高頻電子線路z2

1、第第2章章 諧振回路諧振回路2.1 諧振回路元件的高頻特性諧振回路元件的高頻特性2.2 諧振回路諧振回路2.3 諧振回路的耦合連接諧振回路的耦合連接2.4 耦合回路耦合回路2.5 濾波器濾波器內(nèi)容提要 諧振回路在高頻電路中即為諧振回路在高頻電路中即為選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)，它能選出，它能選出我們需要的頻率分量和濾除不需要的頻率量。我們需要的頻率分量和濾除不需要的頻率量。 在高頻電子線路中應(yīng)用的選頻網(wǎng)絡(luò)分為兩大類：在高頻電子線路中應(yīng)用的選頻網(wǎng)絡(luò)分為兩大類： 第一類是由電感和電容元件組成的振蕩回路第一類是由電感和電容元件組成的振蕩回路（也稱（也稱諧振回路諧振回路），它又可分為單諧振回路和耦合），它又可分

2、為單諧振回路和耦合諧振回路；諧振回路； 第二類是各種第二類是各種濾波器濾波器，如，如LC集中參數(shù)濾波器，集中參數(shù)濾波器，石英晶體濾波器，陶瓷濾波器和聲表面波濾波等。石英晶體濾波器，陶瓷濾波器和聲表面波濾波等。 2.1 諧振回路元件的高頻特性諧振回路元件的高頻特性 各種高頻電路基本上是由各種高頻電路基本上是由有源器件有源器件、無源無源元件元件和和無源網(wǎng)絡(luò)無源網(wǎng)絡(luò)組成的。組成的。 高頻電路中使用的元器件與在低頻電路中高頻電路中使用的元器件與在低頻電路中使用的元器件基本相同，但是注意它們?cè)诟呤褂玫脑骷鞠嗤?，但是注意它們?cè)诟哳l使用時(shí)的高頻特性。頻使用時(shí)的高頻特性。 高頻電路中完成信號(hào)的放大、非線

3、性變換高頻電路中完成信號(hào)的放大、非線性變換等功能的有源器件主要是二極管、晶體管和等功能的有源器件主要是二極管、晶體管和集成電路。集成電路。 2.1 諧振回路元件的高頻特性諧振回路元件的高頻特性 常用的無源元件有電阻、電感和電容，常用的無源元件有電阻、電感和電容，它們是線性雙通的、不隨時(shí)間變化的、它們是線性雙通的、不隨時(shí)間變化的、具有集總參量的。具有集總參量的。 線性線性指元件參量與流經(jīng)它的電流或加于指元件參量與流經(jīng)它的電流或加于其上的電壓的數(shù)值無關(guān)其上的電壓的數(shù)值無關(guān) 雙通雙通指元件參量與電流方向和電壓極性指元件參量與電流方向和電壓極性無關(guān)無關(guān) 集總參量集總參量指不隨空間位置而變的參量。指不隨

4、空間位置而變的參量。2.1 諧振回路元件的高頻特性諧振回路元件的高頻特性 無源元件上的電流和電壓的關(guān)系稱為元件的伏安無源元件上的電流和電壓的關(guān)系稱為元件的伏安特性。特性。 在理想情況下，在理想情況下， 電阻是一個(gè)耗能元件電阻是一個(gè)耗能元件 電容是儲(chǔ)存電能的元件電容是儲(chǔ)存電能的元件 電感是儲(chǔ)存磁能的元件電感是儲(chǔ)存磁能的元件 線路中磁能和電能是不能突然改變的，即電感線線路中磁能和電能是不能突然改變的，即電感線圈中的電流和電容器中的電荷都不能驟然增加圈中的電流和電容器中的電荷都不能驟然增加 2.1 諧振回路元件的高頻特性諧振回路元件的高頻特性 在線路中引用的無源元件（在線路中引用的無源元件（R、L和

5、和C）都是理想元件。實(shí)際元件應(yīng)用由不同的都是理想元件。實(shí)際元件應(yīng)用由不同的等效電路來表示；針對(duì)不同的運(yùn)用情況，等效電路來表示；針對(duì)不同的運(yùn)用情況，應(yīng)采用最確切的等效電路。應(yīng)采用最確切的等效電路。 下面介紹電阻、電感、電容的高頻特性下面介紹電阻、電感、電容的高頻特性2.1.1 高頻電路中的無源元件高頻電路中的無源元件 一個(gè)實(shí)際的電阻器，在一個(gè)實(shí)際的電阻器，在低頻低頻時(shí)主要表現(xiàn)為時(shí)主要表現(xiàn)為電阻特性電阻特性，但在，但在高高頻頻使用時(shí)不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面，而且還表現(xiàn)有使用時(shí)不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面，而且還表現(xiàn)有電抗特電抗特性性的一面。電阻器的電抗特性反映的就是的一面。電阻器的電抗特性反映的就是高

6、頻特性高頻特性。 一個(gè)電阻一個(gè)電阻R的高頻等效電路如圖所示，其中的高頻等效電路如圖所示，其中CR為分布電為分布電容，容，LR為引線電感，為引線電感，R為電阻。為電阻。電阻的高頻等效電路電阻的高頻等效電路CRRLR 1.1.電阻器電阻器 電感線圈在高頻頻段除表現(xiàn)出電感電感線圈在高頻頻段除表現(xiàn)出電感L的特性外，的特性外，還具有一定的還具有一定的損耗電阻損耗電阻r和和分布電容分布電容。在分析一般長、。在分析一般長、中、短波頻段電路時(shí)，通常忽略分布電容的影響。中、短波頻段電路時(shí)，通常忽略分布電容的影響。因而，電感線圈的等效電路可以表示為電感因而，電感線圈的等效電路可以表示為電感L和電和電阻阻r串聯(lián)，如

7、圖所示。串聯(lián)，如圖所示。電感線圈的串聯(lián)等效電路電感線圈的串聯(lián)等效電路rL 2.2.電感線圈的高頻特性電感線圈的高頻特性集膚效應(yīng)集膚效應(yīng) 損耗電阻損耗電阻r隨頻率增高而增加，這主要是集膚隨頻率增高而增加，這主要是集膚效應(yīng)的影響。所謂集膚效應(yīng)是指隨著工作頻率效應(yīng)的影響。所謂集膚效應(yīng)是指隨著工作頻率的增高，流過導(dǎo)線的交流電流向?qū)Ь€表面集中的增高，流過導(dǎo)線的交流電流向?qū)Ь€表面集中這一現(xiàn)象，當(dāng)頻率很高時(shí)，導(dǎo)線中心部位幾乎這一現(xiàn)象，當(dāng)頻率很高時(shí)，導(dǎo)線中心部位幾乎完全沒有電流流過，這相當(dāng)于把導(dǎo)線的橫截面完全沒有電流流過，這相當(dāng)于把導(dǎo)線的橫截面積減小為導(dǎo)線的圓環(huán)面積，導(dǎo)電的有效面積較積減小為導(dǎo)線的圓環(huán)面積，導(dǎo)

8、電的有效面積較直流時(shí)大為減小，電阻直流時(shí)大為減小，電阻r增大。工作頻率越高，增大。工作頻率越高，圓環(huán)的面積越小，導(dǎo)線電阻就越大。圓環(huán)的面積越小，導(dǎo)線電阻就越大。 設(shè)流過電感線圈的電流為設(shè)流過電感線圈的電流為I，則電感則電感L上的無功功率為上的無功功率為I2L/2，而線圈的損耗功率（有功功率）而線圈的損耗功率（有功功率），即電阻即電阻r的消耗的消耗功率為功率為I2r/2，故由式（故由式（2.1.1）得到電感的品質(zhì)因數(shù)）得到電感的品質(zhì)因數(shù)有功功率無功功率Q( 2.1.1 )rLrILIQ222121( 2.1.2 ) Q值是一個(gè)比值，它是感抗值是一個(gè)比值，它是感抗L與損耗電阻與損耗電阻r之比，之比

