严国萍版通信电子线路第二章通信电子线路分析基础ppt课件

通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#1,第2章通信电子线路分析基础,2.1选频网络2.2非线性电路分析基础,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#2,2.1选频网络,引言：选频网络：选出需要的频率分量并且滤除不需要的频率分量的电路选频网络在通信电子线路中被广泛运用选频网络的分类：,单振荡回路：串联、并联,耦合振荡回路,谐振回路(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,电路简单,稳定性好、电性能好、品质因数高、便于微型化,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#3,2.1选频网络串联谐振回路,一、串联谐振回路LC串联回路串联谐振回路1.回路阻抗,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#4,2.1选频网络串联谐振回路,=0时，X=0，Z为纯电阻|Z|最小，电流最大，称为串联谐振0时，X0，Z呈电感性2.谐振频率电路谐振条件：特征阻抗：谐振时的感抗或容抗,容性,感性,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#5,2.1选频网络串联谐振回路,3.品质因数Q是表征储能元件、谐振回路损耗大小的一个质量指标储能元件：电感的感抗(电容的容抗)与损耗电阻的比值谐振回路：回路感抗(容抗)与回路损耗电阻的比值谐振时L、C上的电压：,达到最大值，又称电压谐振,器件耐压问题,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#6,2.1选频网络串联谐振回路,4.广义失谐系数：偏离谐振程度谐振时，=00时，5.谐振曲线：回路电流频率,幅频特性,相频特性,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#7,2.1选频网络串联谐振回路,Q(f)|N(f)|尖锐6.通频带B电流下降到最大值的时所对应的频率范围。相对带宽：通频带的边界点又称半功率点：,1,幅频特性,0.707,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#8,2.1选频网络串联谐振回路,7.相频特性曲线8.信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响无载Q值：有载Q值：串联谐振回路适合RS很小(恒压源)和RL不大的电路,Q2Q1,Q1,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#9,2.1选频网络串联谐振回路,例1：串联回路如图所示。信号源频率f0=1MHz，电压振幅Vsm=0.1V将1-1端短接，电容C调到100pF时谐振。此时，电容C两端的电压为10V将1-1端开路再串接一阻抗ZX（电阻与电容串联)，则回路失谐；C调到200pF时重新谐振，整个电容两端电压变成2.5V求：线圈的电感量L回路品质因数Q0值未知阻抗ZX,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#10,2.1选频网络串联谐振回路,解：,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#11,2.1选频网络串联谐振回路,解：,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#12,2.1选频网络并联谐振回路,二、并联谐振回路信号源内阻较大时，可采用并联谐振回路1.回路阻抗等效并联电路：,LR,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#13,2.1选频网络并联谐振回路,2.谐振频率当B=0，Y最小，Z最大，为纯电阻回路电压取得最大值，与电流源同相LRLRZ特性曲线：=P，X=0，Z为纯电阻|Z|最大，回路电压最大0，Z呈电感性P，X0，Z呈电容性,容性,感性,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#14,2.1选频网络并联谐振回路,特征阻抗：3.品质因数谐振时，L、C上的电流：,达到最大值，称为电流谐振,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#15,2.1选频网络并联谐振回路,4.广义失谐系数：偏离谐振程度谐振时，=0p时，5.谐振曲线：回路电压频率,幅频特性,相频特性,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#16,2.1选频网络并联谐振回路,6.通频带B电压值对应的频率范围相对带宽：7.相频特性曲线,1,幅频特性,0.707,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#17,2.1选频网络并联谐振回路,8.