第二章 高频电路基础资料

高频电子线路22.2高频电路中的基本电路2.2.1高频振荡回路高频振荡回路是高频电路中应用最广的无源网络，也是构成高频放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件，在电路中完成阻抗变换、信号选择等任务，并可直接作为负载使用。下面分简单振荡回路、抽头并联振荡回路和耦合振荡回路三部分来讨论。高频电子线路3并联谐振回路•储能元件（电感和电容）并联•电流驱动，电压输出•传输函数具有阻抗的量纲1.简单振荡回路串联谐振回路：电压驱动，电流输出)()(jjjIVZgoP）（）（jjjZVIso1)()(RLCgIoVLCRSVIoLC谐振回路是最简单也是最基本的LC滤波器电路。高频电子线路4Time0s40us80us120us160us200usV(C2:1,0)0V0.5V1.0V自由振荡现象：R、L、C电路具有自由振荡现象。10diLRiidtdtC2LC1）R=0，等幅振荡;2）R0，增幅振荡;3）R0，减幅振荡（R）;4）R，没有振荡。2LCL1120C2V1TD=0TF=0PW=100uPER=V1=0TR=0V2=1R1V-V+高频电子线路5Time0s50us100us150us200usV(C2:1,0)I(C2)-0.500.51.0为回路自然角频率。LC101）R=0，等幅振荡高频电子线路6Time0s50us100us150us200usV(C2:1,0)I(C2)-0.500.51.02）R0，减幅振荡（R）2LC高频电子线路7Time0s20us40us60us80us100us110usV(C2:1,0)I(C2)-20020403）R0，增幅振荡高频电子线路8Time0s50us100us150us200usV(C2:1,0)I(C2)-0.500.51.02LC4）R，没有振荡。高频电子线路9（1）电路特点RLCCLLPR)(jZP)(jZPsRgIgILICICCLLPR)(jZP)(jZPsRgIgILICI•回路电感元件的固有损耗电阻RS（包括电感线圈导线的欧姆电阻、由趋肤效应引起的高频损耗电阻）高频电子线路10传输函数（传输阻抗）CLjRCjLjRCjLjRCjLjRjIjVjZSsssgoP1111)()()(谐振：–回路电压与输入激励电流同相位–回路呈纯阻特性0)(jXP21LRLCSPPpgoRjIV)(maxPR)(jZ)(pp22高频电子线路11回路空载（固有）品质因数Q（易测量）意义：表征回路谐振过程中一个周期的电抗元件的储能与电阻元件耗能状况的比值。2)(1LRLCsP当Q1时(忽略电感的损耗)：回路谐振角频率：PspRLQ忽略电容的损耗：0pLCo1为回路无阻尼振荡角频率。高频电子线路CLRCRRLQsss1100特性阻抗：CLCL001sR高频电子线路13CCLLPR)(jZP)(jZPsRgIgILICICCLLPR)(jZP)(jZPsRgIgILICIP使网络阻抗（ZP（jω））相等进行等效高频电子线路14阻抗电路的串—并联等效转换由电阻元件和电抗元件组成的阻抗电路的串联形式与并联形式可以互相转换，而保持其等效阻抗和Ｑ值不变。高频电子线路15Zp=Rp‖jXp=222222PPPPPPPPRXRXjRXRXZs=Rs+jXs要使Ｚp＝Ｚs，必须满足:Rs=222PPPPRXRXXS=222PPPPRXRX高频电子线路16串联电路的有效品质因数:SSXQR222222/PPPPPPPPPPRXRXRRXRXX串联形式的有效品质因数等于并联形式的品质因数。高频电子线路172(1)pSRQR21(1)pSXXQ22222(/)11PPPPsPPPPRXRRRRXRXQ2222221/11/PPPPsPPPPRXXXXRXXRQ则：高频电子线路18当Q1时，则简化为：Rp≈Q2RsXp≈Xs结论：2）串联电抗变为同性质的并联电抗。1）小的串联电阻变为大的并联电阻。当品质因数足够高时高频电子线路19SQSPRQRQR212)1(LLQLQP12)11(使网络阻抗（ZP（jω））相等进行等效LRCRCRRLQoPPoSoSo1串联与并联回路Q值相同CCLLPR)(jZP)(jZPsRgIgILICICCLLPR)(jZP)(jZPsRgIgILICIP高频电子线路20CCLLPR)(jZP)(jZPsRgIgILICICCLLPR)(jZP)(jZPsRgIgILICI谐振01pppSppLCLL高频电子线路21)()()(1)(1)(002002arctgQQRjYjZPPPP（2）并联回路端阻抗的模和相角随频率变化的关系为：高频电子线路22并联回路的阻抗特性PR)(jZo)(po22=0，呈纯电阻且阻值最大0，呈容性0，呈感性高频电子线路23串联回路的阻抗特性)(po22)(p=0，呈纯电阻且阻值最小0，呈容性0，呈感性PR)(jZo高频电子线路24（3）谐振特性并联回路谐振时，流过其电抗支路的电流IL、IC比激励电流Ig大Q倍，故并联谐振又称电流谐振。所以品质因数Q易测量。并联谐振时（Q值很高），输出最大电压：PogooRjIjV)()(max★并联回路在谐振时的电流、电压相位关系如图所示。