西南科大-高頻電子線路課件第二章

2.1LC諧振與阻抗變換電路LC諧振回路的主要特點(diǎn)就是具有選頻作用：由多種頻率分量組成的輸入信號，經(jīng)過諧振回路，只選出某些頻率分量，而對其他的頻率分量有不同程度的抑制作用。LC諧振回路由電感和電容組成，根據(jù)連接方式不同可以分為串聯(lián)諧振回路和并聯(lián)諧振回路兩種。LC諧振回路是構(gòu)成高頻諧振放大器、正弦波振蕩器及各種選頻電路的基礎(chǔ)電路。2.1.1阻抗的串、并聯(lián)變換等效變換的原則是等效變換前的電路與等效變換后的電路阻抗相等等效變換前后回路的品質(zhì)因數(shù)應(yīng)該相等當(dāng)Q值較大(>10)時(shí)串聯(lián)電路變換成等效的并聯(lián)電路后，Xp與Xs性質(zhì)相同，大小基本不變，而Rp是Rs的Q2倍2.1.2串、并聯(lián)諧振回路的基本特性1．串聯(lián)諧振回路電感L和電容C串聯(lián)形成回路，rL為電感線圈的損耗電阻，電容損耗可以忽略1)串聯(lián)諧振回路阻抗的諧振特性諧振頻率諧振時(shí)回路的品質(zhì)因數(shù)諧振時(shí)，串聯(lián)諧振回路電容和電感的電壓幅度比端口電壓大Q倍。1)串聯(lián)諧振回路阻抗的諧振特性廣義失諧時(shí)，回路呈容性(相角為負(fù)值)時(shí)，回路呈感性(相角為正值)時(shí)，回路阻抗最小并呈純電阻性2)串聯(lián)諧振回路的諧振曲線與通頻帶信號偏離諧振回路的諧振頻率時(shí)，諧振回路的幅頻特性下降為最大值的(≈