9、，Q值值越高損耗越小越高損耗越小，一般情況下，一般情況下, 線圈的線圈的Q值通常在幾十到一二值通常在幾十到一二百左右。百左右。 在無線電技術(shù)中通常不是直接用等效電阻在無線電技術(shù)中通常不是直接用等效電阻r，而是引入線而是引入線圈的圈的品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)這一參數(shù)來表示線圈的損耗性能。這一參數(shù)來表示線圈的損耗性能。 品質(zhì)因數(shù)定義為品質(zhì)因數(shù)定義為無功功率無功功率與與有功功率之比有功功率之比 :品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù) 在電路分析中，為了計(jì)算方便，有時(shí)需要把電感與電阻在電路分析中，為了計(jì)算方便，有時(shí)需要把電感與電阻串聯(lián)形式的線圈等效電路轉(zhuǎn)換為電感與電阻的并聯(lián)形式。串聯(lián)形式的線圈等效電路轉(zhuǎn)換為電感與電阻的并聯(lián)形式。

10、 下下圖中的圖中的LP、R表示并聯(lián)形式的參數(shù)。表示并聯(lián)形式的參數(shù)。 pLjRLjr111( 2.1.3 )電感線圈串、并聯(lián)等效電路電感線圈串、并聯(lián)等效電路 根據(jù)等效電路的原理，在左圖中根據(jù)等效電路的原理，在左圖中1-2兩端的導(dǎo)納應(yīng)等于右兩端的導(dǎo)納應(yīng)等于右圖中圖中1-2兩端的導(dǎo)納，即兩端的導(dǎo)納，即rL12RLP12等效電路等效電路 由上式，并用式由上式，并用式(2.1.2)就可以得到就可以得到 ( 2.1.4 )rLrQR222LLp 由上述結(jié)果表明，由上述結(jié)果表明，一個(gè)高一個(gè)高Q Q電感線圈，其等效電電感線圈，其等效電路可以表示為串聯(lián)形式路可以表示為串聯(lián)形式, ,也可以表示為并聯(lián)形式。在也可以

11、表示為并聯(lián)形式。在兩種形式中，電感值近似不變，串聯(lián)電阻與并聯(lián)電兩種形式中，電感值近似不變，串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻的乘積等于感抗的平方。阻的乘積等于感抗的平方。當(dāng)當(dāng)Q 1時(shí)，則時(shí)，則rLLRp)11 (2QLLp 由式由式(2.1.4)看出，看出，r越小越小R就越大，即損耗小，反之，則就越大，即損耗小，反之，則損耗大。損耗大。 一般地，一般地，r為幾歐的量級(jí)，變換成為幾歐的量級(jí)，變換成R則為幾十到幾百則為幾十到幾百千歐。千歐。 Q 也可以用并聯(lián)形式的參數(shù)表示。也可以用并聯(lián)形式的參數(shù)表示。 由式由式(2.1.4)有有 上式代入上式代入(2.1.2)得得 上式表明，上式表明，若以并聯(lián)形式表示若以并聯(lián)形式

12、表示Q時(shí)，則為并聯(lián)電阻與感時(shí)，則為并聯(lián)電阻與感抗之比。抗之比。 RLr22pLRLRQrLrQR222( 2.1.4 ) 一個(gè)實(shí)際的電容器除表現(xiàn)電容特性外，也具有損耗電一個(gè)實(shí)際的電容器除表現(xiàn)電容特性外，也具有損耗電阻和分布電感。阻和分布電感。 在分析一般米波以下頻段的諧振回路時(shí)，在分析一般米波以下頻段的諧振回路時(shí)，常常只考慮電容和損耗。常常只考慮電容和損耗。 電容器的等效電路也有兩種形式，電容器的等效電路也有兩種形式，如圖所示。如圖所示。電容器的串、并聯(lián)等效電路電容器的串、并聯(lián)等效電路rCRCp3.3.電容器的高頻特征電容器的高頻特征 為了說明電容器損耗的大小，引入為了說明電容器損耗的大小，引

13、入電容器的品質(zhì)因數(shù)電容器的品質(zhì)因數(shù)Q，它等于容抗與串聯(lián)電阻之比它等于容抗與串聯(lián)電阻之比 CrrCQ11( 2.1.5 )RCCRQPP1( 2.1.6 ) 電容器損耗電阻的大小主要由介質(zhì)材料決定。電容器損耗電阻的大小主要由介質(zhì)材料決定。 Q值可值可達(dá)幾千到幾萬的數(shù)量級(jí)，與電感線圈相比達(dá)幾千到幾萬的數(shù)量級(jí)，與電感線圈相比, 電容器的損耗常電容器的損耗常常忽略不計(jì)。常忽略不計(jì)。 若以并聯(lián)等效電路表示，則為并聯(lián)電阻與容抗之比。若以并聯(lián)等效電路表示，則為并聯(lián)電阻與容抗之比。 )1 (2CQrRCQCp2111 與電感類似，可以推導(dǎo)出上圖串、并聯(lián)電路的變換式與電感類似，可以推導(dǎo)出上圖串、并聯(lián)電路的變換式

14、:當(dāng)當(dāng)Q 1時(shí)，它們近似式為時(shí)，它們近似式為rCCrQR2212CCp 上面分析表明，上面分析表明，一個(gè)實(shí)際的電容器，其等效電路可以一個(gè)實(shí)際的電容器，其等效電路可以表示為串聯(lián)形式，也可以表示為并聯(lián)形式。表示為串聯(lián)形式，也可以表示為并聯(lián)形式。 兩種形式中電兩種形式中電容值近似不變，串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的乘積等于容抗的平容值近似不變，串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的乘積等于容抗的平方。方。2.1.2 2.1.2 高頻電路中的有源器件高頻電路中的有源器件 從原理上看，用于高頻電路的各種有源器從原理上看，用于高頻電路的各種有源器件，與用于低頻或其他電子線路的器件沒有根件，與用于低頻或其他電子線路的器件沒有根本不同。

15、本不同。 只是由于工作在高頻范圍，對(duì)器件的某些只是由于工作在高頻范圍，對(duì)器件的某些性能要求更高。性能要求更高。 隨著半導(dǎo)體和集成電路技術(shù)的隨著半導(dǎo)體和集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，能滿足高頻應(yīng)用要求的器件越來越高速發(fā)展，能滿足高頻應(yīng)用要求的器件越來越多，也出現(xiàn)了一些專門用途的高頻半導(dǎo)體器件。多，也出現(xiàn)了一些專門用途的高頻半導(dǎo)體器件。1.1.二極管二極管 半導(dǎo)體二極管在高頻中主要用于半導(dǎo)體二極管在高頻中主要用于檢波、調(diào)制、解檢波、調(diào)制、解調(diào)及混頻調(diào)及混頻等非線性變換電路中，工作在低電平。等非線性變換電路中，工作在低電平。 變?nèi)荻O管的記憶電容變?nèi)荻O管的記憶電容Cj與外加反偏電壓與外加反偏電壓U之間呈

