。Q值越大，回路的損耗越小，其選擇性越好。CL001 回路中電流幅值與外加電壓頻率之間的關(guān)系曲線稱為諧振曲線。)()()(.0IINRVCLRVss)1j()1( jCLRR)(j00)()

5、(j11eNQ) ( j11000RL幅頻特性曲線N() 包含兩個方面： 頻率選擇性頻率選擇性和通頻帶通頻帶。)()()(.0IIN)1( jCLRR)(j00)() (j11eNQ20020) (11)()()(QIIN選頻特性曲線N()Q101. 頻率選擇性頻率選擇性0用 表示頻率偏離諧振的程度，稱為失諧量失諧量 對于同樣的頻率和0，回路的Q值愈大， N()下降的越多?；芈返腝值愈高，諧振曲線愈尖銳，對外加電壓的選頻作用愈顯著，回路的選擇性就愈好。 因此，要衡量電路偏離諧振的程度，必須包含Q和失諧量的綜合效果。20)2(11)(QN定義廣義失諧量當(dāng) 0，即失諧不大時：0022ffQQ211

6、)(N20)2(11)(QN02Q2. 通頻帶通頻帶127 .02fff或1210027 . 0 )()(22111)0()()(2IIN1 Q 2 Q1 Q 2 Q0702Qff.0702 或回路Q值越高，選擇性越好，但通頻帶越窄，二者矛盾。2. 通頻帶通頻帶 由于人耳聽覺對于相位特性引起的信號失真不敏感，所以早期的無線電通信在傳遞聲音信號時，對于相頻特性并不重視。 但是，近代無線電技術(shù)中，普遍遇到數(shù)字信號與圖像信號的傳輸問題，在這種情況下，相位特性失真要嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。)(j000)() ( j11)()()(.eNQIIN arctanarctan00Q 由右圖可見，Q值愈大，相頻特性

7、曲線在諧振頻率0附近的變化愈陡峭。但是，線性度變差，或者說，線性范圍變窄。2.2.1 基本原理和特性2.2.2 并聯(lián)振蕩回路的諧振曲線、 相位特性曲線和通頻帶2.2.3 信號源內(nèi)阻和負載電阻的影響2.2.4 低Q值的并聯(lián)諧振回路 + C Vs L R 損耗電阻 通常，串聯(lián)諧振回路的帶通特性要求信號源內(nèi)阻越低越好。 Z R 0 諧振頻率選頻特性曲線ZVS若信號源內(nèi)阻比較大應(yīng)該選擇怎樣的諧振回路? 同樣，要研究并聯(lián)振蕩回路的選頻特性，可以考察其阻抗隨頻率變化的規(guī)律。并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路 Is C L R 損耗電阻回路的總阻抗回路的總阻抗CLRCLRZj1jj1jCLRCLR1jj1jLR通常，

8、損耗電阻R在工作頻段內(nèi)滿足：或 高QCLRCL1jLCLCR1j1 Is C L R 損耗電阻回路總導(dǎo)納回路總導(dǎo)納LCRGLCB1LCLCRBGY1jjQ高 Is C L 1/G 采用導(dǎo)納分析并聯(lián)振蕩回路及其等效電路電導(dǎo)電導(dǎo)電納電納 YOp GBO電納 CB = C 1 L1L 感性容性 P01LCB諧振條件諧振條件:即信號頻率LC1pLCf21p或1) p時，B p時，B 0呈容性。1. 阻抗性質(zhì)隨頻率變化的規(guī)律：當(dāng)信號源為電流源時，回路電壓最大 ，即 具有帶通選頻特性。2. 諧振時，回路阻抗值最大；CRLGR1pps0RIVCRIppsj0ppVCjICspjIQLjILQLjVLjRVI

9、pSppppLp00spjIQ3.并聯(lián)諧振時，流經(jīng)電感和電容的電流模值大小相近，方向相反，且約等于外加電流的Q倍；LCR回路的狀態(tài)與串聯(lián)諧振回路相似。RCLCRRLQPPp1RCLCL1CRLRpppp品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù) 回路中電壓幅值與外加電流頻率之間的關(guān)系曲線稱為諧振曲線諧振曲線。)1j()1j()()()(.pppsps0LCGGGLCGIVVNI)(jppp)() ( j11eNQ 可見，對串聯(lián)和并聯(lián)諧振回路而言，諧振曲線是相似的。IsCLRsRpRL 考慮信號源內(nèi)阻Rs和負載電阻RL后，由于回路總的損耗增大，回路Q值將下降，稱為等效品質(zhì)因數(shù)QL。LsppL1GGGLQ 由于QL值低于Q

10、p，因此考慮信號源內(nèi)阻及負載電阻后，并聯(lián)諧振回路的選擇性變壞，通頻帶加寬。Lpsppp11RRRRRLLpspp1RRRRQ Is C L R + C Vs L R O電抗容性感性 LX = L 1 C 01C RZ 0 選頻特性曲線N()Q10BO電納 CB= C 1 L1L 感性容性 P Is C L 1/G YOp G Is C L R + C Vs L R 互偶RgLCYZsVsIIV3333例例1.3 1.3 對于收音機的中頻放大器，其中心頻率對于收音機的中頻放大器，其中心頻率f f0 0=465kHz=465kHz，B B0.7070.707=8kHz=8kHz，回路電，回路電容容