0.7)時(shí)對應(yīng)的頻率范圍，稱為通頻帶，用BW0.7表示。諧振回路的品質(zhì)因數(shù)越大，通頻帶越窄2．并聯(lián)諧振回路諧振時(shí)回路呈感性回路呈容性2.1.3回路的部分接入與阻抗變換信號源內(nèi)阻或負(fù)載電阻直接并聯(lián)在回路兩端，將對回路的Q值、諧振頻率影響較大，為解決這個(gè)問題，可用部分接入的阻抗變換電路，將它們折算到回路兩端，以改善對回路的影響。1．變壓器部分接入的并聯(lián)諧振回路變換前后回路元件功率相等變壓器部分接入的并聯(lián)諧振回路與等效電路定義接入系數(shù)為折合到諧振回路后的電阻和電流源2．電容、電感抽頭的部分接入并聯(lián)諧振回路抽頭接入并聯(lián)諧振回路與等效電路變換前后回路元件功率相等接入系數(shù)折合到諧振回路后的電阻和電流源【例2.1】圖2.9(a)所示為LC并聯(lián)諧振回路的應(yīng)用原理圖。信號源和負(fù)載以變壓器方式接入回路。已知線圈繞組的匝數(shù)分別為N12=10，N13=50，N45=5，L13=10mH，回路固有品質(zhì)因數(shù)Q0=100，C=100pF，Rs=10kΩ，Is=1mA，Cs=100pF，RL=2kW。試求實(shí)際回路的品質(zhì)因數(shù)QL、通頻帶BW0.7和諧振時(shí)的輸出電壓Uo。圖2.9解：將圖2.9(a)等效為圖2.9(b)，各等效元件的參數(shù)計(jì)算如下回路的等效總電感不變?nèi)詾長13，而回路的等效總電容CΣ為回路的實(shí)際諧振頻率為回路電感本身的等效損耗并聯(lián)電阻為等效后的回路諧振電阻有載品質(zhì)因數(shù)通頻帶諧振時(shí)的輸出電壓【例2.2】某接收機(jī)輸入回路的簡化電路如圖2.10所示。已知C1=5pF，C2=15pF，Rs=75Ω，RL=300Ω。為了使電路匹配，即負(fù)載RL等效到LC回路輸入端的電阻R′L=Rs，線圈初、次級匝數(shù)比N1/N2應(yīng)該是多少？圖2.10解：由圖可見，這是自耦變壓器電路與電容抽頭式電路的級聯(lián)。RL等效到Ｌ兩端的電阻為R″L等效到輸入端的電阻為如要求R′L=Rs，則所以有2.2小信號諧振放大器小信號選頻放大器可分為兩類：一類是以調(diào)諧回路為負(fù)載的調(diào)諧放大器，另一類是以濾波器為負(fù)載的集中選頻放大器。調(diào)諧放大器常由晶體管等放大器件與LC并聯(lián)諧振回路或耦合諧振回路構(gòu)成。集中選頻放大器把放大和選頻兩種功能分開，放大作用由寬頻帶放大器承擔(dān)，選頻作用由晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等承擔(dān)。2.2.1晶體管的Y參數(shù)等效電路晶體管共發(fā)射極電路晶體管的Y參數(shù)網(wǎng)絡(luò)方程晶體管的Y參數(shù)等效電路Yoe稱為輸出導(dǎo)納，goe、Coe分別稱為輸出電導(dǎo)和輸出電容Yie稱為輸入導(dǎo)納，gie、Cie分別稱為輸入電導(dǎo)和輸入電容正向傳輸導(dǎo)納反向傳輸導(dǎo)納2.2.2單調(diào)諧回路諧振放大器單調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路取Yre=0單調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路gp表示電感線圈的等效并聯(lián)損耗電導(dǎo)放大器輸出電壓1．電壓增益與諧振電壓增益諧振電壓增益負(fù)號表示放大器的輸出電壓與輸入電壓之間反相，但由于Yfe是復(fù)數(shù)，有一個(gè)相角∠φfe，因此，一般來說，放大器輸出電壓與輸入電壓之間的相位并非正好相差180°2．放大器的通頻帶相對電壓增益通頻帶3．矩形系數(shù)理想的諧振放大器的諧振曲線應(yīng)該是矩形，即對頻率在通頻帶范圍內(nèi)的信號完全放大，對頻率在通頻帶范圍外的信號完全抑制。為了衡量實(shí)際諧振放大器的諧振曲線與理想矩形之間的差別，我們使用矩形系數(shù)這個(gè)指標(biāo)，定義為單調(diào)諧諧振放大器理想的矩形系數(shù)為1單調(diào)諧諧振放大器的選擇性較差2.2.2單調(diào)諧回路諧振放大器單調(diào)諧回路諧振放大器及其等效電路取Yre=0【例2.3】單調(diào)諧放大器如圖2.13所示，下級采用與本級相同的電路，放大器的中心頻率f0=465kHz，通頻帶BW0.7=15kHz。已知晶體管在中心頻率及工作點(diǎn)上的Y參數(shù)為：gie=0.4mS，Cie=142pF，goe=55μS，Coe=18pF，Yfe=36.8mS，略去Yre的影響；調(diào)諧回路的電感線圈N13=120匝，L13=586μH，Q0=150。試確定回路其他參數(shù)并計(jì)算放大器的增益。解：1)確定回路參數(shù)(1)確定回路有載品質(zhì)因數(shù)、總電導(dǎo)值和電感損耗等效并聯(lián)電導(dǎo)值。(2)確定接入系數(shù)p1和p2為了使輸出功率盡量高，則要求電路滿足匹配條件則有(3)確定回路外接電容C2)計(jì)算放大器的增益2.2.3多級單調(diào)諧回路諧振放大器1．電壓增益每一級放大器的參數(shù)結(jié)構(gòu)均相同諧振時(shí)總的電壓增益2．通頻帶級數(shù)n1234510.640.510.430.39頻帶縮減因子3．矩形系數(shù)級數(shù)n123456∞9.954.663.743.383.193.072.562.2.4調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性1.影響調(diào)諧放大器穩(wěn)定性的因素當(dāng)反向傳輸導(dǎo)納時(shí)，反饋等效導(dǎo)納，放大器的輸入導(dǎo)納不等于晶體管的輸入導(dǎo)納。輸出電壓影響輸入電流，放大器輸出電路中的晶體管參數(shù)、和集電極負(fù)載導(dǎo)納均對放大器輸入導(dǎo)納有影響。在條件合適時(shí)，放大器的輸出電壓通過將一部分信號反饋回輸入端，形成自激振蕩。2.提高調(diào)諧放大器穩(wěn)定性的方法1)失配法當(dāng)負(fù)載導(dǎo)納很大時(shí)失配是指信號源內(nèi)阻與晶體管輸入阻抗不匹配，晶體管輸出端負(fù)載阻抗與本級晶體管的輸出阻抗不匹配。這樣可以認(rèn)為輸出電路對輸入電路沒有影響失配法的典型電路是“共發(fā)-共基”組態(tài)級聯(lián)的放大器2)中和法中和法是指通過在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個(gè)附加的外部反饋電路(稱為中和電路)來抵消晶體管內(nèi)部參數(shù)Yre的反饋?zhàn)饔谩?)中和法與失配法比較中和法：優(yōu)點(diǎn)：簡單，增益高缺點(diǎn)：①只能在一個(gè)頻率上完全中和，不適合寬帶②因?yàn)榫w管離散性大，實(shí)際調(diào)整麻煩，不適于批量生產(chǎn)。③采用中和對放大器由于溫度等原因引起各種參數(shù)變化沒有改善效果。失配法：優(yōu)點(diǎn)：①性能穩(wěn)定，能改善各種參數(shù)變化的影響；②頻帶寬，適合寬帶放大，適于波段工作；③生產(chǎn)過程中無需調(diào)整，適于大量生產(chǎn)。缺點(diǎn)：增益低。

