高频电子线路课件

1、第二章 选频网络高频电子线路中常用的选频网络有：高频电子线路中常用的选频网络有： 所谓选频（滤波）所谓选频（滤波）, 就是选出需要的频率分量和滤除不需就是选出需要的频率分量和滤除不需要的频率分量。要的频率分量。单振荡回路单振荡回路耦合振荡回路耦合振荡回路选频网络选频网络振荡电路（由振荡电路（由L、C组成）组成）各种滤波器各种滤波器LC集中滤波器集中滤波器石英晶体滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器声表面波滤波器v 2.1 串联谐振回路串联谐振回路v 2.2 并联谐振回路并联谐振回路v 2.3 串、并联阻抗的等效互换与串、并联阻抗的等效互换与 回路抽头时的阻抗变换回路抽头时的阻

2、抗变换v 2.4 耦合回路耦合回路v 2.5 滤波器的其他形式滤波器的其他形式2.1 串联谐振回路串联谐振回路vLC谐振回路是高频电路里最常用的无源网络， 包括串联回路和并联回路两种结构类型。 v利用LC谐振回路的幅频特性和相频特性，不仅可以进行选频，即从输入信号中选择出有用频率分量而抑制掉无用频率分量或噪声(例如在选频放大器和正弦波振荡器中)，而且还可以进行信号的频幅转换和频相转换(例如在斜率鉴频和相位鉴频电路里)。另外，用L、 C元件还可以组成各种形式的阻抗变换电路和匹配电路。所以，LC谐振回路虽然结构简单，但是在高频电路里却是不可缺少的重要组成部分，在本书所介绍的各种功能的高频电路单元里

3、几乎都离不开它。2.1 串联谐振回路串联谐振回路v 2.1.1 基本原理基本原理v 2.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频串联振荡回路的谐振曲线和通频带带v 2.1.3 串联振荡回路的相位特性曲线串联振荡回路的相位特性曲线2.1 串联谐振回路串联谐振回路 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。单振荡回路。 Is C L R + C Vs L R 2.1 串联谐振回路串联谐振回路信号源与电容和电感串接，就构成串联振荡回路。信号源与电容和电感串接，就构成串联振荡回路。 + C Vs L R 2.1 串联谐振回路串联谐振回路 + C Vs

4、L R 高频电子线路中的高频电子线路中的电感线圈等效为电感电感线圈等效为电感L和损耗和损耗电阻电阻R的串联；的串联；电容器等效为电容电容器等效为电容C和损耗电阻和损耗电阻R 的的并联。并联。 通常，相对于电感线圈的损耗，电容的损耗很小，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。可以忽略不计。损耗电阻损耗电阻 L R C R RZww wO电抗电抗2.1.1 基本原理一、谐振现象一、谐振现象 + C Vs L R XRZj阻抗阻抗22XRZ)1( jCLRww容性容性感性感性wLX=wL1wCw01Cw0wX2.1.1 基本原理w wO电抗电抗容性容性感性感性wLX=wL1wCw

5、01CwXRZj阻抗阻抗22XRZRZw0w谐振频率谐振频率X 串联单振荡回路的谐振特性：其阻抗在某一特定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），而偏离此频率时将频率上具有最小值（谐振状态），而偏离此频率时将迅速增大。迅速增大。2.1.1 基本原理谐振条件谐振条件: :0100CLXww即信号频率即信号频率LC10w或或LCf210XRZj阻抗阻抗22XRZw wO电抗电抗容性容性感性感性wLX=wL1wCw01CwRZw0w谐振频率谐振频率X2.1.1 基本原理1. 谐振时，回路阻抗值最小，即谐振时，回路阻抗值最小，即Z=R； Z w R w0 谐振频率谐振频

6、率选频特性曲线选频特性曲线ZVS，具有带通选频特性。，具有带通选频特性。RVIS0当信号源为电压源时，回路电流最大，当信号源为电压源时，回路电流最大，二、谐振特性二、谐振特性 + C Vs L R 当回路阻抗当回路阻抗ZR，即为一，即为一个纯电阻时，称个纯电阻时，称为串联谐振。为串联谐振。2.1.1 基本原理1) w w w w0时，时， X w w0时，时， X 0呈感性。呈感性。2. 阻抗性质随频率变化的规律：阻抗性质随频率变化的规律：谐振时，电感、电容消失了！谐振时，电感、电容消失了！ + C Vs L R w wO电抗电抗容性容性感性感性wLx=wL1wCw01CwXXRZj阻抗阻抗)