信号源内阻及负载对并联谐振回路的影响无载Q值：有载Q值：并联谐振回路适合RS很大(恒流源)和RL很大的电路,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#18,2.1选频网络并联谐振回路,例2：设一放大器以简单并联振荡回路为负载，信号中心频率fS=10MHz，回路电容C=50pF求：(1)试计算所需的线圈电感值(2)若线圈品质因数为Q=100，试计算回路谐振电阻及回路带宽(3)若放大器所需的带宽B=0.5MHz，则应在回路上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求解：,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#19,2.1选频网络串联谐振回路,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#20,2.1选频网络串联谐振回路,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#21,2.1选频网络串联谐振回路,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#22,2.1选频网络串、并联阻抗等效互换与抽头阻抗变换,三、串、并联阻抗等效互换与抽头阻抗变换1.串、并联阻抗等效互换,Q很大时,=,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#23,2.1选频网络串、并联阻抗等效互换与抽头阻抗变换,2.回路抽头时阻抗的变化(折合)关系1)电阻的折合及接入系数能量等效原则电感接入电路：若存在互感时：,接入系数，P1,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#24,2.1选频网络串、并联阻抗等效互换与抽头阻抗变换,电容接入电路：接入系数：电阻由低端折合到高端时，等效电阻提高P的计算都假定ab接入支路电流远小于db的电流使用场合：RS、RL小时，用串联方式RS、RL大时，用并联方式RS、RL不大不小时，用抽头方式,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#25,2.1选频网络串、并联阻抗等效互换与抽头阻抗变换,2)电流源的折合3)负载电容的折合,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#26,2.1选频网络串、并联阻抗等效互换与抽头阻抗变换,4)插入损耗回路电导GP引起的损耗无损耗、有损耗时的功率：,GP越小，Q0越大，损耗越小,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#27,2.1选频网络串、并联阻抗等效互换与抽头阻抗变换,例3：如图所示，Ri、Ci和Ro、Co分别为信号源阻抗和负载阻抗，已知：L=0.8H，Q0=100，C1=C2=20pF，Ci=5pF，Ri=10K，Co=2pF，Ro=5K求：谐振频率谐振阻抗(不计Ri与Ro时)有载QL值和通频带提醒：Co是否要采用折合方式?电路中是否有什么器件未画?,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#28,2.1选频网络串联谐振回路,解：,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#29,2.1选频网络耦合回路,四、耦合回路由相互影响的两个单振荡回路组成，可改善谐振曲线耦合系数k：表示回路间的耦合程度的强弱1.耦合回路的形式电感耦合：若L1=L2=L：k=M/L电容耦合：若C1=C2=C：,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#30,2.1选频网络耦合回路,2.反射阻抗与耦合回路的等效阻抗反射阻抗：一个回路对耦合的另一回路电流的影响自阻抗：回路方程,反射阻抗：Zf1,Zf2,感生电压：,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#31,感生电压：,反射阻抗：Zf1,Zf2,2.1选频网络耦合回路,耦合回路的等效电路反射阻抗的性质：,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#32,2.1选频网络耦合回路,1)反射电阻永远是正值这是因为反射电阻总是代表一定能量的损耗2)反射电抗的性质与原回路总电抗的性质总是相反的3)反射阻抗的值与(M)2成正比当M=0时，反射阻抗也等于零，即单回路的情况4)当X11=X22=0时，反射阻抗为纯电阻即初次级回路同时调谐到与激励频率谐振的情况相当于在回路中增加一反射电阻，与原回路电阻成反比,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#33,2.1选频网络耦合回路,3.