11、C=200pFC=200pF，試計算回路電感和，試計算回路電感和 Q QL L值值( (有載有載Q Q值值) )。若電感線圈的。若電感線圈的 Q QP P=100=100，問在，問在回路上應(yīng)并聯(lián)多大的電阻才能滿足要求?；芈飞蠎?yīng)并聯(lián)多大的電阻才能滿足要求。 2261262212112446510200 10100.5864465200PPfLCLfCmH 2由得：（）00.7073030.707465 1058.1258 10LLfBQfQB 由得：解：解： 34349312010010171.222465 10200 1024652158.125171.22237.6610058.125PPP

12、LPLLLPPLQRkCQQRRQRRkQQ 因為：而：所以：3535例例1.4 1.4 圖示為波段內(nèi)調(diào)諧用的并聯(lián)振蕩回路，可變電容圖示為波段內(nèi)調(diào)諧用的并聯(lián)振蕩回路，可變電容 C C的變化范圍為的變化范圍為 1212260 pF260 pF，CtCt為微調(diào)電容，要求此回路的調(diào)諧范圍為為微調(diào)電容，要求此回路的調(diào)諧范圍為 5355351605 kHz1605 kHz，求，求回路電感回路電感L L和和CtCt的值，并要求的值，并要求C C的最大和最小值與波段的最低和最高頻率對應(yīng)。的最大和最小值與波段的最低和最高頻率對應(yīng)。解：解： 12min12max,1122(1210)1122(26010) 33

13、根據(jù)已知條件，可以得出：回路總電容為因此可以得到以下方程組1605 10535 10tttCCCLCLCLCLC 1212121212121232260102601091210121082601091210260108101981253510260190.3175ttttttCCCCCCpFLm H -1261605，535（）（） 101031494234352.3.1 串、并聯(lián)阻抗的等效互換2.3.2 并聯(lián)諧振回路的其他形式2.3.3 抽頭式并聯(lián)電路的阻抗變換 所謂等效等效，就是指電路工作在某一頻率時，不管其內(nèi)部的電路形式如何，從端口看過去其阻抗或者導(dǎo)納是相等的。ppppssjjjXRXR

14、XR要串、并聯(lián)阻抗等效，即要串、并聯(lián)阻抗等效，即2p2pp2p2p2p2ppjXRXRXRXRppppppppjjjjXRXRXRXR故2p2p2ppXRXRRs2p2pp2psXRXRX并聯(lián)變?yōu)榇?lián)的公式并聯(lián)變?yōu)榇?lián)的公式 盡管電路形式變化，但是二者的品質(zhì)因數(shù)應(yīng)該相等。pp2Lss1LXRQRXQs2ss2s2sRZRXRRPs2ss2s2sXZXXRXP串聯(lián)變?yōu)椴⒙?lián)的公式串聯(lián)變?yōu)椴⒙?lián)的公式21LspQRRspXX結(jié)論：結(jié)論：當(dāng)品質(zhì)因數(shù)足夠高時1）小的串聯(lián)電阻變?yōu)榇蟮牟⒙?lián)電阻。2）串聯(lián)電抗變?yōu)橥再|(zhì)的并聯(lián)電抗。QL 110時， 對于復(fù)雜的并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率和諧振阻抗的計算一般更為繁瑣。

15、然而，當(dāng)整個電路滿足高Q條件時，計算可以大大化簡。當(dāng)品質(zhì)因數(shù)足夠高時LC1p2p21212pp)(1)(CRRRRLZ)(21ppRRLQ并聯(lián)諧振頻率0q0qqp21CCCCLf C0 rq Cq Lq b a 為了減小信號源或負載電阻對諧振回路的影響，信號源或負載電阻不是直接接入回路，而是經(jīng)過一些簡單的變換電路，將它們部分接入回路。 介紹電感抽頭式并聯(lián)諧振回路。4444電感抽頭的阻抗變換電感抽頭的阻抗變換 圖圖 電感抽頭式并聯(lián)諧振回路電感抽頭式并聯(lián)諧振回路1112211()PabLLpLLLLZr令222()PdbLprpZ2abdbZpZ接入系數(shù)接入系數(shù) P P是一個阻抗變換系數(shù)是一個阻抗

16、變換系數(shù), ,在從低抽頭到高抽頭轉(zhuǎn)換時在從低抽頭到高抽頭轉(zhuǎn)換時, ,等效阻抗等效阻抗提高到提高到1/p1/p2 2倍。倍。4545對自耦變器耦合的連接：對自耦變器耦合的連接：N1N2LCRSRLISLLRpR2112NNp其中：其中：4646電容抽頭的阻抗變換電容抽頭的阻抗變換1112211211111 abdbZCCpZCCCCCCCC4747例例1.5 1.5 圖示為一電容抽頭的并聯(lián)振蕩回路。諧振頻率圖示為一電容抽頭的并聯(lián)振蕩回路。諧振頻率f0=1MHzf0=1MHz，C1=400 pfC1=400 pf，C2=100 pF C2=100 pF 求回路電感求回路電感L L。若。若 Qp=1