16、之間呈非線性關(guān)系。變?nèi)荻O管在工作時(shí)處于反偏截止?fàn)顟B(tài)，非線性關(guān)系。變?nèi)荻O管在工作時(shí)處于反偏截止?fàn)顟B(tài)，基本上不消耗能量，噪聲小，功率高?；旧喜幌哪芰?，噪聲小，功率高。 將它用于振蕩將它用于振蕩回路中，可以做成電調(diào)諧器，也可以構(gòu)成自動(dòng)調(diào)諧電回路中，可以做成電調(diào)諧器，也可以構(gòu)成自動(dòng)調(diào)諧電路等。路等。 變?nèi)莨苋粲糜谡袷幤髦?，可以通過改變電變?nèi)莨苋粲糜谡袷幤髦?，可以通過改變電壓來改變振蕩信號(hào)的頻率。這種振蕩器稱為壓壓來改變振蕩信號(hào)的頻率。這種振蕩器稱為壓控振蕩器控振蕩器(VCO)，壓控振蕩器是鎖相環(huán)路的一壓控振蕩器是鎖相環(huán)路的一個(gè)重要部件。個(gè)重要部件。 電調(diào)諧器和壓控振蕩器也廣泛用于電視接電調(diào)諧器

17、和壓控振蕩器也廣泛用于電視接收機(jī)的高頻頭中。具有變?nèi)菪?yīng)的某些微波二收機(jī)的高頻頭中。具有變?nèi)菪?yīng)的某些微波二極管極管(微波變?nèi)萜魑⒉ㄗ內(nèi)萜?還可以進(jìn)行非線性電容混頻、還可以進(jìn)行非線性電容混頻、倍頻。倍頻。 2.2.晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管 在高頻中應(yīng)用的晶體管仍然是雙極晶體管在高頻中應(yīng)用的晶體管仍然是雙極晶體管和多種場(chǎng)效應(yīng)管，這些管子比用于低頻的管子和多種場(chǎng)效應(yīng)管，這些管子比用于低頻的管子性能更好，在外形結(jié)構(gòu)方面也有所不同。性能更好，在外形結(jié)構(gòu)方面也有所不同。 高頻晶體管有兩大類型：高頻晶體管有兩大類型： 一類是做小信號(hào)一類是做小信號(hào)放大的高頻小功率管，對(duì)它們的主要要求是放大的高頻小功

18、率管，對(duì)它們的主要要求是高高增益和低噪聲增益和低噪聲；另一類為高頻功率放大管，除；另一類為高頻功率放大管，除了增益外，要求其在高頻有了增益外，要求其在高頻有較大的輸出功率較大的輸出功率。 3.3.集成電路集成電路 用于高頻的集成電路的類型和品種要比用用于高頻的集成電路的類型和品種要比用于低頻的集成電路少得多于低頻的集成電路少得多,主要分為通用型和專主要分為通用型和專用型兩種。用型兩種。 目前通用型的寬帶集成放大器，工作頻率目前通用型的寬帶集成放大器，工作頻率可達(dá)一、二百兆赫茲，增益可達(dá)五、六十分貝，可達(dá)一、二百兆赫茲，增益可達(dá)五、六十分貝，甚至更高。甚至更高。 用于高頻的晶體管模擬乘法器，工用

19、于高頻的晶體管模擬乘法器，工作頻率也可達(dá)一百兆赫茲以上。作頻率也可達(dá)一百兆赫茲以上。思考題：思考題： 1 1、無源元件電阻、電感、電容在高頻電、無源元件電阻、電感、電容在高頻電路中的特性與低頻電路中有什么不同？路中的特性與低頻電路中有什么不同？ 2 2、什么是集膚效應(yīng)？、什么是集膚效應(yīng)？ 3 3、電感、電容的串并聯(lián)等效電路如何轉(zhuǎn)、電感、電容的串并聯(lián)等效電路如何轉(zhuǎn)換？換？ 4 4、品質(zhì)因素的定義是什么？反映什么特、品質(zhì)因素的定義是什么？反映什么特性？性？2.2 諧振回路諧振回路 諧振回路由電感線圈和電容組成，當(dāng)外界授予諧振回路由電感線圈和電容組成，當(dāng)外界授予一定能量，電路參數(shù)滿足一定關(guān)系時(shí)，可以

20、在回路一定能量，電路參數(shù)滿足一定關(guān)系時(shí)，可以在回路中產(chǎn)生電壓和電流的周期振蕩回路。若該電路在某中產(chǎn)生電壓和電流的周期振蕩回路。若該電路在某一頻率的交變信號(hào)作用下一頻率的交變信號(hào)作用下,能在電抗原件上產(chǎn)生最大能在電抗原件上產(chǎn)生最大的電壓或流過最大的電流，即具有諧振特性，故該的電壓或流過最大的電流，即具有諧振特性，故該電路又稱諧振回路。電路又稱諧振回路。1.串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路2.并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路3.耦合諧振回路耦合諧振回路諧振回路按電路的形式分為：諧振回路按電路的形式分為：用途：用途：1.利用其選頻特性構(gòu)成各種諧振發(fā)大器利用其選頻特性構(gòu)成各種諧振發(fā)大器2.在自激振蕩器中充當(dāng)諧振回路在

21、自激振蕩器中充當(dāng)諧振回路3.在調(diào)制、變頻、解調(diào)充當(dāng)選頻網(wǎng)絡(luò)在調(diào)制、變頻、解調(diào)充當(dāng)選頻網(wǎng)絡(luò) 2.2.1 2.2.1 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路 下圖是最簡單的串聯(lián)回路。下圖是最簡單的串聯(lián)回路。 圖中圖中r是電感線圈是電感線圈L中的電阻，中的電阻，r通常很小，可以忽略，通常很小，可以忽略，C為電容。為電容。 振蕩回路的諧振特性可以從它們的阻抗頻率特性看出來。振蕩回路的諧振特性可以從它們的阻抗頻率特性看出來。 當(dāng)信號(hào)角頻率為當(dāng)信號(hào)角頻率為時(shí)，其串聯(lián)阻抗為：時(shí)，其串聯(lián)阻抗為：)1(1CLjrCjLjrZs( 2.2.1 ) r L C 當(dāng)當(dāng)r； 當(dāng)當(dāng)0時(shí)，回路呈感性，時(shí)，回路呈感性，|Zs|r； 當(dāng)當(dāng)0

22、時(shí)，感抗與容抗相等，時(shí)，感抗與容抗相等，|Zs|最小，并為純電阻最小，并為純電阻r， 我們稱此時(shí)發(fā)生了我們稱此時(shí)發(fā)生了串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振，且串聯(lián)諧振角頻率，且串聯(lián)諧振角頻率0為為:LC10( 2.2.2 )XO0容性容性感性感性 回路阻抗的模回路阻抗的模|Zs|隨隨變化的曲線分別如下圖所示：變化的曲線分別如下圖所示：r|Zs|O0 串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率0是串聯(lián)振蕩回路的一個(gè)重要參數(shù)。是串聯(lián)振蕩回路的一個(gè)重要參數(shù)。 若在若在串聯(lián)振蕩回路兩端加一恒壓信號(hào)串聯(lián)振蕩回路兩端加一恒壓信號(hào)U，則發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)因則發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)因阻阻抗最小抗最小，流過電路的，流過電路的電流最大電流最大，稱為，稱為諧振電流

23、諧振電流，其值為，其值為 rUI.0 在任意頻率下的回路電流在任意頻率下的回路電流I與諧振電流之比為與諧振電流之比為)(111110000.rLjrCLjZrrUZUIISS)(1100jQ( 2.2.3 )0I/I0諧振曲線其模為其模為其中其中22)(11000QIICrrLQ001( 2.2.4 )Q被稱為回路的被稱為回路的品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)，它是振蕩回路的另一個(gè)重要，它是振蕩回路的另一個(gè)重要參數(shù)。參數(shù)。 根據(jù)式（根據(jù)式（2.2.3）畫出相應(yīng)的曲線如圖所示，稱為諧振）畫出相應(yīng)的曲線如圖所示，稱為諧振曲線。曲線。Q2Q1Q1Q20I/I0 由圖可知回路的由圖可知回路的品質(zhì)因數(shù)越高，諧振曲線越尖