2.3集中選頻放大器集中選頻放大器組成特點(diǎn)：調(diào)整簡單，電路穩(wěn)定性較好1壓電陶瓷濾波器?壓電效應(yīng)：形變—電壓—諧振2聲表面波濾波器SAWF?特點(diǎn)：體積小，重量輕，帶寬較寬（30%）,K0.1≈1?工作頻率:1MHZ~1GHZ采用專用集成電路2.3.1集中選頻濾波器1．陶瓷濾波器四端陶瓷濾波器的構(gòu)成和圖形符號壓電陶瓷片等效電路壓電陶瓷片阻抗頻率特性2．聲表面波濾波器聲表面波濾波器結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號聲表面波濾波器具有下列優(yōu)點(diǎn)。(1)工作頻率高，中心頻率在10MHz～1GHz之間，且頻帶寬，相對帶寬為0.5%～25%。(2)尺寸小，重量輕；動態(tài)范圍大，可達(dá)100dB。(3)由于利用晶體表面的彈性波傳送，不涉及電子的遷移過程，所以抗輻射能力強(qiáng)。(4)溫度穩(wěn)定性好。(5)選擇性好，矩形系數(shù)可達(dá)1.2。

均勻叉指換能器幅頻特性曲線2.3.2小信號選頻放大器舉例1．二級中頻放大器仿真2．MC1590構(gòu)成的選頻放大器3．彩電圖像中頻放大電路本章小結(jié)LC串、并聯(lián)諧振電路的諧振特性，諧振頻率、Q值、通頻帶、矩形系數(shù)。單調(diào)諧回路諧振放大器的構(gòu)成與Y參數(shù)等效電路模型。集中選頻濾波器。作業(yè)

3，5，7，9附錄資料：不需要的可以自行刪除2023/3/14甲醇合成工藝介紹一、課題的研究背景和意義甲醇是一種具有多種用途的基本有機(jī)化工產(chǎn)品，除了在化工方面的多種應(yīng)用外，它還可以作為清潔燃料在汽車中代替汽油或與汽油摻混使用，以甲醇為燃料的燃料電池也即將投入商業(yè)運(yùn)行。另外，甲醇在變壓吸附制氫中作為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)作為飼料乃至食品添加劑有著巨大的市場潛力。二、甲醇的合成方法及流程

（1）木材干餾法

在1924年以前，甲醇幾乎全部是用木材分解干餾來生產(chǎn)的。甲醇的世界產(chǎn)量當(dāng)時(shí)只有4500t。用60－100kg木材干餾只能獲得約1kg的甲醇，1m3白樺木只能制得5－6kg的甲醇，而1m3的針葉樹木只能得到2－3kg的甲醇。這種“森林化學(xué)”的甲醇含有丙酮和其他雜質(zhì)，要從甲醇中除去這些雜質(zhì)比較困難。由于甲醇的需要量與日俱增，木材干餾法不能滿足需要。因此人們開始采用化學(xué)合成的方法生產(chǎn)甲醇。（2）氣相合成甲醇法氣相合成甲醇的主要反應(yīng)式為：CO+2H2＝CH3OH(g) △H=-90.8kJ/mol①當(dāng)有CO2存在時(shí)，CO2按下列反應(yīng)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、③兩步的總反應(yīng)式為：CO2+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5kJ/mol副反應(yīng)產(chǎn)物：成烴、高碳醇、醚、醛、酸、酯及單質(zhì)碳等；反應(yīng)特點(diǎn)：強(qiáng)放熱反應(yīng)；