17、00Qp=100，RL=2kRL=2k，求回路有載，求回路有載 QLQL值。值。 12122062124000080,5001(2)10.317(210 ) 80 10 C CCpFCCLfCmH 1L12C400R0.8CC500 負載接入系數(shù)為p=2612023.1250.6410019926.28 1080 101001.546199113.125LLppLpLRRkpQkf CQQRR 0折合到回路兩端的負載電阻為回路固有諧振阻抗為R有載品質(zhì)因數(shù)解：解： 4848例例1.6 1.6 某電視接收機輸入回路的簡化電路如圖所示，已知某電視接收機輸入回路的簡化電路如圖所示，已知C1=5pFC1

18、=5pF，C2=15pFC2=15pF，Rs=75Rs=75，RL=300RL=300，問，問N1/N2N1/N2為多少時，才能使電路匹配？為多少時，才能使電路匹配？ 2121NNNP25. 02052112CCCP21PRRSS22PRRLL1222110.1258SLSLRRRRPPP721NN解：解： 耦合回路是由兩個或兩個以上的電路形成的一個網(wǎng)絡(luò)，兩個電路之間必須有公共阻抗存在，才能完成耦合作用。 在耦合回路中接有激勵信號源的回路稱為初級回路，與負載相接的回路稱為次級回路。 為了說明回路間的耦合程度，常用耦合系數(shù)來表示，它的定義是：耦合回路的公共電抗（或電阻）絕對值與初、次級回路中同性

19、質(zhì)的電抗（或電阻）的幾何中項之比，即221112XXXk 在高頻電子線路中，常采用圖.所示的兩種耦合回路。圖.（）為互感耦合串聯(lián)型回路；（）為電容耦合并聯(lián)型回路。2.5.1 LC集中選擇性濾波器2.5.2 石英晶體濾波器2.5.3 陶瓷濾波器2.5.4 表面聲波濾波器 Vs Rs C L C L C0（Z1） RL Vo + (b) 2Z2 2Z2 14021ZZEnd 為了獲得工作頻率高度穩(wěn)定、阻帶衰減特性十分陡峭的濾波器，就要求濾波器元件的品質(zhì)因數(shù)很高。LC型濾波器的品質(zhì)因數(shù)一般在100200范圍內(nèi)，不能滿足上述要求。 石英諧振器的品質(zhì)因數(shù)可達幾萬甚至幾百萬，因而可以構(gòu)成工作頻率穩(wěn)定度極高

20、、阻帶衰減特性很陡峭、通帶衰減很小的濾波器。l. 壓電效應(yīng)和壓電振蕩 C0 rq Cq Lq JT b a 在石英晶體兩個管腳加交變電場時，它將會產(chǎn)生一定頻率的機械變形，而這種機械振動又會產(chǎn)生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。 通常，壓電效應(yīng)并不明顯。但是，當(dāng)交變電場的頻率為某一特定值時，機械振動和交變電場的振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩。2. 石英晶體的等效電路和振蕩頻率 C0 rq Cq Lq b a 當(dāng)石英晶體不振動時，可等效為一個平板電容C0，稱為靜態(tài)電容；其值決定于晶片的幾何尺寸和電極面積，一般約為幾幾十pF。 當(dāng)晶片產(chǎn)生振動時，機械振動的慣性等效為電感Lq，其值為幾mH幾

21、十H。 晶片的彈性等效為電容Cq，為0.010.1pF，因此Cq C0 。 晶片的摩擦損耗等效為電阻rq，約為100，理想情況下rq=0。 當(dāng)?shù)刃щ娐分械腖q、Cq、rq支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振時，該支路呈純阻性，其串聯(lián)諧振頻率qqsCLf21并聯(lián)諧振頻率0qs0q0qqp121CCfCCCCLf C0 rq Cq Lq b a 由于CqCq, 它的接入系數(shù)p Cq /C0很小，大大減小了加到晶體兩端的外部電路元件對晶體的影響。 C0 rq Cq Lq b a 4. 石英晶體濾波器的應(yīng)用 工作于串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振之間的狹長感性區(qū)，電感是頻率的函數(shù)，且隨頻率增加而劇烈增加，從而遏制頻率的進一步增加。 O X容性 容性 感性 sfpf4作電感用它具有很高的Q值。4工作于串聯(lián)諧振狀態(tài)注意：一般不工作于容性區(qū)。 C0 rq Cq Lq b a C0 (a) (b) Cq Lq rq C0 Cq1 Lq1 rq1 Cq3 Lq3 rq3 Cq5 Lq5 rq5 Cqk Lqk rqk (c) 石英晶體諧振器石英晶體諧振器(a) 符號符號 (b) 基頻等效電路基頻等效電路 (c) 完整等效電路完整等效電路 除了以上基頻振動模式外，石英片的振動還會產(chǎn)生奇次（2n-1）諧波的泛音振動?；?/p>