高频电子线路(第四版)第3章选频网络.ppt

3 3 选频网络选频网络3.1 3.1 串联谐振回路串联谐振回路3.2 3.2 并联谐振回路并联谐振回路3.3 3.3 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抗变换3.5 3.5 耦合回路耦合回路3.6 3.6 滤波器的其他形式滤波器的其他形式3 3 选频网络选频网络 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：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 L、C C组成）组成）各种滤波器各种滤波器LCLC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 所谓选频（滤波），就是选出需要的频率分量和所谓选频（滤波），就是选出需要的频率分量和滤除不需要的频率分量。滤除不需要的频率分量。功能：功能：选频、阻抗变换选频、阻抗变换3.1 3.1 串联谐振回路串联谐振回路3.1.1 3.1.1 基本原理基本原理3.1.2 3.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带串联振荡回路的谐振曲线和通频带3.1.3 3.1.3 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3.1.4 3.1.4 能量关系及电源内阻与能量关系及电源内阻与 负载电阻的影响负载电阻的影响 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。3.1 3.1 串联谐振回路串联谐振回路信号源与电容和电感信号源与电容和电感串接串接，就构成串联振荡回路。，就构成串联振荡回路。3.1 3.1 串联谐振回路串联谐振回路 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的的串联串联；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 的的并并联联。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3.1 3.1 串联谐振回路串联谐振回路 O电抗电抗容性容性感性感性wLX=wL1wCw01Cw阻抗阻抗Rw0w一、谐振现象一、谐振现象jL1/(jC)3.1.1 3.1.1 基本原理基本原理 O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：串联单振荡回路的谐振特性：其阻抗在某一特定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。阻抗阻抗3.1.1 3.1.1 基本原理基本原理Rw0w谐振频率谐振频率谐振条件谐振条件:即信号频率即信号频率或或3.1.1 3.1.1 基本原理基本原理阻抗阻抗 O电抗电抗容性容性感性感性wLX=wL1wCw01CwRw0w谐振频率谐振频率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；谐振频率谐振频率选频特性曲线选频特性曲线，具有带通选频特性具有带通选频特性。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3.1.1 3.1.1 基本原理基本原理1)0时，时，X 0时，时，X 0呈呈感性感性。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！3.1.1 3.1.1 基本原理基本原理 O电抗电抗容性容性感性感性wLx=wL1wCw01Cw阻抗阻抗实际上，谐振时实际上，谐振时又因为又因为所以所以3.1.1 3.1.1 基本原理基本原理谐振时，电感、电容消失了！谐振时，电感、电容消失了！考虑到，谐振时考虑到，谐振时3.串联谐振时，串联谐振时，电感和电容两端的电压模值大小相等，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值较高值较高,常在几十到几百常在几十到几百左右左右,必须预先注意回路元件的耐压问题。必须预先注意回路元件的耐压问题。3.1.1 3.1.1 基本原理基本原理回路的品质因数回路的品质因数总结总结，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)0时，时，X 0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。