7、1( jCLRww2.1.1 基本原理RVIS0ssVRLLRV00jjww实际上，谐振时：实际上，谐振时：谐振电流谐振电流 达到最大，且与达到最大，且与 同相同相LIVL000jwssVCRCRV001jj1wwCIVC000j1w又因为又因为CL001ww所以所以00 CLVV + C Vs L R SV2.1.1 基本原理 为了表征谐振时为了表征谐振时电感电感L和电容和电容C两端电压值的大小两端电压值的大小，引用电感线圈的品质因数引用电感线圈的品质因数RLQw线圈的线圈的Q值常在几十到一、二百左右。值常在几十到一、二百左右。 L R ssVRLLRV00jjwwLIVL000jwssVC

8、RCRV001jj1wwCIVC000j1w特性阻抗：特性阻抗：CLCL001ww2.1.1 基本原理考虑到，谐振时考虑到，谐振时ssVRLLRV00jjwwLIVL000jwssVCRCjRV001j1wwCIVC000j1wCL001wwCRRLQ0001wwsVQ0jsVQ0j3.串联谐振时，电感和电容两端的电压模值大小相等，串联谐振时，电感和电容两端的电压模值大小相等，且等于外加电压的且等于外加电压的Q倍；倍；由于由于Q值较高，必须预先注意值较高，必须预先注意回路回路元件的耐压元件的耐压问题。问题。 + C Vs L R 称为回路的品质因数称为回路的品质因数定义：回路品质因数指谐定义：

9、回路品质因数指谐振时，回路感抗（或容抗）振时，回路感抗（或容抗）与电阻与电阻R的比值。的比值。2.1.1 基本原理 。二者的关系可以借助回路中的。二者的关系可以借助回路中的电流和电压的相量图求得。电流和电压的相量图求得。实际上，损耗是包含在线圈中的，所以电感线圈实际上，损耗是包含在线圈中的，所以电感线圈上的电压上的电压sLlVQVVj00谐振时谐振时sLVQVj0sCVQVj0sRVVO0IsV201 QVVsmmlo90smQV + C Vs L R 2.1.1 基本原理总结总结RVIs0，具有带通选频特性。，具有带通选频特性。1. 谐振时，回路阻抗值最小，即谐振时，回路阻抗值最小，即Z=R

10、；当信号源为电压源；当信号源为电压源时，回路电流最大，即时，回路电流最大，即1) w w w w0时，时， X w w0时，时，X 0呈感性。呈感性。2. 阻抗性质随频率变化的规律：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，且等于外加电压的外加电压的Q Q倍。倍。2.1.1 基本原理注意：线圈注意：线圈Q与回路与回路Q的区别的区别CRRLQ0001ww回路的品质因数回路的品质因数线圈的品质因数线圈的品质因数RLQwLC10wRCLR1(回路的回路的特性阻抗特性阻抗)二者的区别：回路二者的区别：回路Q0限定于谐

11、振时，线圈限定于谐振时，线圈Q无此限制。无此限制。二者的相同点：都表示回路或线圈中的损耗。二者的相同点：都表示回路或线圈中的损耗。 L R wwCLCLoo12.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带 1.定义：定义： 回路中电流幅值与外加电压频率之间的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。关系曲线称为谐振曲线。因此，表示谐振曲线的函数为因此，表示谐振曲线的函数为)()()(.0wwwIINRVCLRVss)1j(ww)1(CLRRwwj)(j00)() (j11wwwwwweNQ)(11000wwwww jRL2.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带 谐振曲线包括谐振曲线

12、包括幅频特性幅频特性曲线和曲线和相频特性相频特性曲线，分曲线，分别用别用N()和和()两函数表示。仅对选频特性而言，两函数表示。仅对选频特性而言，通常只关心幅频特性通常只关心幅频特性N()。针对幅频特性，又分为两。针对幅频特性，又分为两个方面：个方面：频率选择性频率选择性和和通频带通频带。)()()(.0wwwIIN)1(11)1(11)1( j000wwwwwwwwwCLRLjRCLjCLRR)(j00)() (j11wwwwwweNQ201wLC201wLC2.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带20020) (11)()()(wwwwwwwQIIN选频特性曲线选频特性曲线N()Q10见