高频电子线路25串联回路谐振时，电抗上电压是激励电压的Q倍，故串联谐振又称电压谐振。所以品质因数Q易测量。串联回路谐振时，回路呈纯电阻，且阻值最小，回路电流最大。★串联回路在谐振时的电流、电压相位关系如图所示。高频电子线路26（4）频率特性、通频带和谐波抑制度频率特性：以=时的输出电压对归一化，可得并联谐振回路的相对幅频特性与相频特性，其值分别如下：)(0jVo)(jVo020020)(11)()()(QjVjVoov)()(00arctgQv)(11)()()(000jQjVjVjoov高频电子线路27并联谐振回路的相对幅频特性和相对相频特性0B11/2Q1Q2Q1Q20-/2/2Q2Q10Q1Q2Q值增大→选择性更好Q值增大→斜率的绝对值增大2002)(11)(Qv)()(00arctgQv单位谐振曲线可表示选择性好坏。高频电子线路28）（）（00arctgQi串联谐振回路的相对幅频特性和相对相频特性0B11/2Q1Q2Q1Q20-/2/2Q2Q10Q1Q2Q值增大→选择性更好Q值增大→斜率的绝对值增大2002)(11)(Qi)(11)()()(000jQjIjIjooi高频电子线路2921广义失谐通频带（BW）：当保持外加信号的幅值不变而改变其频率时,将并联回路端电压值(串联回路电流值）下降为谐振值的时对应的频率范围称为回路的通频带。00:()Q0B11/20在实际应用中,外加信号的频率ω与回路谐振频率ω0之差Δω=ω-ω0表示频率偏离谐振的程度,称为失谐。000000202002)(2))((当ω与ω0很接近时,令：2020022(11)(11)(QQ则：高频电子线路300B11/20QffBW022/1202022002)2(11)2(1111)(11)(ffQQQξ=±1,则：则：令：)(00Q高频电子线路31谐波抑制度ϒ基波成分输出功率某种谐波成分输出功率例：若Q=100，二次谐波抑制度20020)(11)()()(QjVjVoovdBv5.432lg200高频电子线路32为了衡量实际幅频特性曲线接近理想幅频特性曲线的程度，提出了“矩形系数”这个性能指标。矩形系数Ｋ0.1：为单位谐振曲线（）值下降到０.１时的频带范围ＢＷ0.1与通频带ＢＷ0.7之比，即:7.01.01.0BWBWK矩形系数K高频电子线路337.01.01.0BWBWKＫ0.1是一个大于或等于１的数，其数值越小，则对应的幅频特性越理想。高频电子线路34解：取220011()1021()ffQf用类似于求通频带ＢＷ0.7的方法可求得:002341.0110QfffBW95.911027.01.01.0BWBWK一个单谐振回路的矩形系数是一个定值,与其回路Ｑ值和谐振频率无关，且这个数值较大，接近１０，说明单谐振回路的幅频特性不大理想。例：求并联谐振回路的矩形系数Ｋ0.1。高频电子线路35（5）信号源內阻和负载电阻对并联谐振回路的影响LgPRRRR////LRQe0LgCCCC影响谐振回路谐振频率。减小→通频带加宽→选择性变坏。gILCPRgRgCLCLCPRgRgCLCRL)(0QfBw有载品质因数影响：高频电子线路36在有信号源內阻和负载电阻情况下，为了对并联谐振回路的影响小，需要应用阻抗变换电路。并联谐振回路希望用恒流源激励。结论：串联谐振回路希望用恒压源激励。高频电子线路37(1)全耦合变压器等效222'211'2LLLLVVRVRRRVLRVP222'211LRVP从功率等效角度证明：12PP理想变压器无损耗：212NN2'12LLNRRN接入系数:11212NNVVpL2'L1RpR2.抽头并联振荡回路高频电子线路38部分接入法：负载电阻RL是通过双电容分压接入并联谐振回路的,称为部分接入法。令接入系数：可得：2'pRRLL21112CCCVVp(2)双电容耦合电路)1(,2cRL由低抽头向高抽头转换，阻抗提高。高频电子线路39'L211RVPL222RVP21PPL2L221'L1RpRVVR接入系数112VVp功率守恒2L1CRCCVVp112122CC21122121CCCCCCCC接入系数：与外电路相连的那部分电抗与本回路参与分压的同性质总电抗之比。即电压之比。谐振时流过负载电阻的电流远小于电抗的电流高频电子线路40(3)双电感抽头耦合电路（忽略了互感M）负载电阻RL是通过双电感抽头接入并联谐振回路的,为部分接入法。令接入系数：21212LLLVVp得：2'pRRLL，(P1)2,()LRL1L2LLR21LL'LR高频电子线路41(4)应用部分接入法的选频电路接入系数：,2111CCCp2122LLLp22'pRRLL21'pRRggggIpI1'''////LgPRRRRLRQe0结论:采用部分接入法，电源及负载对回路有载品质因数影响明显减小。gR2C1CPR1L2LgIgRgR2CC1C1CPRPR1L12L2LgIgIRL'''gR2C1CPR1L2LgIgRgR2C2C1C1CPRPR1L1L2L2LgIgIRLCCLC01212121()CCLLCC高频电子线路42上面分析了外接负载为纯阻的情况。而当外接负载包括电抗成分时，上述等效变换关系仍然适用。CLCRLPCLLRLCddbbaL2'1RpRLLLCpXpCX11112L2''LL2'LCpC接入系数1abdbVVp高频电