3.1.1 3.1.1 基本原理基本原理 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3.1.2 3.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带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。3.1.2 3.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带串联振荡回路的谐振曲线和通频带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。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3.1.2 3.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带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()下降的越多下降的越多。回路的回路的Q值愈高，值愈高，谐振曲线愈尖锐，对外加谐振曲线愈尖锐，对外加电压的选频作用愈显著，电压的选频作用愈显著，回路的选择性就愈好。回路的选择性就愈好。图图图图 3.1.4 3.1.4 串联振荡回路串联振荡回路串联振荡回路串联振荡回路的谐振曲线的谐振曲线的谐振曲线的谐振曲线3.1.2 3.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带串联振荡回路的谐振曲线和通频带所以，定义所以，定义广义失谐量广义失谐量 因此，因此，要衡量电路偏离谐振的程度要衡量电路偏离谐振的程度，必须包含，必须包含Q和和失谐量的综合效果。失谐量的综合效果。当当 0，即失谐不大时即失谐不大时：3.1.2 3.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带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图图图图 3.1.5 3.1.5 串联振荡回路串联振荡回路串联振荡回路串联振荡回路通用谐振曲线通用谐振曲线通用谐振曲线通用谐振曲线3.1.2 3.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带串联振荡回路的谐振曲线和通频带2.通频带通频带图图图图 3.1.6 3.1.6 串联振荡回路的串联振荡回路的串联振荡回路的串联振荡回路的通频带通频带通频带通频带3.1.2 3.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带串联振荡回路的谐振曲线和通频带下面，求解带宽下面，求解带宽3.1.2 3.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带串联振荡回路的谐振曲线和通频带回路回路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3.1.2 3.1.2 串联振荡回路的谐振曲线和通频带串联振荡回路的谐振曲线和通频带End3.1.3 3.1.3 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 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。图图图图 3.1.7 3.1.7 串联振荡回路的串联振荡回路的串联振荡回路的串联振荡回路的相位特性曲线相位特性曲线相位特性曲线相位特性曲线图图图图 3.1.8 3.1.8 串联振荡回路通用串联振荡回路通用串联振荡回路通用串联振荡回路通用相位特性相位特性相位特性相位特性3.1.3 3.1.3 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 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。化愈陡峭。但是，线性度变差，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。