高频电子系统课件-选频网络

第2章选频网络第2章选频网络2.1串联谐振回路2.2并联谐振回路2.3等效互换与阻抗变换2.4耦合回路2.5石英晶体滤波器第2章选频网络选频的基本概念：选出需要的频率分量，滤除不需要的频率分量。选频网络在本课程的用途前端选择性电路高频小信号放大器负载中频放大器负载高频功率放大器负载混频器负载正弦波振荡器回路调制电路负载引言第2章选频网络分类振荡回路（由L、C组成）单振荡回路耦合振荡回路各种滤波器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第2章选频网络2.1串联谐振回路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。信号源与电容和电感串接，就构成串联振荡回路。串联振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最小值，而偏离这个特定频率的时候阻抗将迅速增大。单振荡回路的这种特性称为谐振特性，这个特定频率就叫做谐振频率。谐振回路具有选频和滤波作用。第2章选频网络2.1.2谐振及谐振条件1.阻抗：谐振频率串联谐振第2章选频网络第2章选频网络第2章选频网络2.品质因数第2章选频网络结论：①电感线圈与电容器两端的电压模值相等，且等于外加电压的Q倍。②Q值一般可以达到几十或者几百，故电容或者电感两端的电压可以是信号电压的几十或者几百倍，称为电压谐振，在实际应用的时候要加以注意。③串联谐振时电路中的电流或者电压可以绘成向量图注意：损耗电阻是包含在线圈中第2章选频网络3.第2章选频网络2.1.3能量关系电容和电感的伏安特性方程电容和电感的瞬时功率电容和电感的瞬时储能(设起始储能为零)第2章选频网络T/43T/4T/2T0LC第2章选频网络小结：电感上储存的瞬时能量的最大值与电容上储存的瞬时能量的最大值相等W是一个不随时间变化的常数。回路中储存的能量是不变的，只是在线圈与电容器之间相互转换。电抗元件不消耗外加电动势的能量。外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。谐振时回路电流最大。电阻R上消耗的平均功率为：每一周期时间内消耗在电阻上的能量为：第2章选频网络谐振曲线：串联谐振回路中电流幅值与外加电动势频率之间的关系曲线在任意频率下的回路电流与谐振电流之比为：2.1.4谐振曲线和通频带j第2章选频网络串联谐振回路的谐振曲线谐振时的电流、电压关系Q值不同时，对曲线有很大影响，Q值大曲线尖锐，选择性好，Q值小曲线钝，通带宽第2章选频网络通频带定义：回路外加电压的幅值不变时，改变频率，回路电流I下降到Io的时所对应的频率范围称为谐振回路的通频带。用B表示当时而12通频带与回路的品质因数Q成反比，两者存在矛盾第2章选频网络通用谐振曲线Q越大，谐振曲线越尖。当稍微偏离谐振点时，曲线就急剧下降，电路对非谐振频率下的电流具有较强的抑制能力，所以选择性好。Q=10Q=1Q=0.51210)(IηI0.7070第2章选频网络2.1.5相频特性曲线定义：回路电流的相角随频率变化的曲线回路电流的相角为阻抗幅角的负值，=–回路电流的相角是与外加电压相比较而言的。若超前，则0若滞后，则0。Q值不同时，相频特性曲线的陡峭程度不同第2章选频网络2.1.6信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响无载Q：有载Q：R为回路本身的损耗，RS为信号源内阻，RL为负载串联谐振回路通常适用于信号源内阻Rs很小(恒压源）和负载电阻RL也不大的情况。第2章选频网络例2.1如果希望回路通频带2f0.7=750kHz，设回路的品质因数Q=65试求所需要的谐振频率。