24、銳，回路品質(zhì)因數(shù)越高，諧振曲線越尖銳，回路選擇性越好選擇性越好。 QffB07 . 02 當(dāng)保持外加信號(hào)的幅值不變而改變其頻率時(shí)，將回路電當(dāng)保持外加信號(hào)的幅值不變而改變其頻率時(shí)，將回路電流值下降為諧振值的流值下降為諧振值的0.707時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱回路的時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱回路的通頻通頻帶帶，亦稱回路，亦稱回路帶寬帶寬，通常用，通常用B表示。表示。 令上式（令上式（2.2.3）等于）等于0.707，從而可得帶寬為，從而可得帶寬為思考題：思考題： 1 1、串聯(lián)諧振的物理意義是什么？、串聯(lián)諧振的物理意義是什么？ 2 2、頻帶寬度的定義是什么？、頻帶寬度的定義是什么？ 3 3、品質(zhì)因數(shù)與帶寬的關(guān)

25、系是什么？、品質(zhì)因數(shù)與帶寬的關(guān)系是什么？2.2.2 2.2.2 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路 串聯(lián)諧振回路適用于電源內(nèi)阻為低內(nèi)阻的情況或低阻抗串聯(lián)諧振回路適用于電源內(nèi)阻為低內(nèi)阻的情況或低阻抗電路。電路。 當(dāng)頻率不是非常高時(shí)，并聯(lián)諧振回路應(yīng)用最廣。當(dāng)頻率不是非常高時(shí)，并聯(lián)諧振回路應(yīng)用最廣。1. 1. 并聯(lián)諧振回路原理并聯(lián)諧振回路原理 并聯(lián)諧振回路是與串聯(lián)諧振回路對(duì)偶的電路，其等效電并聯(lián)諧振回路是與串聯(lián)諧振回路對(duì)偶的電路，其等效電路見下圖：路見下圖：CLrsI.jbgLrLCjLrrCjLjry 1222222 當(dāng)并聯(lián)諧振回路電納部分當(dāng)并聯(lián)諧振回路電納部分b0時(shí)，回路兩端電壓時(shí)，回路兩端電壓 與電與電

26、流流 同相，稱為同相，稱為并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振。設(shè)并聯(lián)諧振的角頻率為。設(shè)并聯(lián)諧振的角頻率為 ，則，則222Lrrg LrLCb2220sIU0220200LrLCb式中電導(dǎo)和電納分別為式中電導(dǎo)和電納分別為并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振 根據(jù)上式，有根據(jù)上式，有220200LrLC2202LrCL212011 LCrLCCLr2 10LC諧振時(shí)，回路的感抗和容抗近似相等。諧振時(shí)，回路的感抗和容抗近似相等。當(dāng)當(dāng) 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1時(shí)，則時(shí)，則 通常將這時(shí)感抗和容抗的數(shù)值稱為回路的通常將這時(shí)感抗和容抗的數(shù)值稱為回路的特性阻抗，特性阻抗，用用字母字母表示。即：表示。即： 100CLLCCLrCrrLrQ1100 202

27、LCrLrrgp 諧振時(shí)，由于電納諧振時(shí)，由于電納b=0,總導(dǎo)納只包含電導(dǎo)部分總導(dǎo)納只包含電導(dǎo)部分,稱為諧振稱為諧振電導(dǎo)電導(dǎo),用用gp表示表示(諧振時(shí)，諧振時(shí)， 接近接近 0，r遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于L） 回路的回路的特性阻抗特性阻抗與回路電阻與回路電阻r之比之比稱為回路的稱為回路的品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)。即：即：其諧振電阻為其諧振電阻為 12202QrQCrLrLrgRpp 代換電路代換電路 為了分析問題方便，往往將并聯(lián)諧振電路又左圖變向右為了分析問題方便，往往將并聯(lián)諧振電路又左圖變向右圖。根據(jù)式圖。根據(jù)式 對(duì)左圖，有對(duì)左圖，有2222LrLCjLrrYLCjLCrLCjLrY112CL RCLrCRr

28、1crR1( 2.2.6 )當(dāng)當(dāng)r遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于L時(shí)，時(shí)，(接近接近 0 )CrLR LCrR111()YjCRL 對(duì)右圖，有對(duì)右圖，有顯然，比較上面連個(gè)式子，諧振時(shí)，虛部為顯然，比較上面連個(gè)式子，諧振時(shí)，虛部為0，實(shí)部相等，于是實(shí)部相等，于是或或CRLr 即即LQCQCrLR00LGLRQ001或或 2. 2.頻率特性頻率特性 所謂回路的頻率特性就是所謂回路的頻率特性就是回路端電壓回路端電壓 與頻率的關(guān)系。與頻率的關(guān)系。如右圖所示。如右圖所示。UjsUe jgIULC1 gL1Carctg(f)2gL1C1gsI2L1C2gsIU(f)LCg（2.2.7） 式式2.2.7就是并聯(lián)回路的幅頻

29、特性和相頻特性就是并聯(lián)回路的幅頻特性和相頻特性,將其幅頻特將其幅頻特性歸一化。性歸一化。 gL1C-11 gI1L1CgIUU(f)N(f)2s22s0UOf0U0f 考慮考慮 和和 ，上式中，上式中LC10Lg Q01QffffQ QLCLggLC0000000 11ffff002211QN(f)式中式中 稱為稱為相對(duì)失諧相對(duì)失諧。于是于是 由右圖可見，回路由右圖可見，回路Q值越高，曲線越尖銳。所以值越高，曲線越尖銳。所以在電子線路中常用諧振回路在電子線路中常用諧振回路從不同頻率的各種信號(hào)中選從不同頻率的各種信號(hào)中選擇所需要的信號(hào)，諧振回路擇所需要的信號(hào)，諧振回路的這種性質(zhì)稱為的這種性質(zhì)稱為

30、選擇性選擇性?；??；芈仿稱值越高，選擇性越好。值越高，選擇性越好。 當(dāng)失諧不大時(shí)，即離開諧當(dāng)失諧不大時(shí)，即離開諧振頻率不太遠(yuǎn)時(shí)，振頻率不太遠(yuǎn)時(shí)，f + f0 2f0 于是相對(duì)失諧于是相對(duì)失諧00000202002ffffffffffffffffQ2Q1Q1Q20N( f ) 由圖可見由圖可見(見下頁見下頁) 當(dāng)當(dāng) 0( 即即 f 0( 即即 f f0 )時(shí)，時(shí)， 即即電壓電壓 滯后電流滯后電流 ,回路呈容性回路呈容性； 式中式中f = f - f0是相對(duì)于諧振頻率是相對(duì)于諧振頻率 f0的失諧量，于是的失諧量，于是 式式2.2.7的相頻特性可簡化為的相頻特性可簡化為202211ffQN(f)ar