图图图图 3.1.7 3.1.7 串联振荡回路的串联振荡回路的串联振荡回路的串联振荡回路的相位特性曲线相位特性曲线相位特性曲线相位特性曲线3.1.3 3.1.3 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，和电容器构成，电抗元件电感和电容不消耗外加电动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。1.能量关系能量关系3.1.4 3.1.4 能量关系及电源内阻与负载电阻的影响能量关系及电源内阻与负载电阻的影响电容和电感的瞬时功率电容和电感的瞬时功率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)电容和电感的伏安特性方程电容和电感的伏安特性方程3.1.4 3.1.4 能量关系及电源内阻与负载电阻的影响能量关系及电源内阻与负载电阻的影响设设谐振时谐振时O回路中电流回路中电流电容上电压电容上电压电容的瞬时储能电容的瞬时储能电感的瞬时储能电感的瞬时储能3.1.4 3.1.4 能量关系及电源内阻与负载电阻的影响能量关系及电源内阻与负载电阻的影响电感的瞬时储能电感的瞬时储能回路的品质因数回路的品质因数可得可得回路总的瞬时储能回路总的瞬时储能3.1.4 3.1.4 能量关系及电源内阻与负载电阻的影响能量关系及电源内阻与负载电阻的影响图图图图 3.1.9 3.1.9 串联谐振回路中的能量关系串联谐振回路中的能量关系串联谐振回路中的能量关系串联谐振回路中的能量关系3.1.4 3.1.4 能量关系及电源内阻与负载电阻的影响能量关系及电源内阻与负载电阻的影响 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。3.1.4 3.1.4 能量关系及电源内阻与负载电阻的影响能量关系及电源内阻与负载电阻的影响回路一个周期的损耗回路一个周期的损耗回路的品质因数回路的品质因数可得可得3.1.4 3.1.4 能量关系及电源内阻与负载电阻的影响能量关系及电源内阻与负载电阻的影响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3.1.4 3.1.4 能量关系及电源内阻与负载电阻的影响能量关系及电源内阻与负载电阻的影响表示回路或线圈中的损耗。表示回路或线圈中的损耗。考虑信号源内阻考虑信号源内阻RS和负载电阻和负载电阻RL后，后，由于回路总的损耗增大，回路由于回路总的损耗增大，回路Q值将下值将下降，称其为等效品质因数降，称其为等效品质因数QL。为了区别起见，把没有考虑信号源内阻和负载电阻时回路为了区别起见，把没有考虑信号源内阻和负载电阻时回路本身的本身的Q值叫做值叫做无载无载Q值值(或空载或空载Q值值)，用，用Q0表示；而把表示；而把考虑考虑信信号源内阻和负载电阻时的号源内阻和负载电阻时的Q值叫做值叫做有载有载Q值值，用，用QL表示。表示。由于由于QL值低于值低于Q0，因此考虑信号源内阻及负载电阻后，因此考虑信号源内阻及负载电阻后，串联谐振回路的选择性变坏，通频带加宽。串联谐振回路的选择性变坏，通频带加宽。2.电源内阻与负载电阻的影响电源内阻与负载电阻的影响End3.1.4 3.1.4 能量关系及电源内阻与负载电阻的影响能量关系及电源内阻与负载电阻的影响3.2 3.2 并联谐振回路并联谐振回路3.2.1 基本原理和特性基本原理和特性3.2.2 并联振荡回路的谐振曲线、并联振荡回路的谐振曲线、相位特性曲线和通频带相位特性曲线和通频带3.2.3 信号源内阻和负载电阻的影响信号源内阻和负载电阻的影响3.2.4 低低Q值的并联谐振回路值的并联谐振回路3.2.1 3.2.1 基本原理和特性基本原理和特性损耗电阻损耗电阻 通常，串联谐振回路的带通特性要求信号源内阻越低越好。通常，串联谐振回路的带通特性要求信号源内阻越低越好。谐振频率谐振频率选频特性曲线选频特性曲线 但是在高频电子线路中，信号源多为工作于放大区的有源但是在高频电子线路中，信号源多为工作于放大区的有源器件（晶体管、场效应管），基本上可看做恒流源。器件（晶体管、场效应管），基本上可看做恒流源。同样，要研究并联振荡回路的选频特性，可以考同样，要研究并联振荡回路的选频特性，可以考察其阻抗随频率变化的规律。察其阻抗随频率变化的规律。这种情况下，宜采用并联谐振回路这种情况下，宜采用并联谐振回路损损耗耗电电阻阻3.2.1 3.2.1 基本原理和特性基本原理和特性损损耗耗电电阻阻回路的总阻抗回路的总阻抗通常，损耗电阻通常，损耗电阻R在工作频段内满足：在工作频段内满足：或或 高高Q 采用导纳分析并联振荡回路及其等效电路比较方便，为此引采用导纳分析并联振荡回路及其等效电路比较方便，为此引人并联振荡回路的导纳。