以甲烷或者一氧化碳與氫氣的混合氣為原料氣合成甲醇的方法有高壓、中壓和低壓三種方法。高壓法：即用二氧化碳與氫在高溫（340－420℃）高壓（30.0－50.0MPa）下用鋅-鉻氧化物催化劑合成甲醇。用此法生產(chǎn)甲醇已有七十多年的歷史，這是八十年代以前世界各國生產(chǎn)甲醇的主要方法。高壓法合成甲醇由于操作壓力高，動力消耗大，設(shè)備復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量差等缺點(diǎn)正在逐漸淘汰。2023/3/14高壓法(25MPa~32MPa）甲醇合成工藝流程低壓法：

即用一氧化碳與氫氣為原料在低壓（5.0MPa）和275℃左右的溫度下，采用銅基催化劑（Cu-Zn-Cr）合成甲醇。低壓法成功的關(guān)鍵是采用了銅基催化劑，它的活性和選擇性比鋅-鉻催化劑活性好得多，使甲醇合成反應(yīng)能在較低的壓力和溫度下進(jìn)行。因此，消耗在副反應(yīng)中原料氣和粗甲醇中的雜質(zhì)都比較少。低壓法合成工藝主要有英國帝國化學(xué)公司（ICI）和德國魯奇（Lurqi）的工藝

2023/3/14ICI法低壓甲醇合成工藝流程

工藝流程特點(diǎn)：相對低的溫度和壓力下操作，節(jié)省能耗，同時(shí)抑制甲烷化反應(yīng)及其他副反應(yīng)；采用多段冷激式合成塔，結(jié)構(gòu)簡單，催化劑裝卸方便，使用壽命長。2023/3/14第二章液體燃料及其添加劑45ICI多段冷激型甲醇合成反應(yīng)器ICI多段冷激塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：反應(yīng)床層由若干絕熱段組成，兩段之間通入冷的原料氣，使反應(yīng)氣體冷卻，以使各段的溫度維持在一定值；塔體是空筒，塔內(nèi)無催化劑筐，催化劑不分層，由惰性材料支撐，冷激氣體噴管直接插入床層，并有特殊設(shè)計(jì)的菱形冷卻氣體分布器；優(yōu)點(diǎn)：單塔操作能力大，控溫方便，冷激采用菱形分布器專利技術(shù)，催化劑層上下貫通，裝卸方便，易于放大，目前普通塔的容量為2300t/d，高空隙率塔的容量達(dá)7600t/d；缺點(diǎn)：催化劑床層溫差較大（軸向：～70℃，徑向：～23℃）、有部分氣體與未反應(yīng)氣體之間的返混、催化劑時(shí)空產(chǎn)率不高，用量較大、單程轉(zhuǎn)化率較低（僅為15%～20%）。ICI多段冷激型甲醇合成反應(yīng)器2023/3/14Lurgi法低壓甲醇合成工藝流程

2023/3/14第二章液體燃料及其添加劑47Lurgi管殼型甲醇合成反應(yīng)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：形似列管式換熱器，在塔內(nèi)，列管中裝填催化劑，管間為沸騰水；原料氣與出塔氣換熱至230℃左右進(jìn)入合成塔，反應(yīng)放出的熱經(jīng)管壁傳給管間的沸騰水，產(chǎn)生4MPa左右的飽和蒸汽，用來驅(qū)動透平壓縮機(jī)。合成塔全系統(tǒng)的溫度條件用蒸汽壓來控制，從而保證催化劑床層大致為等溫。優(yōu)點(diǎn)：催化劑床層溫差較小、單程轉(zhuǎn)化率較高（可達(dá)50%）、催化劑使用壽命較長（4年～5年）、熱能利用合理、設(shè)備緊湊，開停車方便，合成反應(yīng)過程中副反應(yīng)少，甲醇質(zhì)量高。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作較困難、材料要求高、放大較困難。經(jīng)典管殼塔的最大生產(chǎn)能力（經(jīng)濟(jì)型塔）為1500t/d。全世界現(xiàn)有Lurgi裝置37套，甲醇總生產(chǎn)能力達(dá)1600萬t/a以上。中壓法：

中壓法是在低壓法研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來的，由于低壓法操作壓力低，導(dǎo)致設(shè)備體積相當(dāng)龐大，不利于甲醇生產(chǎn)的大型化。因此發(fā)展了壓力為10MPa左右的甲醇中壓合成法。它能更有效的降低建廠費(fèi)用和甲醇生產(chǎn)成本。中壓法的操作壓力范圍為一般為10~27MPa，溫度為235~315℃。該法的關(guān)鍵在于使用了一種新型銅基催化劑（Cu-Zn-Al），綜合利用指標(biāo)要比低壓法更好。中壓法合成甲醇工藝流程

以上三種方法的流程基本相同。但所使用的催化劑不同，因而操作壓力和操作溫度等級不同，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)也就有所不