31、ctg rgCarctg(f)L10(f) UsI0(f)UsI 當(dāng)當(dāng) =0 ( 即即f = f0 )時(shí)，時(shí)， ，即電壓，即電壓 與與 同相位，同相位，回路呈純阻性回路呈純阻性。 同時(shí)還可以看出，同時(shí)還可以看出，Q越高，在越高，在 f0 附近，相位頻附近，相位頻率特性越陡。率特性越陡。0(f) UsI/ 2/ 20根據(jù)根據(jù) N(f) = 202)2(11ffQ可作出單位諧振曲線（），如圖?？勺鞒鰡挝恢C振曲線（），如圖。 通頻帶、選擇性、矩形系數(shù)通頻帶、選擇性、矩形系數(shù) 由圖可知，越大，諧振曲線越尖銳，選擇性越好。由圖可知，越大，諧振曲線越尖銳，選擇性越好。 為了衡量回路對(duì)于不同頻率信號(hào)的通過能

32、力，定義單為了衡量回路對(duì)于不同頻率信號(hào)的通過能力，定義單位諧振曲線上（）位諧振曲線上（） 所包含的頻率范圍為回路所包含的頻率范圍為回路的的通頻帶通頻帶， 用用B或或0.7表示。表示。 在圖上在圖上0.721，有，有2121)2(11)(2020ffQfN可得可得 1200ffQ1)(20020fffQ1)(20010fffQ將兩式相減將兩式相減， 可得到可得到: 2)(20120fffQ 所以所以 BW 0.7 = f2 - f1 = 可見，可見， 通頻帶與回路值成反比通頻帶與回路值成反比。 也就是說，也就是說， 通頻帶與通頻帶與回路值回路值(即選擇性即選擇性)是互相矛盾的兩個(gè)性能指標(biāo)。是互相

33、矛盾的兩個(gè)性能指標(biāo)。 選擇性是指選擇性是指諧振回路對(duì)不需要信號(hào)的抑制能力，諧振回路對(duì)不需要信號(hào)的抑制能力， 即要求在通頻帶之外，即要求在通頻帶之外， 諧振曲線（）應(yīng)陡峭下降。所以，值越高，諧振曲線越諧振曲線（）應(yīng)陡峭下降。所以，值越高，諧振曲線越陡峭，陡峭， 選擇性越好，但通頻帶卻越窄。一個(gè)理想的諧振回路，選擇性越好，但通頻帶卻越窄。一個(gè)理想的諧振回路， 其幅頻特性曲線應(yīng)該是通頻帶內(nèi)完全平坦，信號(hào)可以無衰減通其幅頻特性曲線應(yīng)該是通頻帶內(nèi)完全平坦，信號(hào)可以無衰減通過，而在通頻帶以外則為零，信號(hào)完全通不過，如圖所示寬度過，而在通頻帶以外則為零，信號(hào)完全通不過，如圖所示寬度為為0.7、高度為的矩形。

34、、高度為的矩形。00Qf 為了衡量實(shí)際幅頻特性曲線接近理想幅頻特性曲線的程度，為了衡量實(shí)際幅頻特性曲線接近理想幅頻特性曲線的程度，提出了提出了“矩形系數(shù)矩形系數(shù)”這個(gè)性能指標(biāo)。這個(gè)性能指標(biāo)。 矩形系數(shù)矩形系數(shù)0.1定義為定義為單位諧振曲線（）值下降到單位諧振曲線（）值下降到時(shí)的頻帶范圍時(shí)的頻帶范圍0.1與通頻帶與通頻帶0.7之比之比， 即即:7 . 01 . 01 . 0BWBWK 由定義可知，由定義可知，01是一個(gè)大于或等于的數(shù)，是一個(gè)大于或等于的數(shù)， 其數(shù)值越小，其數(shù)值越小， 則對(duì)應(yīng)的幅頻特性越理想。則對(duì)應(yīng)的幅頻特性越理想。 解： 取 101)2(11)(2020ffQfN 利用圖，用類似

35、于求通頻帶0.7的方法可求得:002341 . 0110QfffBW95. 911027 . 01 . 01 . 0BWBWK 由上式可知，由上式可知， 一個(gè)單諧振回路的矩形系數(shù)是一個(gè)定值，一個(gè)單諧振回路的矩形系數(shù)是一個(gè)定值， 與其回路值和諧振頻率無關(guān)，且這個(gè)數(shù)值較大，接近，與其回路值和諧振頻率無關(guān)，且這個(gè)數(shù)值較大，接近， 說明單諧振回路的幅頻特性不大理想。說明單諧振回路的幅頻特性不大理想。 例例 求并聯(lián)諧振回路的矩形系數(shù)求并聯(lián)諧振回路的矩形系數(shù)。 思考題：思考題： 1 1、并聯(lián)諧振回路與串聯(lián)諧振回路的關(guān)系、并聯(lián)諧振回路與串聯(lián)諧振回路的關(guān)系是什么？是什么？ 2 2、矩形系數(shù)的定義和物理意義是什

36、么？、矩形系數(shù)的定義和物理意義是什么？ 3 3、品質(zhì)因數(shù)、帶寬與矩形系數(shù)三者之間、品質(zhì)因數(shù)、帶寬與矩形系數(shù)三者之間的關(guān)系是什么？的關(guān)系是什么？2.3.1 2.3.1 自耦變壓器耦合連接自耦變壓器耦合連接 如圖，在不考慮自耦變壓器的損耗前提下，從如圖，在不考慮自耦變壓器的損耗前提下，從1、3兩端兩端看過去阻抗看過去阻抗RL上所得到的功率上所得到的功率P1與與2，3端端RL所得到的功率所得到的功率P2相等，并設(shè)相等，并設(shè)13端的電壓為端的電壓為U1，23端的電壓為端的電壓為U2。即，即， P1 = P2RsCN1N2RLRsLLCRLsI.sI.12313U22.3 諧振回路的耦合連接可以寫出可以

37、寫出222211PRURUPLL2212212221 NNUUUURR LLLLRNNR221 121NN LLRR 說明說明RL對(duì)回路的影響減小對(duì)回路的影響減小引入引入接入系數(shù)接入系數(shù)，以，以p表示：表示：12NNp 它它表示在總?cè)?shù)表示在總?cè)?shù)N1中接入中接入N2所占比例所占比例。所以。所以p在在01之間，之間，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)p的大小可以改變折合電阻的數(shù)值。的大小可以改變折合電阻的數(shù)值。p越小，越小，RL與回路與回路的接入部分越少，對(duì)回路影響越小，的接入部分越少，對(duì)回路影響越小，RL就越大。就越大。LLRPR21LLgPg2或或2.3.2 雙電容抽頭耦合連接雙電容抽頭耦合連接(電容分壓式）電容分

38、壓式）電路如圖，回路電容值電路如圖，回路電容值2121CCCCC 負(fù)載電阻負(fù)載電阻RL接在電容的抽頭部分接在電容的抽頭部分2 3端，同樣可以把端，同樣可以把RL等效折合到等效折合到1 3端端。RL的折合公式為的折合公式為 上式可以用功率相等的方法證明，也可以用串、并聯(lián)上式可以用功率相等的方法證明，也可以用串、并聯(lián)等效代換公式導(dǎo)出?，F(xiàn)在用串并聯(lián)等效方法證明。等效代換公式導(dǎo)出。現(xiàn)在用串并聯(lián)等效方法證明。LLRCCCR2121sI.RsLC1C2RLC1C2RLsC1C2RL123132C證明：把圖中證明：把圖中RL與與C2的并聯(lián)形式轉(zhuǎn)換為串連形式的并聯(lián)形式轉(zhuǎn)換為串連形式當(dāng)當(dāng) 時(shí)，可得時(shí)，可得21C