人并联振荡回路的导纳。3.2.1 3.2.1 基本原理和特性基本原理和特性损损耗耗电电阻阻回路总导纳回路总导纳式中电导式中电导G和电纳和电纳B分别为分别为3.2.1 3.2.1 基本原理和特性基本原理和特性wOB O电纳电纳wCB=wC 1wL1Lwpw感性感性容性容性wP 谐振特性：其导纳在某一特定频率上具有最小值谐振特性：其导纳在某一特定频率上具有最小值（谐振状态），而偏离此频率时将迅速增大。（谐振状态），而偏离此频率时将迅速增大。谐振条件谐振条件:即信号频率即信号频率或或3.2.1 3.2.1 基本原理和特性基本原理和特性回路总导纳回路总导纳1)p时，时，B p时，时，B 0呈容性。呈容性。1.阻抗性质随频率变化的规律：阻抗性质随频率变化的规律：3.2.1 3.2.1 基本原理和特性基本原理和特性B O电纳电纳wCB=wC 1wL1Lw感性感性容性容性wP，具有带通选频特性。，具有带通选频特性。当信号源为电流源时，回路电压最大，当信号源为电流源时，回路电压最大，即即2.谐振时，回路阻抗值最大，即谐振时，回路阻抗值最大，即选频特性曲线选频特性曲线wOpw3.2.1 3.2.1 基本原理和特性基本原理和特性3.2.1 3.2.1 基本原理和特性基本原理和特性3.并联谐振时，流经电感和电容的电流模值大小相近，并联谐振时，流经电感和电容的电流模值大小相近，方向相反，且约等于外加电流的方向相反，且约等于外加电流的Q Q倍；倍；LCR回路的状态回路的状态与串联谐振回路相似。与串联谐振回路相似。总结总结1)p时，时，B p时，时，B 0呈容性。呈容性。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.并并联谐振时，流经电感和电容的电流模值大小相近，联谐振时，流经电感和电容的电流模值大小相近，方向相反，且约等于外加电流的方向相反，且约等于外加电流的Q Q倍。倍。1.谐振时，回路阻抗值最大；当信号源为电流源时，回路谐振时，回路阻抗值最大；当信号源为电流源时，回路电压最大，即电压最大，即，具有带通选频特性。，具有带通选频特性。End3.2.1 3.2.1 基本原理和特性基本原理和特性3.2.2 3.2.2 谐振曲线、相位特性曲线和通频带谐振曲线、相位特性曲线和通频带 回路中电压幅值与外加电流频率之间的关系曲线回路中电压幅值与外加电流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选频特性曲线选频特性曲线wOpw 可见，对串联和并联谐振回路而言，谐振曲线是可见，对串联和并联谐振回路而言，谐振曲线是相似的。相似的。3.2.2 3.2.2 谐振曲线、相位特性曲线和通频带谐振曲线、相位特性曲线和通频带 考虑信号源内阻考虑信号源内阻Rs和负载电阻和负载电阻RL后，由于回路总的损耗增后，由于回路总的损耗增大，回路大，回路Q值将下降，称为值将下降，称为等效品质因数等效品质因数QL。由于由于QL值低于值低于Qp，因此考虑信号源内阻及负载电阻后，并，因此考虑信号源内阻及负载电阻后，并联谐振回路的选择性变坏，通频带加宽。联谐振回路的选择性变坏，通频带加宽。End3.2.3 3.2.3 信号源内阻和负载电阻的影响信号源内阻和负载电阻的影响3.2.4 3.2.4 低低Q Q值的并联谐振回路值的并联谐振回路损损耗耗电电阻阻下面，计算一下精确的谐振频率下面，计算一下精确的谐振频率损损耗耗电电阻阻令令即即谐振频率为谐振频率为3.2.4 3.2.4 低低Q Q值的并联谐振回路值的并联谐振回路分母虚部为零的频率为分母虚部为零的频率为由于由于Q值低，因此电路总的阻抗值低，因此电路总的阻抗Z的最大值与纯阻的最大值与纯阻不是同时发生。不是同时发生。End3.2.4 3.2.4 低低Q Q值的并联谐振回路值的并联谐振回路3.3 3.3 串、并联阻抗的等效互换与回路抽头时的阻抗变换串、并联阻抗的等效互换与回路抽头时的阻抗变换3.3.1 串、并联阻抗的等效互换串、并联阻抗的等效互换3.3.2 并联谐振回路的其他形式并联谐振回路的其他形式3.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换3.3.1 3.3.1 串、并联阻抗的等效互换串、并联阻抗的等效互换 所谓等效，就是指电路工作在某一频率时，不管其内部的所谓等效，就是指电路工作在某一频率时，不管其内部的电路形式如何，从端口看过去其阻抗或者导纳是相等的。电路形式如何，从端口看过去其阻抗或者导纳是相等的。