高频电子线路_张肃文_第6版课件_第2章_选频网络

2.选频网络•2.1串联谐振回路•2.2并联谐振回路•2.3串、并联阻抗的等效互换与回路抽头时的阻抗变换•2.4耦合回路•2.5滤波器的其他形式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回路（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2.选频网络2.1串联谐振回路•2.1.1基本原理•2.1.2串联振荡回路的谐振曲线和通频带•2.1.3串联振荡回路的相位特性曲线由电感线圈和电容器组成的单个振荡电路，称为单振荡回路。IsCLR+–CVsLR2.1串联谐振回路信号源与电容C和电感L串接，就构成串联振荡回路。+–CVsLR2.1串联谐振回路+–CVsLR高频电子线路中的电感线圈等效为电感L和损耗电阻R的串联；电容器等效为电容C和损耗电阻R的并联。通常，相对于电感线圈的损耗，电容的损耗很小，可以忽略不计。损耗电阻LRCR2.1串联谐振回路wO电抗容性感性wLX=wL－1wCw01Cw－XRZj阻抗22XRZRZw0w)1(jCLRww一、谐振现象+–CVsLRjωL1/(jωC)X2.1.1基本原理wO电抗容性感性wLX=wL－1wCw01Cw－串联单振荡回路的谐振特性：其阻抗在某一特定频率上具有最小值（谐振状态），而偏离此频率时将迅速增大。XRZj阻抗22XRZRZw0w谐振频率X2.1.1基本原理谐振条件:0100CLXww即信号频率LC10w或LCf210XRZj阻抗22XRZwO电抗容性感性wLX=wL－1wCw01Cw－RZw0w谐振频率X2.1.1基本原理1.谐振时，回路阻抗值最小，即Z=R；ZwRw0谐振频率选频特性曲线ZVS，具有带通选频特性。RVIS0当信号源为电压源时，回路电流最大，二、谐振特性+–CVsLR2.1.1基本原理1)ww0时，X0呈容性；2)w=w0时，X=0呈纯阻性；3)ww0时，X0呈感性。2.阻抗性质随频率变化的规律：谐振时，电感、电容消失了！+–CVsLRwO电抗容性感性wLx=wL－1wCw01Cw－XXRZj阻抗)1(jCLRww2.1.1基本原理ssVRLLRV00jjww实际上，谐振时LIVL000jwssVCRCRV001jj1wwCIVC000j1w又因为CL001ww所以00CLVV+–CVsLR谐振时，电感、电容消失了！2.1.1基本原理考虑到，谐振时ssVRLLRV00jjwwLIVL000jwssVCRCjRV001j1wwCIVC000j1wCL001wwCRRLQ001wwsVQjsVQj3.串联谐振时，电感和电容两端的电压模值大小相等，且等于外加电压的Q倍；由于Q值较高,常在几十到几百左右,必须预先注意回路元件的耐压问题。+–CVsLR回路的品质因数2.1.1基本原理回路的品质因数回路的品质因数Q定义为回路谐振时的感抗(或容抗)与回路等效损耗电阻R之比，即CRRLQ001wwLC10w将代入上式，则得RCLQ在LC谐振回路中，用Q评价谐振回路损耗的大小。Q值常在几十到几百左右。Q值越大，回路的损耗越小，其选择性越好。+–CVsLR总结RVIs0，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)ww0时，X0呈容性；2)w=w0时，X=0呈纯阻性；3)ww0时，X0呈感性。2.阻抗性质随频率变化的规律：3.串联谐振时，电感和电容两端的电压模值大小相等，且等于外加电压的Q倍。2.1.1基本原理2.1串联谐振回路•2.1.1基本原理•2.1.2串联振荡回路的谐振曲线和通频带•2.1.3串联振荡回路的相位特性曲线回路中电流幅值与外加电压频率之间的关系曲线称为谐振曲线。因此，表示谐振曲线的函数为)()()(.0RVCLRVss)1j(ww)1(CLRRwwj)(j00)()(j11w)(11000RL+–CVsLR2.1.2串联振荡回路的谐振曲线和通频带谐振曲线包括幅频特性曲线和相频特性曲线，分别用N(ω)和ψ(ω)两函数表示。仅对选频特性而言，通常只关心幅频特性N(ω)。针对幅频特性，又分为两个方面：频率选择性和通频带。)()()(.0wwwIIN)1(jCLRRww)(j00)()(j11w2.1.2串联振荡回路的谐振曲线和通频带20020)(11)()()(QIIN选频特性曲线N(ω)Q1ω0ω见右图，频率ω偏离ω0越远，N(ω)下降得越多。)1(j)()()(.0CLRRIIN)(j00)()(j11w因此，可以用ω－ω0表示频率偏离谐振的程度，称为失谐量。1.频率选择性w2.1.2串联振荡回路的谐振曲线和通频带对于同样的频率ω和ω0，回路的Q值愈大，N(ω)下降的越多。20020)(11)()()(QIIN回路的Q值愈高，谐振曲线愈尖锐，对外加电压的选频作用愈显著，回路的选择性就愈好。图2.1.4串联振荡回路的谐振曲线2.1.2串联振荡回路的谐振曲线和通频带所以，定义广义失谐量0000QRLRCLRX01)(失谐电抗因此，要衡量电路偏离谐振的程度，必须包含Q和失谐量的综合效果。