39、RLLLSRCR2221再把再把RLS與與C1、C2串連形式轉(zhuǎn)換成并聯(lián)形式串連形式轉(zhuǎn)換成并聯(lián)形式LSLRCR221式中，式中， 將將2.2.8 代入代入2.2.9得得2121CCCCCLLSLRCCCRCR2121221由于由于 ，所以，所以 RLRL , 其接入系數(shù)公式為其接入系數(shù)公式為1121CCC211CCCp（2.2.8）（2.2.9） 雖然雙電容抽頭的連接方式多了一個(gè)電容元件，但是，雖然雙電容抽頭的連接方式多了一個(gè)電容元件，但是，它避免了繞制變壓器和線圈抽頭的麻煩，調(diào)整方便，同時(shí)還它避免了繞制變壓器和線圈抽頭的麻煩，調(diào)整方便，同時(shí)還起到隔直流作用。當(dāng)頻率較高時(shí)，可將分部電容作為此類電

40、起到隔直流作用。當(dāng)頻率較高時(shí)，可將分部電容作為此類電路總的電容，這個(gè)方法得到廣泛應(yīng)用。路總的電容，這個(gè)方法得到廣泛應(yīng)用。2.3.3 2.3.3 雙電感抽頭耦合連接雙電感抽頭耦合連接 這里這里L(fēng)1與與L2是沒有耦合的，它們各自屏蔽起來，串連組是沒有耦合的，它們各自屏蔽起來，串連組成回路電感，若將成回路電感，若將RL折合到折合到13端可得端可得由于，由于， 則，其接入系數(shù)為則，其接入系數(shù)為 因該電路電感需要采用屏蔽措施，故其應(yīng)用不如前面幾因該電路電感需要采用屏蔽措施，故其應(yīng)用不如前面幾種廣泛。種廣泛。LLRLLLR22211221LLL212LLLpsI.RsLL1L2RLsI.RsCLRL132

41、13思考題：思考題： 1 1、接入系數(shù)的物理意義是什么？、接入系數(shù)的物理意義是什么？ 2 2、部分接入和整體接入的區(qū)別是什么？、部分接入和整體接入的區(qū)別是什么？ 3 3、掌握三種接入方法的電路轉(zhuǎn)換方法。、掌握三種接入方法的電路轉(zhuǎn)換方法。2.42.4 耦合回路（自學(xué)）耦合回路（自學(xué)）2.4.1 2.4.1 概述概述單振蕩回路具有單振蕩回路具有頻率選擇性頻率選擇性和和阻抗變換阻抗變換的作用。的作用。但是：但是：1 1、選頻特性不夠理想、選頻特性不夠理想 2 2、阻抗變換不靈活、不方便、阻抗變換不靈活、不方便為了使網(wǎng)絡(luò)具有矩形選頻為了使網(wǎng)絡(luò)具有矩形選頻特性，或者完成阻抗變換特性，或者完成阻抗變換的需

42、要，需要采用的需要，需要采用耦合振耦合振蕩蕩回路?；芈贰ｑ詈匣芈酚蓛蓚€(gè)或者兩個(gè)耦合回路由兩個(gè)或者兩個(gè)以上的單振蕩回路通過各以上的單振蕩回路通過各種不同的耦合方式組成。種不同的耦合方式組成。單諧振回路單諧振回路矩形選頻特性矩形選頻特性f0f 常用的兩種耦合回路常用的兩種耦合回路耦合回路的特性和功能與兩個(gè)回路的耦合程度有關(guān)耦合回路的特性和功能與兩個(gè)回路的耦合程度有關(guān)按耦合參量的大?。簭?qiáng)耦合、弱耦合、臨界耦合按耦合參量的大?。簭?qiáng)耦合、弱耦合、臨界耦合電感耦合回路電感耦合回路電容耦合回路電容耦合回路+ L1 R2 L2 M C2 1V R1 C1 IsG1L1C1C2L2G2CM+- 為了說明回路間耦

43、合程度的強(qiáng)弱，引入為了說明回路間耦合程度的強(qiáng)弱，引入“耦合系數(shù)耦合系數(shù)”的的概念并以概念并以 k k 表示。表示。對(duì)電容耦合回路：對(duì)電容耦合回路：)(M2M1MCCCCCk一般一般C1 = C2 = C：MMCCCk通常通常 CM C：CCkMk0)時(shí)，則時(shí)，則Xf1呈容呈容(Xf10)；反之，反之，當(dāng)當(dāng)X22呈容性呈容性(X220)。 1）反映電阻永遠(yuǎn)是正值反映電阻永遠(yuǎn)是正值。這是因?yàn)?，無論是初級(jí)回路。這是因?yàn)?，無論是初級(jí)回路反射到次級(jí)回路，還是從次級(jí)回路反射到初級(jí)回路，反映電反射到次級(jí)回路，還是從次級(jí)回路反射到初級(jí)回路，反映電阻總是代表一定能量的損耗。阻總是代表一定能量的損耗。 4 4）當(dāng)

44、初、次級(jí)回路同時(shí)調(diào)諧到與激勵(lì)頻率諧振（即當(dāng)初、次級(jí)回路同時(shí)調(diào)諧到與激勵(lì)頻率諧振（即X X1111=X=X2222=0=0）時(shí)，反映阻抗為純阻時(shí)，反映阻抗為純阻。其作用相當(dāng)于在初級(jí)回路。其作用相當(dāng)于在初級(jí)回路中增加一電阻分量中增加一電阻分量 ，或在次級(jí)回路中增加一電阻分，或在次級(jí)回路中增加一電阻分量，且反映電阻與原回路電阻成反比。量，且反映電阻與原回路電阻成反比。222RM )( 3）反映電阻和反映電抗的值與耦合阻抗的平方值反映電阻和反映電抗的值與耦合阻抗的平方值（ M）2成正比成正比。當(dāng)互感量。當(dāng)互感量M=0時(shí)，反映阻抗也等于零。時(shí)，反映阻抗也等于零。這就是單回路的情況。這就是單回路的情況。

45、考慮了反映阻抗后的耦合回路如下圖?？紤]了反映阻抗后的耦合回路如下圖。 對(duì)于耦合諧振回路，凡是達(dá)到了初級(jí)等效電路的電抗對(duì)于耦合諧振回路，凡是達(dá)到了初級(jí)等效電路的電抗為零，或次級(jí)等效電路的電抗為零或初次級(jí)回路的電抗同時(shí)為零，或次級(jí)等效電路的電抗為零或初次級(jí)回路的電抗同時(shí)為零，都稱為回路達(dá)到了諧振為零，都稱為回路達(dá)到了諧振。調(diào)諧的方法可以是調(diào)節(jié)初級(jí)。調(diào)諧的方法可以是調(diào)節(jié)初級(jí)回路的電抗，調(diào)節(jié)次級(jí)回路的電抗及兩回路間的耦合量。由回路的電抗，調(diào)節(jié)次級(jí)回路的電抗及兩回路間的耦合量。由于互感耦合使初、次級(jí)回路的參數(shù)互相影響（表現(xiàn)為反映阻于互感耦合使初、次級(jí)回路的參數(shù)互相影響（表現(xiàn)為反映阻抗）。所以耦合諧振回路

46、的諧振現(xiàn)象比單諧振回路的諧振現(xiàn)抗）。所以耦合諧振回路的諧振現(xiàn)象比單諧振回路的諧振現(xiàn)象要復(fù)雜一些。根據(jù)調(diào)諧參數(shù)不同，可分為象要復(fù)雜一些。根據(jù)調(diào)諧參數(shù)不同，可分為部分諧振、復(fù)諧部分諧振、復(fù)諧振、全諧振振、全諧振三種情況。三種情況。2.4.3 耦合回路的調(diào)諧耦合回路的調(diào)諧 Zf2 Z22 Zf1 Z11 sV Z11=R11+jX11 Zf1= Rf1+jXf1 1I jMI1 2I 1 1）部分諧振部分諧振：如果固定次級(jí)回路參數(shù)及耦合量不變，調(diào)：如果固定次級(jí)回路參數(shù)及耦合量不變，調(diào)節(jié)初級(jí)回路的電抗使初級(jí)回路達(dá)到節(jié)初級(jí)回路的電抗使初級(jí)回路達(dá)到x x1111 + + x xf1f1 = 0 = 0。即