图图图图 3.3.1 3.3.1 串联串、并联阻抗串联串、并联阻抗串联串、并联阻抗串联串、并联阻抗的等效互换的等效互换的等效互换的等效互换3.3.1 3.3.1 串、并联阻抗的等效互换串、并联阻抗的等效互换要要串、并联阻抗等效，即串、并联阻抗等效，即故故令令ps 尽管电路形式变化，但是二者的品质因数应该相等。尽管电路形式变化，但是二者的品质因数应该相等。所以等效互换的变换关系为：所以等效互换的变换关系为：3.3.1 3.3.1 串、并联阻抗的等效互换串、并联阻抗的等效互换结论：结论：2）串联电抗变为同性质的并联电抗。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。小的串联电阻变为大的并联电阻。当品质因数足够高时当品质因数足够高时End3.3.1 3.3.1 串、并联阻抗的等效互换串、并联阻抗的等效互换QL 110时时，阻抗电路的串阻抗电路的串并联等效转换并联等效转换 由由电电阻阻元元件件和和电电抗抗元元件件组组成成的的阻阻抗抗电电路路的的串串联联形形式式与与并并联联形形式可以互相转换，式可以互相转换，而保持其等效阻抗而保持其等效阻抗/导纳不变。导纳不变。T型网络等效过程型网络等效过程1.Xp等效为等效为Xp1,Xp22.Xs2,R串联等效为并联串联等效为并联Xs2,R3.Xp2与与Xs2并联谐振并联谐振4.Xp1与与R并联等效为串联并联等效为串联Xp1,R5.Xs1与与Xp1串联谐振串联谐振3.3.2 3.3.2 并联谐振回路的其他形式并联谐振回路的其他形式 对于复杂的并联谐振回路，其对于复杂的并联谐振回路，其谐振频率和谐振阻抗谐振频率和谐振阻抗的计算的计算一般更为繁琐。然而，当整个电路满足高一般更为繁琐。然而，当整个电路满足高Q条件时，计算可以条件时，计算可以大大化简。大大化简。图图图图 3.3.3 3.3.3 两个支路都有电阻两个支路都有电阻两个支路都有电阻两个支路都有电阻的并联回路的并联回路的并联回路的并联回路图图图图 3.3.2 3.3.2 并联电路的并联电路的并联电路的并联电路的广义形式广义形式广义形式广义形式3.3.2 3.3.2 并联谐振回路的其他形式并联谐振回路的其他形式损损耗耗电电阻阻 对于高对于高Q值并联谐振回路，其谐振频率与串联谐值并联谐振回路，其谐振频率与串联谐振回路相近，谐振阻抗可以通过串联支路的串并联互振回路相近，谐振阻抗可以通过串联支路的串并联互换得到。换得到。当品质因数足够高时当品质因数足够高时 对于高对于高Q值并联谐振回路，其谐振频率与串联谐值并联谐振回路，其谐振频率与串联谐振回路相近，谐振阻抗可以通过串联支路的串并联互振回路相近，谐振阻抗可以通过串联支路的串并联互换得到。换得到。End3.3.2 3.3.2 并联谐振回路的其他形式并联谐振回路的其他形式3.3.3 3.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换 为了减小信号源或负载电阻对谐振回路的为了减小信号源或负载电阻对谐振回路的影响，影响，信号源或负载电阻信号源或负载电阻不是直接接入回路，不是直接接入回路，而是经过一些简单的变换电路，将它们而是经过一些简单的变换电路，将它们部分接部分接入入回路。回路。常用的电路形式有常用的电路形式有变压器耦合变压器耦合连接、连接、自耦自耦变压器抽头变压器抽头电路和电路和双电容抽头双电容抽头电路，下面分别电路，下面分别介绍。首先，讨论负载电阻的部分接入问题。介绍。首先，讨论负载电阻的部分接入问题。1.变压器耦合连接变压器耦合连接接入系数接入系数功率守恒功率守恒3.3.3 3.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换N1N22.自耦合变压器自耦合变压器接入系数接入系数功率守恒功率守恒3.3.3 3.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换L1L23.电容抽头电路电容抽头电路接入系数接入系数功率守恒功率守恒3.3.3 3.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换3.电容抽头电路电容抽头电路3.3.3 3.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换 以上讨论了负载电阻的部分接入问题，下面，讨以上讨论了负载电阻的部分接入问题，下面，讨论论信号源及其内阻的信号源及其内阻的部分接入问题。部分接入问题。3.3.3 3.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换上面分析了外接负载为纯阻的情况。