高频电子线路张肃文4版全ch.pptx.pptx

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 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 + C Vs 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 w wO电抗电抗容性容性感性感性wLX=wL1wCw01CwXRZj阻抗阻抗22XRZRZw0w)1( jCLRww一、谐振现象一、谐振现象 + C Vs L R jL1/(jC)Xw wO电抗电抗容性容性感性感性wLX=wL1wCw01Cw 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。XRZj阻抗阻抗22XRZRZw0w谐振频率谐振频率X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X1. 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 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)1( jCLRwwssVRLLRV00jjww实际上，谐振时实际上，谐振时LIVL000jwssVCRCRV001jj1wwCIVC000j1w又因为又因为CL001ww所以所以00 CLVV + C Vs L R 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 ssVRLLRV00jjwwLIVL000jwssVCRCRV001jj1wwCIVC000j1w考虑到，谐振时考虑到，谐振时ssVRLLRV0jjwwLIVL000jwssVCRCjRV001j1wwCIVC000j1wCL001wwCRRLQ001wwsVQjsVQj3.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，必须预先注意回路元件的耐压问题。回路元件的耐压问题。 + C Vs L R 。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 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；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。注意：线圈注意：线圈Q与回路与回路Q的区别的区别CRRLQ001ww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Q限定于谐振时，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 wwCLCLoo1End 回路中电流幅值与外加电压频率之间的关系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。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 jRL 谐振曲线包括谐振曲线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( jCLRRww)(j00)() (j11wwwwwweNQ20020) (11)()()(wwwwwwwQIIN选频特性曲线选频特性曲线N()Q10见右图，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w 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，回路的选择性就愈好。电压的选频作用愈显著，回路的选择性就愈好。所以，定义所以，定义广义失谐量广义失谐量wwwwwwwwwww0000QRLRCLRX01)(失谐电抗 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。00000)(wwwwwwQ当当w w w w0，即失谐不大时即失谐不大时：0022ffQQww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2. 通频带通频带127 .02fff或1210027 . 0 )()(2wwwwwww21) (11)0()()(2002wwwwQIIN2111) (11)0()()(22002wwwwQIIN下面，求解带宽下面，求解带宽102ww QQ0702wwQff.0702 或0www)21121(201 ,2QQww Q 2 Q1 Q 2 Q0702wwQff.0702 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. 通频带通频带End 由于人耳听觉对于相位特性引起的信号失真不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，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。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。失真要严重影响通信质量。)(j000)() ( j11)()()(.wwwwwwwwweNQIINwwww arctanarctan00Qwwww arctanarctan00Qwwww00arctanQ 由右图可见，由右图可见，Q值愈大，相频值愈大，相频特性曲线在谐振频率特性曲线在谐振频率0附近的变附近的变化愈陡峭。但是，线性度变差，化愈陡峭。但是，线性度变差，或者说，线性范围变窄。或者说，线性范围变窄。End串联单振荡回路由电感线圈（包括其损耗电阻）串联单振荡回路由电感线圈（包括其损耗电阻）和电容器构成，电抗元件电感和电容不消耗外加电动和电容器构成，电抗元件电感和电容不消耗外加电动势的能量，消耗能量的只有损耗电阻。势的能量，消耗能量的只有损耗电阻。 + C Vs L R 1. 电容和电感的瞬时功率电容和电感的瞬时功率20021ddddCvvvCttCtpwtCCtCC20021LtLLtLLLittiiLtpwdddd电容和电感的瞬时储能电容和电感的瞬时储能(设起始储能为零设起始储能为零)tCipCCCCCddvvv电容和电感的伏安特性方程电容和电感的伏安特性方程tCiCCddvtLLLddiv tiLiipLLLLLddv设设tVwsinsmsv谐振时谐振时s0j VQVLs0j VQVCsVVRO0IsV回路中电流回路中电流电容上电压电容上电压)90sin(oCtQVwsmv电容的瞬时储能电容的瞬时储能221CvCwCRis0v电感的瞬时储能电感的瞬时储能2021LiwLtRVwsinsmtQVwcossmtVCQw22cos21sm2tRVLw22sin)(21sm + C Vs L R 电感的瞬时储能电感的瞬时储能tRVLLiwLw2220sin)(2121sm回路的品质因数回路的品质因数RLQ0w可得可得22CQRLtRVLwLw22smsin)(21 所以回路总的瞬时储能回路总的瞬时储能CLwww221CvCWCtVCQw22cos21sm2CLR1tVCQw222sin21sm22222221cos21sin21smsmsmVCQtVCQtVCQ22ww + C Vs L R 22222221cos21sin21smsmsmVCQtVCQtVCQwwwCL22ww 就能量关系而言，所谓就能量关系而言，所谓“谐振谐振”，是指：回路中，是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维换；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，而且谐振回路中电流最大。持回路的等幅振荡，而且谐振回路中电流最大。回路一个周期的损耗回路一个周期的损耗0smsmfRVTRVTPwR1212122回路的品质因数回路的品质因数CRRLQ001ww0sm0smw12122121222RVfRV2sm02sm2121212CQVRVwRw所以可得可得CQR01w + C Vs L R 2sm02sm2121212CQVRVwRw22222221cos21sin21smsmsmVCQtVCQtVCQwwwCL22ww回路总瞬时储能回路总瞬时储能回路一个周期的损耗回路一个周期的损耗每周期耗能回路储能2 Q所以QCQVVCQwwwRCL21212212sm2sm2CRRLQ001ww