47、即回路回路本身的電抗本身的電抗 = = 反映電抗反映電抗，我們稱初級(jí)回路達(dá)到部分諧振，我們稱初級(jí)回路達(dá)到部分諧振，這時(shí)初級(jí)回路的電抗與反射電抗互相抵消，初級(jí)回路的電這時(shí)初級(jí)回路的電抗與反射電抗互相抵消，初級(jí)回路的電流達(dá)到最大值流達(dá)到最大值22222211s1Rz)M(RVImax 初級(jí)回路在部分諧振時(shí)所達(dá)到的電流最大值，僅是在所初級(jí)回路在部分諧振時(shí)所達(dá)到的電流最大值，僅是在所規(guī)定的調(diào)諧條件下達(dá)到的，即規(guī)定次級(jí)回路參數(shù)及耦合量不規(guī)定的調(diào)諧條件下達(dá)到的，即規(guī)定次級(jí)回路參數(shù)及耦合量不變的條件下所達(dá)到的電流最大值，并非回路可能達(dá)到的最大變的條件下所達(dá)到的電流最大值，并非回路可能達(dá)到的最大電流。電流。

48、若初級(jí)回路參數(shù)及耦合量固定不變，調(diào)節(jié)次級(jí)回路電抗若初級(jí)回路參數(shù)及耦合量固定不變，調(diào)節(jié)次級(jí)回路電抗使使x x2222 + + x xf2f2 = 0 = 0，則次級(jí)回路達(dá)到部分諧振，次級(jí)回路電流則次級(jí)回路達(dá)到部分諧振，次級(jí)回路電流達(dá)最大值達(dá)最大值 次級(jí)電流的最大值并不等于初級(jí)回路部分諧振時(shí)次級(jí)電次級(jí)電流的最大值并不等于初級(jí)回路部分諧振時(shí)次級(jí)電流的最大值。流的最大值。1121122211s22211smax2)(RzMRzMVRRzVMIf 耦合量改變或次級(jí)回路電抗值改變，則初級(jí)回路耦合量改變或次級(jí)回路電抗值改變，則初級(jí)回路的反射電阻也將改變，從而得到不同的初級(jí)電流最的反射電阻也將改變，從而得到不

49、同的初級(jí)電流最大值。此時(shí)，次級(jí)回路電流振幅為大值。此時(shí)，次級(jí)回路電流振幅為 也達(dá)到也達(dá)到最大值，這是相對(duì)初級(jí)回路不是諧振而言，但并不最大值，這是相對(duì)初級(jí)回路不是諧振而言，但并不是回路可能達(dá)到的最大電流。是回路可能達(dá)到的最大電流。2212zMII 2）復(fù)諧振復(fù)諧振： 在部分諧振的條件下，再改變互感量，使反映電阻在部分諧振的條件下，再改變互感量，使反映電阻R Rf1f1等于等于回路本身電阻回路本身電阻R R1111，即滿足最大功率傳輸條件，使次級(jí)回路電即滿足最大功率傳輸條件，使次級(jí)回路電流流I I2 2達(dá)到可能達(dá)到的最大值，稱之為復(fù)諧振達(dá)到可能達(dá)到的最大值，稱之為復(fù)諧振，這時(shí)初級(jí)電路，這時(shí)初級(jí)電路

50、不僅發(fā)生了諧振而且達(dá)到了匹配。反映電阻不僅發(fā)生了諧振而且達(dá)到了匹配。反映電阻R Rf f1 1將獲得可能得將獲得可能得到的最大功率，亦即次級(jí)回路將獲得可能得到的最大功率，到的最大功率，亦即次級(jí)回路將獲得可能得到的最大功率，所以次級(jí)電流也達(dá)到可能達(dá)到的最大值?？梢酝茖?dǎo)所以次級(jí)電流也達(dá)到可能達(dá)到的最大值?？梢酝茖?dǎo) 注意，在復(fù)諧振時(shí)初級(jí)注意，在復(fù)諧振時(shí)初級(jí)等效等效回路及次級(jí)回路及次級(jí)等效等效回路都對(duì)信回路都對(duì)信號(hào)源頻率諧振，但單就初級(jí)回路或次級(jí)回路來說，并不對(duì)信號(hào)源頻率諧振，但單就初級(jí)回路或次級(jí)回路來說，并不對(duì)信號(hào)源頻率諧振。號(hào)源頻率諧振。2211s22RRVImax 3 3）全諧振全諧振： 調(diào)節(jié)初

51、級(jí)回路的電抗及次級(jí)回路的電抗，使兩個(gè)回路都調(diào)節(jié)初級(jí)回路的電抗及次級(jí)回路的電抗，使兩個(gè)回路都單獨(dú)的達(dá)到與信號(hào)源頻率諧振，即單獨(dú)的達(dá)到與信號(hào)源頻率諧振，即x11 = 0，x22 = 0，這時(shí)稱耦這時(shí)稱耦合回路達(dá)到全諧振。在全諧振條件下，兩個(gè)回路的阻抗均呈合回路達(dá)到全諧振。在全諧振條件下，兩個(gè)回路的阻抗均呈電阻性。電阻性。 z11 = R11，z22 = R22，但但R11 Rf1，Rf2 R22。 如果改變?nèi)绻淖僊 M，使使R11 = Rf1，R22 = Rf2，滿足匹配條件，則稱滿足匹配條件，則稱為為最佳全諧振最佳全諧振。此時(shí)，。此時(shí)， 2211211222)()(21RRMRRRMRff或次

52、級(jí)電流達(dá)到可能達(dá)到的最大值次級(jí)電流達(dá)到可能達(dá)到的最大值22l1s22RRVImax 可見，可見，最佳全諧振時(shí)次級(jí)回路電流值與復(fù)諧振時(shí)相同最佳全諧振時(shí)次級(jí)回路電流值與復(fù)諧振時(shí)相同。由于最佳全諧振既滿足初級(jí)匹配條件，同時(shí)也滿足次級(jí)匹配由于最佳全諧振既滿足初級(jí)匹配條件，同時(shí)也滿足次級(jí)匹配條件，所以最佳全諧振是復(fù)諧振的一個(gè)特例。條件，所以最佳全諧振是復(fù)諧振的一個(gè)特例。 由最佳全諧振條件可得最佳全揩振時(shí)的互感為：由最佳全諧振條件可得最佳全揩振時(shí)的互感為： 最佳全諧振時(shí)初、次級(jí)間的耦合稱為最佳全諧振時(shí)初、次級(jí)間的耦合稱為臨介耦合臨介耦合，與此相應(yīng)的，與此相應(yīng)的耦合系數(shù)稱為耦合系數(shù)稱為臨介耦合系數(shù)臨介耦合系

53、數(shù)，以，以kc表示。表示。 Q1 = Q2 = Q 時(shí)時(shí) 2211cRRM21221122112211cc1QQLLRRLLMkQK1c 我們把耦合諧振回路兩回路的耦合系數(shù)與臨界耦合系數(shù)之我們把耦合諧振回路兩回路的耦合系數(shù)與臨界耦合系數(shù)之比稱為比稱為耦合因數(shù)耦合因數(shù) 是表示是表示耦合諧振回路耦合相對(duì)強(qiáng)弱耦合諧振回路耦合相對(duì)強(qiáng)弱的一個(gè)重要參量。的一個(gè)重要參量。 1稱為稱為強(qiáng)耦合強(qiáng)耦合。 * *各種耦合電路都可定義各種耦合電路都可定義k k，但是但是只能對(duì)雙諧振回路才可只能對(duì)雙諧振回路才可 定義定義 。KQKKc4 4）耦合回路的頻率特性：）耦合回路的頻率特性： 當(dāng)初、次級(jí)回路當(dāng)初、次級(jí)回路 01