而当外接负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。载包括电抗成分时，上述等效变换关系仍然适用。End3.3.3 3.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器 为了获得工作频率高度稳定、阻带衰减特性十为了获得工作频率高度稳定、阻带衰减特性十分陡峭的滤波器，就要求滤波器元件的品质因数分陡峭的滤波器，就要求滤波器元件的品质因数很高。很高。LC型滤波器的品质因数一般在型滤波器的品质因数一般在100200范围范围内，不能满足上述要求。内，不能满足上述要求。石英谐振器的品质因数石英谐振器的品质因数可达几万甚至几百万可达几万甚至几百万，因而可以构成工作频率稳定度极高、阻带衰减特性因而可以构成工作频率稳定度极高、阻带衰减特性很陡峭、通带衰减很小的滤波器。很陡峭、通带衰减很小的滤波器。要结合第七章晶体振荡起器来复习要结合第七章晶体振荡起器来复习l.压电效应和压电振荡压电效应和压电振荡 在石英晶体两个管脚加交变在石英晶体两个管脚加交变电场时，它将会产生一定频率的电场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场，上述物理现象称产生交变电场，上述物理现象称为为压电效应压电效应。通常，压电效应并不明显。但是，当交变电场的频率为某通常，压电效应并不明显。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，机械振动和交变电场的振幅骤然增大，产生共振，一特定值时，机械振动和交变电场的振幅骤然增大，产生共振，称之为称之为压电振荡压电振荡。图图图图 3.6.2 3.6.2 石英谐振器的符号石英谐振器的符号石英谐振器的符号石英谐振器的符号和基频等效电路和基频等效电路和基频等效电路和基频等效电路3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器2.石英晶体的等效电路和振荡频率石英晶体的等效电路和振荡频率图图图图 3.6.2 3.6.2 石英谐振器石英谐振器石英谐振器石英谐振器基频等效电路基频等效电路基频等效电路基频等效电路 当石英晶体不振动时，可等效为一个平当石英晶体不振动时，可等效为一个平板电容板电容C0，称为静态电容；其值决定于晶片，称为静态电容；其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积，一般约为几几十的几何尺寸和电极面积，一般约为几几十pF。当晶片产生振动时，机械振动的惯性等当晶片产生振动时，机械振动的惯性等效为电感效为电感Lq，其值为几，其值为几mH几十几十H。晶片的弹性等效为电容晶片的弹性等效为电容Cq，为，为0.010.1pF，因此，因此Cq C0。晶片的摩擦损耗等效为电阻晶片的摩擦损耗等效为电阻rq，约为，约为100，理想情况下，理想情况下rq=0。3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器 当等效电路中的当等效电路中的Lq、Cq、rq支路产生串联谐振支路产生串联谐振时，该支路呈纯阻性，其时，该支路呈纯阻性，其串联串联谐振频率谐振频率并联谐振频率并联谐振频率3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器由于由于CqCq,它的接入系数它的接入系数p Cq/C0很小，大大减小了加到晶体两端的外很小，大大减小了加到晶体两端的外部电路元件对晶体的影响。部电路元件对晶体的影响。3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器4.石英晶体滤波器的应用石英晶体滤波器的应用 工作于串联谐振与并联谐振之工作于串联谐振与并联谐振之间的狭长感性区，电感是频率的函间的狭长感性区，电感是频率的函数，且随频率增加而剧烈增加，从数，且随频率增加而剧烈增加，从而遏制频率的进一步增加。而遏制频率的进一步增加。O 容性容性 容性容性 感感性性 4作电感用作电感用它具有很高的它具有很高的Q值。值。4工作于串联谐振状态工作于串联谐振状态注意：注意：一般不工作于一般不工作于容性区。容性区。End3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器 石英晶体谐振器(a)符号 (b)基频等效电路 (c)完整等效电路 除了以上基频振动模式外，石英片的振动还会产生除了以上基频振动模式外，石英片的振动还会产生奇次奇次（2n-1）谐波的泛音振动）谐波的泛音振动。