13、右图，频率见右图，频率偏离偏离0越远，越远，N()下降得越多。下降得越多。)1( j)()()(.0CLRRIINwwwww)(j00)() (j11wwwwwweNQ 因此，可以用因此，可以用0 表示频表示频率偏离谐振的程度，称为率偏离谐振的程度，称为失谐量失谐量 。1. 频率选择性频率选择性w2.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带 对于同样的对于同样的频率频率和和0，回路的回路的Q值愈大，值愈大， N()下下降的越多降的越多。20020) (11)()()(wwwwwwwQIIN 回路的回路的Q值愈高，谐振曲线愈尖锐，对外加值愈高，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

14、性就愈好。电压的选频作用愈显著，回路的选择性就愈好。2.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带0w00000002020022wwwwwwwwwwwwwwwwwwwww 因此，要衡量电路偏离谐振的程度，必须包含因此，要衡量电路偏离谐振的程度，必须包含Q和和失谐量的综合效果。失谐量的综合效果。在在 附近有：附近有： 2202002011211) (11)()()(wwwwwwwwwQQIIN称为通用形式的谐振特性方程称为通用形式的谐振特性方程式，只适用于工作频率离中心式，只适用于工作频率离中心频率很近的情况。频率很近的情况。2.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带定义定义广义失谐量，反映回路失

15、谐的相对程度广义失谐量，反映回路失谐的相对程度wwwwwwwwwww0000QRLRCLRX01)(失谐电抗00000)(wwwwwwQ当当w w w w0，即失谐不大时即失谐不大时：0022ffQQww2.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带广义失谐量广义失谐量wwww00Q2200211) (11)0()()(wwwwQIIN幅频特性函数幅频特性函数N()和曲线分别为和曲线分别为用广义失谐量表示的幅频特性称为通用形式的用广义失谐量表示的幅频特性称为通用形式的谐振特性方程式。谐振特性方程式。仅适用在当仅适用在当w w w w0，即失谐不即失谐不大时。大时。串联振荡回路通用谐振曲线串联振荡回

16、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：通频带：衡量谐振回路的选择性衡量谐振回路的选择性当回路的外加信号电压的幅值保持不当回路的外加信号电压的幅值保持不变，频率改变为变，频率改变为w=w1或或w=w2时，回时，回路电流等于谐振值的路电流等于谐振值的 倍，如图所示，倍，如图所示，则称则称w2-w1为回路的通频带。为回路的通频带。212.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带 Q 2 Q1 Q 2 12702www12702 fff.或回路回路Q值越高，选择性越好，但通频带越窄，二者矛盾。值越高，选择性越好，但通频带越窄，二者矛盾。2. 通频带：回路电路下通频带：回路

17、电路下降到谐振时电流降到谐振时电流 倍的倍的频率范围。频率范围。 21 f2、f1称为边界频率称为边界频率2.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带127 .02fff或1210027 . 0 )()(2wwwwwww21) (11)0()()(2002wwwwQIIN其绝对值为：其绝对值为：2.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带21,ww0w2111)()()(20wwwIIN在回路中在回路中 与与 非常相近，则非常相近，则1, 21212, 122000220001001QQQwwwwwwww2220001000212QQwwwwww 1220012000102QQwwwwwwww00

18、7 . 000127 . 02 ,2QffQwwww可以得出通频带与可以得出通频带与Q值的关系：值的关系：由此可见：通频带由此可见：通频带与与Q值成反比关系值成反比关系 ，Q值越高，选择性值越高，选择性越好，但通频带越越好，但通频带越窄。窄。2.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带v信号源内阻及负载电阻考虑信号源内阻考虑信号源内阻RS及负载电阻及负载电阻RL后，电路总电阻为：后，电路总电阻为：R+ RS + RL串联回路谐振时的等效品质因素串联回路谐振时的等效品质因素QL为：为：LSLRRRLQ0w可见可见RS + RL的作用使得回路的作用使得回路Q值降低。因而谐振曲线变钝。值降低。因而谐振曲线变钝。极限情况下，如果信号源是恒流源时，极限情况下，如果信号源是恒流源时， RS与与VS均趋于无限大，但二者比值为定值。均趋于无