54、 = 02 = 0，Q1 = Q2 = Q時(shí)，時(shí)， 廣義失調(diào)廣義失調(diào) ，可以證明次級(jí)回路電流比可以證明次級(jí)回路電流比 212222max224)1 (2II為廣義失諧為廣義失諧， 為耦合因數(shù)為耦合因數(shù)， 表示耦合回路的頻率特性表示耦合回路的頻率特性。當(dāng)回路諧振頻率當(dāng)回路諧振頻率 = 0時(shí)，時(shí)， 1稱為強(qiáng)耦合，諧振曲線出現(xiàn)雙峰稱為強(qiáng)耦合，諧振曲線出現(xiàn)雙峰，谷值，谷值 1,1,在在 處，處，x11 + xf1 = 0, Rf1 = R11回路達(dá)到匹配，相回路達(dá)到匹配，相當(dāng)于復(fù)諧振，諧振曲線呈最大值，當(dāng)于復(fù)諧振，諧振曲線呈最大值， = 1。12;1,01;12,012為為最最大大值值時(shí)時(shí)稱稱為為臨臨

55、介介耦耦合合為為最最大大值值時(shí)時(shí)若若稱稱為為弱弱耦耦合合ff0 1不應(yīng)小于215 5）耦合回路的通頻帶）耦合回路的通頻帶 根據(jù)前述單回路通頻帶的定義，根據(jù)前述單回路通頻帶的定義， 當(dāng)當(dāng) ，Q1 = Q2 = Q， 01 = 02 = 時(shí)可導(dǎo)出時(shí)可導(dǎo)出 若若 = 1時(shí)，時(shí)， 一般采用一般采用 稍大于稍大于1 1，這時(shí)在通帶內(nèi)放大均勻，而在通，這時(shí)在通帶內(nèi)放大均勻，而在通 帶外衰減很大，為較理想的幅頻特性帶外衰減很大，為較理想的幅頻特性。21max22IIQff.0270122Qff.07022思考題：思考題： 1 1、耦合回路的作用是什么？、耦合回路的作用是什么？ 2 2、什么是反映阻抗？、什么

56、是反映阻抗？ 3 3、耦合強(qiáng)弱對(duì)帶寬有什么影響，諧振曲、耦合強(qiáng)弱對(duì)帶寬有什么影響，諧振曲線有什么區(qū)別？線有什么區(qū)別？2.5 2.5 濾波器濾波器 2.5.1 2.5.1 石英晶體石英晶體濾波器濾波器 1. 1.石英晶體石英晶體的物理特性的物理特性 石英是礦物質(zhì)硅石的一種（也可人工制造），化學(xué)成分石英是礦物質(zhì)硅石的一種（也可人工制造），化學(xué)成分是是SiOSiO2 2，其形狀為結(jié)晶的六角錐體。圖其形狀為結(jié)晶的六角錐體。圖( (a)a)表示自然結(jié)晶體，表示自然結(jié)晶體，圖圖( (b)b)表示晶體的橫截面。為了便于研究，人們根據(jù)石英晶體表示晶體的橫截面。為了便于研究，人們根據(jù)石英晶體的物理特性，在石英晶

57、體內(nèi)畫出三種幾何對(duì)稱軸，連接兩個(gè)的物理特性，在石英晶體內(nèi)畫出三種幾何對(duì)稱軸，連接兩個(gè)角錐頂點(diǎn)的一根軸角錐頂點(diǎn)的一根軸ZZZZ，稱為稱為光軸光軸，在圖，在圖( (b)b)中沿對(duì)角線的三條中沿對(duì)角線的三條XXXX軸，稱為軸，稱為電軸電軸，與電軸相垂直的三條，與電軸相垂直的三條YYYY軸，稱為軸，稱為機(jī)械軸機(jī)械軸。 Y X1 X Y Z Y Y X X Y Y X X Y Y X X (a) (b) 沿著不同的軸切下，有不同的切型，沿著不同的軸切下，有不同的切型，X切型、切型、Y切型、切型、AT切型、切型、BT、CT等等。等等。 石英晶體具有正、反兩種壓電效應(yīng)。當(dāng)石英晶石英晶體具有正、反兩種壓電效應(yīng)

58、。當(dāng)石英晶體沿某一電軸受到交變電場(chǎng)作用時(shí)，就能沿機(jī)械軸體沿某一電軸受到交變電場(chǎng)作用時(shí)，就能沿機(jī)械軸產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，反過來，當(dāng)機(jī)械軸受力時(shí)，就能在產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，反過來，當(dāng)機(jī)械軸受力時(shí)，就能在電軸方向產(chǎn)生電場(chǎng)。且換能性能具有諧振特性，在電軸方向產(chǎn)生電場(chǎng)。且換能性能具有諧振特性，在諧振頻率，換能效率最高。諧振頻率，換能效率最高。 石英晶體和其他彈性體一樣，具有慣性和彈性，石英晶體和其他彈性體一樣，具有慣性和彈性，因而存在著固有振動(dòng)頻率，當(dāng)晶體片的固有頻率與因而存在著固有振動(dòng)頻率，當(dāng)晶體片的固有頻率與外加電源頻率相等時(shí)，晶體片就產(chǎn)生諧振。外加電源頻率相等時(shí)，晶體片就產(chǎn)生諧振。2. 石英晶體振諧器的等效電

59、路和符號(hào)石英晶體振諧器的等效電路和符號(hào) 石英片相當(dāng)一個(gè)石英片相當(dāng)一個(gè)串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路，可用，可用集中參數(shù)集中參數(shù)L Lq q、C Cq q、r rq q來模擬，來模擬，L Lq q為晶體的為晶體的質(zhì)量（慣性），質(zhì)量（慣性），C Cq q 為為等效彈性模數(shù)等效彈性模數(shù)，r rg g 為機(jī)械振動(dòng)中的為機(jī)械振動(dòng)中的摩擦損耗摩擦損耗。 右圖表示石英諧振器的基頻等效電路。右圖表示石英諧振器的基頻等效電路。 電容電容C C0 0稱為石英諧振器的靜電容。其稱為石英諧振器的靜電容。其容量主要決定于石英片尺寸和電極面積。容量主要決定于石英片尺寸和電極面積。 一般一般C C0 0在幾在幾PF PF 幾十幾

60、十PFPF。式中式中 石英石英介電常數(shù)，介電常數(shù)，s s 極板面積，極板面積，d d 石英片厚石英片厚度度dsC00qCCP C0 rq Cq Lq JT b a rqLqCqCoab石英晶體的特點(diǎn)是：石英晶體的特點(diǎn)是：等效電感等效電感L Lq q特別大、等效電容特別大、等效電容C Cq q特別小，特別小，因此，石英晶體的因此，石英晶體的Q值值 很大，一般為幾萬到幾百萬。這是普通很大，一般為幾萬到幾百萬。這是普通LCLC電路無法比擬的。電路無法比擬的。 由于由于 ，這意味著等效電路中的，這意味著等效電路中的接入系數(shù)很小接入系數(shù)很小, ,因此外電路影響很小。因此外電路影響很小。 qqqq1CLr