例2.2一个5H的线圈与一可变电容相串联，外加电压值与频率是固定的。当C=126.6pF时，电路电流达到最大值1A。当C=100pF时，电流减为0.5A。试求：1）电源频率；2）电路品质因数Q例2.3如图，设给定串联谐振回路的f0=1MHz，Q0=50，若输出电流超前信号源电压相位45°，试求：1)此时信号源频率f是多少？输出电流相对于谐振时衰减了多少分贝？2)现要在回路中的再串联一个元件，使回路处于谐振状态，应该加入何种元件，并定性分析元件参数的求法。第2章选频网络2.2并联谐振回路电感L、电容C和外加信号源组成的并联谐振回路。r是电感L的损耗电阻，电容的损耗一般可以忽略。适用于信号源内阻和负载较大的电路。由于外加信号源内阻很大，为了分析方便，采用恒流源。CLR+_SIGCLU第2章选频网络1.回路阻抗当线圈Q值很高时，即：1RL时，可近似为：电导电纳第2章选频网络1()sssIIIVCRYGjBjCLL,CRLRLCRGp或2.2.2谐振条件及谐振特性电路谐振时B=0，即01LCωppLCp1谐振电阻并联谐振频率第2章选频网络并联谐振回路导纳BGjLRCYj1j))((j)(2222LRLCLRR谐振时B=0，即0)(20200LωRLωCω20)(1LRLCω第2章选频网络2.品质因数谐振电阻谐振电流谐振时电感支路或者电容支路的电流幅值为外加电流源IS的Qp倍。因此，并联谐振又称为电流谐振。CLRRCωRLωQppp11222211CRCQLQRLCRLRppppppp谐振时，谐振电阻等于电感或电容支路电抗值的Qp倍spppspppCpIjQCQICjVCjCjVI..0.0..11/sppsppppLpIjQLILQjLVjLjRVI...0.0.第2章选频网络3.广义失谐表示回路失谐大小的量第2章选频网络小结在=p时，B=0，，（=0），并联振荡回路导纳为纯电导，且为一最小值，这时称为并联谐振。谐振电压：最大谐振电阻：是回路电阻R的Q2谐振电流：谐振时，回路呈现纯电导，且谐振导纳最小（或谐振阻抗最大）。..CpspIjQI..LpspIjQILCRGsICRLV.0第2章选频网络并联振荡回路等效阻抗与频率的关系Z，Re，XePZReXeOCωLP1,CωLP1,总阻抗呈容性总阻抗呈感性第2章选频网络谐振回路电流与电压的关系CI.LI.sI.0.VpCI.LI.sI.0.VpCI.LI.sI.0.Vp第2章选频网络1.谐振曲线：在任意频率下的回路电压与谐振电压之比回路端电压谐振时回路端电压谐振曲线：2.2.3并联回路谐振曲线，相频特性和通频带第2章选频网络第2章选频网络2.相频特性:回路端电压的相角对频率的关系曲线串联电路里是指回路电流与信号源电压的相角差。而并联电路是是指回路端电压对信号源电流的相角差。=p时=0回路呈纯阻p时0回路呈容性p时0回路呈感性第2章选频网络3.通频带回路端电压下降最大值的时所对应的频率范围称为并联谐振回路的通频带。12第2章选频网络并联回路总负载：回路有载品质因数2.2.4信号源内阻与负载电阻对并联回路的影响11LpppsLQLGLGGGLspLspGGGRRRG111信号源内阻与负载电阻使回路品质因数变化。第2章选频网络有信号源内阻与负载电阻的对并联回路SIRsCLRpRLCLRRLSIRs注意：等效电路第2章选频网络结论：信号源内阻与负载电阻越小，有载品质因数下降越多，因此回路通频带加宽，选择性变坏。信号源内阻与负载电阻对回路的影响（续）第2章选频网络例2.4有一并联谐振回路如图，并联回路的无载Q值Qp=80，谐振电阻Rp=25k，谐振频率fo=30MHz，信号源电流幅度Is=0.1mA(1)若信号源内阻Rs=10k，当负载电阻RL不接时，问通频带B和谐振时输出电压幅度Vo是多少？