基频振动模式时，产生奇次谐波谐基频振动模式时，产生奇次谐波谐振的支路因阻抗较高可忽略。振的支路因阻抗较高可忽略。4奇次谐波的泛音振动奇次谐波的泛音振动4.石英晶体滤波器的应用石英晶体滤波器的应用3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器图图图图 7.8.1 7.8.1 并联谐振型晶体振荡器的并联谐振型晶体振荡器的并联谐振型晶体振荡器的并联谐振型晶体振荡器的两种基本形式两种基本形式两种基本形式两种基本形式4.石英晶体滤波器的应用石英晶体滤波器的应用3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器图图图图 7.8.4 7.8.4 串联谐振型正弦波晶体振荡器电路串联谐振型正弦波晶体振荡器电路串联谐振型正弦波晶体振荡器电路串联谐振型正弦波晶体振荡器电路4.石英晶体滤波器的应用石英晶体滤波器的应用3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器图图图图 7.8.5 7.8.5 泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器交流等效电路交流等效电路交流等效电路交流等效电路4.石英晶体滤波器的应用石英晶体滤波器的应用3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器3.6.3 3.6.3 陶瓷滤波器陶瓷滤波器 利用某些陶瓷材料的压电效应构利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器，称为陶瓷滤波器。它的成的滤波器，称为陶瓷滤波器。它的等效品质因数等效品质因数为几百，比为几百，比LC滤波滤波器高，但远比石英晶体滤波器低。器高，但远比石英晶体滤波器低。因此作滤波器时，通带没有石英因此作滤波器时，通带没有石英晶体那样窄，选择性也比石英晶体滤晶体那样窄，选择性也比石英晶体滤波器差。它具有与石英晶体相类似的波器差。它具有与石英晶体相类似的压电效应，因此陶瓷谐振器的等效电压电效应，因此陶瓷谐振器的等效电路与石英晶体的相同。路与石英晶体的相同。图图图图 3.6.8 3.6.8 单片陶瓷滤波器单片陶瓷滤波器单片陶瓷滤波器单片陶瓷滤波器的等效电路和符号的等效电路和符号的等效电路和符号的等效电路和符号图图图图 3.6.10 3.6.10 四端陶瓷滤波器四端陶瓷滤波器四端陶瓷滤波器四端陶瓷滤波器 电路组成原则：电路组成原则：中心频率是串臂的串联谐振频率和并臂的中心频率是串臂的串联谐振频率和并臂的并联谐振频率，截止频率分别对应串臂的并联谐振频率和并臂并联谐振频率，截止频率分别对应串臂的并联谐振频率和并臂的串联谐振频率。的串联谐振频率。谐振子数目愈多，滤波器的带外衰减性能愈强。谐振子数目愈多，滤波器的带外衰减性能愈强。End3.6.3 3.6.3 陶瓷滤波器陶瓷滤波器3.6.4 3.6.4 表面声波滤波器表面声波滤波器图图图图 3.6.12 3.6.12 表面声波滤波器结构示意图表面声波滤波器结构示意图表面声波滤波器结构示意图表面声波滤波器结构示意图图图图图 3.6.13 3.6.13 均匀叉指换能器声振幅频均匀叉指换能器声振幅频均匀叉指换能器声振幅频均匀叉指换能器声振幅频率特性曲线率特性曲线率特性曲线率特性曲线3.6.4 3.6.4 表面声波滤波器表面声波滤波器 表面声波滤波器具有表面声波滤波器具有体积小、重量轻、中心频率体积小、重量轻、中心频率可做得很高、相对频带较宽、矩形系数接近于可做得很高、相对频带较宽、矩形系数接近于等特等特点，并且它可以采用与集成电路工艺相同的平面加工点，并且它可以采用与集成电路工艺相同的平面加工工艺，制造简单、成本低、重复性和设计灵活性高，工艺，制造简单、成本低、重复性和设计灵活性高，可大量生产，所以是一种很有发展前途的滤波器。可大量生产，所以是一种很有发展前途的滤波器。End3.6.4 3.6.4 表面声波滤波器表面声波滤波器例1:设一放大器以简单并联振荡回路为负载，信号中心 频率f=10MHz，回路电容C=50pF,试计算所需的线圈电感值。又若线圈品质因数为Q0=100，试计算回路谐振电阻和回路带宽。若放大器所需的带宽为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？例2：电路如图所示，试求输出电压v1(t)的表达式 和回路的带宽（忽略回路本身的固有损耗）。