00000))((Q当ww0，即失谐不大时：0022ffQQww2.1.2串联振荡回路的谐振曲线和通频带广义失谐量00Q2200211)(11)0()()(QIIN幅频特性函数N(ξ)和曲线分别为图2.1.5串联振荡回路通用谐振曲线2.1.2串联振荡回路的谐振曲线和通频带2.通频带127.02fff或1210027.0)()(2图2.1.6串联振荡回路的通频带21)(11)0()()(2002QIIN2.1.2串联振荡回路的谐振曲线和通频带2111)(11)0()()(22002QIIN下面，求解带宽102wwQQ0702wwQff.0702或02.1.2串联振荡回路的谐振曲线和通频带Q2Q1Q2Q0702wwQff.0702或回路Q值越高，选择性越好，但通频带越窄，二者矛盾。2.通频带2.1.2串联振荡回路的谐振曲线和通频带2.1串联谐振回路•2.1.1基本原理•2.1.2串联振荡回路的谐振曲线和通频带•2.1.3串联振荡回路的相位特性曲线由于人耳听觉对于相位特性引起的信号失真不敏感，所以早期的无线电通信在传递声音信号时，对于相频特性并不重视。但是，近代无线电技术中，普遍遇到数字信号与图像信号的传输问题，在这种情况下，相位特性失真要严重影响通信质量。)(j000)()(j11)()()(.warctanarctan00Q2.1.3串联振荡回路的相位特性曲线arctanarctan00Q图2.1.8串联振荡回路的相位特性曲线图2.1.9串联振荡回路通用相位特性2.1.3串联振荡回路的相位特性曲线00arctanQ由右图可见，Q值愈大，相频特性曲线在谐振频率ω0附近的变化愈陡峭。但是，线性度变差，或者说，线性范围变窄。图3.1.8串联振荡回路的相位特性曲线2.1.3串联振荡回路的相位特性曲线2.选频网络•2.1串联谐振回路•2.2并联谐振回路•2.3串、并联阻抗的等效互换与回路抽头时的阻抗变换•2.4耦合回路•2.5滤波器的其他形式2.2并联谐振回路•2.2.1基本原理及特性•2.2.2并联振荡回路的谐振曲线、相位特性曲线和通频带•2.2.3信号源内阻和负载电阻的影响•2.2.4低Q值的并联谐振回路+–CVsLR损耗电阻通常，串联谐振回路的带通特性要求信号源内阻越低越好。ZwRw0谐振频率选频特性曲线ZVS若信号源内阻比较大应该选择怎样的谐振回路?2.2.1基本原理及特性同样，要研究并联振荡回路的选频特性，可以考察其阻抗随频率变化的规律。这种情况下，宜采用并联谐振回路IsCLR损耗电阻2.2.1基本原理及特性IsCLR损耗电阻回路的总阻抗CLRCLRZCLRCLR通常，损耗电阻R在工作频段内满足：或高QCLRCLww1j采用导纳分析并联振荡回路及其等效电路比较方便，为此引人并联振荡回路的导纳。LCLCRww1j12.2.1基本原理及特性IsCLR损耗电阻回路总导纳式中电导G和电纳B分别为LCRGLCBww1LCLCRBGYww1jjCLRCLRZLCLCRww1j1Q高IsCL1/G2.2.1基本原理及特性wYOBwO电纳wCB=wC－1wL1Lw－pwG感性容性wP01LCBppww谐振特性：其导纳在某一特定频率上具有最小值（谐振状态），而偏离此频率时将迅速增大。谐振条件:即信号频率LC1pwLCf21p或IsCL1/G2.2.1基本原理及特性回路总导纳LCLCRBGYww1jjIsCLRp1)wwp时，B0呈感性；2)w=wp时，B=0呈纯阻性；3)wwp时，B0呈容性。1.阻抗性质随频率变化的规律：BwO电纳wCB=wC－1wL1Lw－感性容性wP2.2.1基本原理及特性IsCL1/G，具有带通选频特性。当信号源为电流源时，回路电压最大，即2.谐振时，回路阻抗值最大，即；CRLGR1p选频特性曲线ZIsRCLCRRLQPPp1wwRCLCL1CRLRppppwwps0RIVwYOpwG2.2.1基本原理及特性IsCL1/GCRIppsjw0ppVCjICwCRLRQpppppwwspjIQLjILQLjVLjRVIpSppppLp00spjIQ3.并联谐振时，流经电感和电容的电流模值大小相近，方向相反，且约等于外加电流的Q倍；LCR回路的状态与串联谐振回路相似。2.2.1基本原理及特性总结1)wwp时，B0呈感性；2)w=wp时，B=0呈纯阻性；3)wwp时，B0呈容性。2.阻抗性质随频率变化的规律：3.并联谐振时，流经电感和电容的电流模值大小相近，方向相反，且约等于外加电流的Q倍。1.谐振时，回路阻抗值最大；当信号源为电流源时，回路电压最大，即，具有带通选频特性。ps0RIV2.2.1基本原理及特性2.2并联谐振回路•2.2.1基本原理及特性•2.2.2并联振荡回路的谐振曲线、相位特性曲线和通频带•2.2.3信号源内阻和负载电阻的影响•2.2.4低Q值的并联谐振回路回路中电压幅值与外加电流频率之间的关系曲线称为谐振曲线。因此，表示谐振曲线的函数为)1j()1j()()()(.pppsps0LCGGGLCGIVVNI选频特性曲线ZIswYOpwGIsCL1/G2.2.2谐振曲线、相位特性曲线和通频带)(jppp)()(j11w)1j()1j()()()(.pppsps0LCGGGLCGIVVNI2.2.2谐振曲线、相位特性曲线和通频带