耦合回路的调谐何谓耦合回路达到谐振：初级等效电路的电抗为零次级等效电路的电抗为零初次级回路电抗同时为零三种谐振：部分谐振：初级或次级达到谐振复谐振：部分谐振共轭匹配全谐振：初、次级各自与信号源频率谐振，反射阻抗为纯电阻部分谐振：初级回路部分谐振：X11+Xf1=0，I1max次级回路部分谐振：X22+Xf2=0，I2max,X11、M、X22,X11、M、X22,Z11=R11,Z22=R22,Zf1=Rf1,Zf2=Rf2,+jX11,+jX22,+jXf1,+jXf2,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#34,2.1选频网络耦合回路,复谐振：初级部分谐振且达到共轭匹配：X11，使X11+Xf1=0M、X22，使Rf1=R11次级部分谐振且达到共轭匹配：X22，使X22+Xf2=0M、X11，使Rf2=R22可以证明：初级达到复谐振时，则次级也必然达到复谐振，反之亦然复谐振时，次级电流值达到可能达到的最大值复谐振时，初次级两个等效回路对信号源频率谐振，但两个单独回路可能同时处于感性失谐或容性失谐,Z11=R11,Z22=R22,Zf1=Rf1,Zf2=Rf2,+jX11,+jX22,+jXf1,+jXf2,感性,感性,容性,容性,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#35,2.1选频网络耦合回路,全谐振：单独调整两个谐振回路，使X11=0，X22=0，此时，两回路各自对信号源频率谐振，反射阻抗为纯电阻。最佳全谐振：改变互感M，使得R11=Rf1，R22=Rf2，满足功率匹配条件。最佳全谐振是复谐振的特例，故次级电流也为I2max,max最佳全谐振时的互感MC,Z11=R11,Z22=R22,Zf1=Rf1,Zf2=Rf2,+jX11,+jX22,+jXf1,+jXf2,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#36,2.1选频网络耦合回路,全谐振：临界耦合状态：最佳全谐振时初次级间的耦合耦合系数、临界耦合系数：耦合因数：表示与临界耦合状态相比，耦合的相对强弱1强耦合,Z11=R11,Z22=R22,Zf1=Rf1,Zf2=Rf2,使用Q1，便于比较性能,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#37,2.1选频网络耦合回路,4.耦合回路的频率特性设01=02=0，Q1=Q2=Q，则1=2=，可证：频率特性1，强耦合，出现双峰：5.耦合回路的通频带=1时，常选略大于1,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#38,2.1选频网络选择性滤波器,五、选择性滤波器一体化带来的好处：稳定性好，电性能好品质因数高利于微型化便于大规模生产LC集中选择性滤波器,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#39,2.1选频网络选择性滤波器,石英晶体滤波器(又见P131)石英晶体产品：晶体谐振器、晶振石英晶体：SiO2的天然晶体，六棱柱锥体Z(光轴)，X(电轴)，Y(机械轴)许多切型，切割越薄，频率越高,X,X,X,晶体振荡器：基音、泛音,晶体滤波器：,带通、带阻,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#40,2.1选频网络选择性滤波器,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#41,2.1选频网络选择性滤波器,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#42,Upto170giant,luminousobelisks-thebiggestis37.4ftlong,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#43,CrystalPalace-1,000ftbelowtheChihuahuaDesertinMexico,天然水晶：SiO2石膏水晶：CaSO4方解石：CaCO3,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#44,2.1选频网络选择性滤波器,石英晶体的物理特性具有正反压电效应：机械轴压力电轴电场具有非常稳定的物理特性和化学特性具有多模性：基音、奇次泛音石英谐振器的电特性：动态电感Lq约10-3102H；动态电阻rq约几十几百动态电容Cq约10-4101pF；安装电容C0约110pF,符号,基频等效电路,完整等效电路,JT,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#45,2.1选频网络选择性滤波器,品质因数Qq可达104106接入系数很小外电路影响小动态电感Lq约10-3102H；动态电阻rq约几十几百动态电容Cq约10-4101pF；安装电容C0约110pF,符号,基频等效电路,完整等效电路,JT,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#46,2.1选频网络选择性滤波器,串联谐振频率：rLC支路串联谐振因rqXC0，JT呈纯阻性rq，很小q，呈容性；q，呈感性并联谐振频率：继续增大，在某一频率将与C0产生并联谐振，JT又呈纯阻性，阻抗很大，2/rq,容性,容性,感性,晶体自然谐振频率,通信电子线路第2章通信电子线路分析基础,.,Page#47,2.1选频网络选择性滤波器,因CqV2m,V1m0.5V，开关状态开关函数分析法：比折线法更简单v1