(2)若Rs=6k，RL=2k，求此时的通频带B和Vo是多少第2章选频网络对偶：RLC串联GCL并联LCω10)1(jωCωLRZ)1(jωLωCGY+_SIGCLULCωp1串联回路与并联回路比较（1）+_LCRVs第2章选频网络串联回路与并联回路比较（2）|Z|0OR0OI()U/RpOU()IS/GLUCUUURICILISGIIU|Y|pOG第2章选频网络电压谐振电流谐振UL(0)=UC(0)=Q0UIL(p)=IC(0)=QpISLCGGLωGCωQppp11CLRRCωRLωQ11000串联回路与并联回路比较（3）LsLRRRLωQ0LpsppLRRRRQQ1有载品质因数LspPLGGGLQ1注意01LsLppQQRRRR第2章选频网络两类回路相同之处：1）谐振频率2）谐振曲线3）广义失谐4）通频带5）相频特性曲线串联回路与并联回路比较（4）0ffN7.02f第2章选频网络第2章选频网络2.3等效互换与阻抗变换为了电路分析方便，经常要进行串联电路与并联电路等效阻抗的互换。所谓等效是指AB两端的阻抗相等，如下图所示。RsXsRpXp第2章选频网络2.3.1串联、并联电路的等效互换（1）ppppppppppppssXXRRRXRXXRjXRjXR222222)(并联电路等效为串联电路串联电路等效为并联电路ppssjXRjXR111第2章选频网络串联电路的品质因数2.3.1串联、并联电路的等效互换（2）并联电路的品质因数ssLRXQ1ppLXRQ2推导得到：ppssLLLXRRXQQQ21第2章选频网络2.3.1串联、并联电路的等效互换（3）等效互换关系为：21LpsQRRpLLsXQQX221sLpRQR)1(2sLpXQX211近似等效互换关系为：sLpRQR2spXX第2章选频网络小结小的串联电阻化为大的并联电阻串联电抗化为同性质的并联电抗串、并联电路的品质因数相同sLpRQR2spXXppssLLLXRRXQQQ21第2章选频网络2.3.2并联谐振回路的其他形式并联电路的广义形式：Z1Z2Zp111jXRZ222jXRZ假设并联电路满足：2211,RXRX021XX并联电路谐振满足：第2章选频网络带入谐振条件，得：并联谐振回路的总阻抗21212122112121RRXXRRjXRjXRZZZZZp021XX21222121RRXRRXZp第2章选频网络并联谐振回路的其他形式CLR2R1Zp2212121CRRRRLZppp两个支路都有电阻的情况，得：CRRRRLQppp21211第2章选频网络不改变回路参数，只改变抽头位置，就可以改变ab两端的等效阻抗。2.3.3抽头式并联电路的等效互换CL1R1L2R2abbVabdVdbZab电感抽头式并联谐振回路21212121)(RRLRRXZpab第2章选频网络令抽头式并联电路的等效互换（续）dbpppabZppRRLRRpLRRLZ222122122121)()()(LLLLLp1211则因此2pZZdbabp代表的物理意义：1211pLLLVVdbab称为接入系数第2章选频网络由低抽头向高抽头转换时，等效电阻提高倍；由高抽头向低抽头转换时，等效电阻降低倍；抽头式并联电路的等效互换（续）2p21p第2章选频网络对于电容抽头电路，接入系数为：抽头式并联电路的等效互换（续）LC1C2RabbVabdVdbZab2121CCCCCp2121CCCCC第2章选频网络电压源与电流源的折合抽头式并联电路的等效互换（续）ILCRLRiabcCL1R1L2R2abbdVdb+_VabdbabpVVpIIac第2章选频网络电感抽头式并联电路谐振频率CL1R1L2R2abbVabdVdbZab并联谐振时021XX0121CLLppp则CLLp211回路谐振时，由回路的任何两点看去，回路都谐振于同一频率