高频电子线路(电子教案).ppt
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1、学习目的学习目的1、掌握串联与并联谐振回路的主要性能、掌握串联与并联谐振回路的主要性能谐振条件与谐振曲线,通频带,谐振条件与谐振曲线,通频带,Q值的意义;信号源值的意义;信号源内阻与负载阻抗对谐振回路的影响。内阻与负载阻抗对谐振回路的影响。2、掌握两种谐振回路的阻抗互与抽头的阻抗变换、掌握两种谐振回路的阻抗互与抽头的阻抗变换3、熟悉互感耦合回路的主要性能:反射阻抗的物理、熟悉互感耦合回路的主要性能:反射阻抗的物理意义,欠耦合、过耦合与临界耦合,谐振曲线。意义,欠耦合、过耦合与临界耦合,谐振曲线。4、了解其他形式的滤波器,主要是石英晶体滤波器、了解其他形式的滤波器,主要是石英晶体滤波器的特性。的
2、特性。串、并联谐振回路的谐振条件串、并联谐振回路的谐振条件串、并联谐振回路特性的对比串、并联谐振回路特性的对比串、并联阻抗的等效互换串、并联阻抗的等效互换回路抽头的阻抗变换回路抽头的阻抗变换耦合回路中反射阻抗的物理意义耦合回路中反射阻抗的物理意义耦合振荡回路频率曲线的特点及其物理意义耦合振荡回路频率曲线的特点及其物理意义本章重点本章重点本章难点本章难点耦合振荡回路频率特性曲线的物理意义耦合振荡回路频率特性曲线的物理意义耦合振荡回路的频率特性为何优于单振荡回路耦合振荡回路的频率特性为何优于单振荡回路3.1 串联谐振回路串联谐振回路3.2 并联谐振回路并联谐振回路3.3 串、并联阻抗的等效互换与串
3、、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3.4 谐振回路的相频特性谐振回路的相频特性群时延特性群时延特性3.5 耦合回路耦合回路3.6 滤波器的其他形式滤波器的其他形式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、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 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
4、率分量。高频电路中的元、器件高频电路中的元、器件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 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 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3.1.1 基本原理基本原理高频电路中的元、器件高频电路中的元、器件CRLRRCLCRCCLLRL0fXC0fXL返回返回二极管:主要用于检波、调制、解调及混频二极管:主要用于检波、调制、解调及混频 点接触型二极管(点接触型二极管(2AP)、肖特基二极管、变容二)、肖特基二极管、变容二极管、极管、PIN型二极管等型二极管等晶体管与场
5、效应管:主要用于小信号放大、功率放大晶体管与场效应管:主要用于小信号放大、功率放大 高频小功率管:小信号放大高频小功率管:小信号放大 高频功率放大管:功率放大高频功率放大管:功率放大集成电路:集成电路: 通用型:宽带集成放大器,模拟乘法器通用型:宽带集成放大器,模拟乘法器 专用型:锁相环、调频信号解调器、单片接受机等专用型:锁相环、调频信号解调器、单片接受机等 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
6、。 + 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w wLX=w wL1w wCw w01Cw wXRZj阻抗阻抗22XRZRZw w0w w)1( jCLRww一、谐振现象一、谐振现象 + C Vs L R jL1/(jC)Xw wO
7、电抗电抗容性容性感性感性w wLX=w wL 1w wCw w01Cw w 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22XRZRZw w0w w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w wLX=w wL 1w wCw w01Cw wRZw w0w w谐振频率谐振频率X1. 谐振时,回路阻抗值最小,即谐振
8、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w wLx=w wL 1w wCw w01Cw wXXRZj阻抗阻抗)1( jCLRwwssVRL
9、LRV00jjww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ssVRLLRV0jjwwLIVL000jwssVCRCjRV001j1
10、wwCIVC000j1wCL001wwCRRLQ001wwsVQjsVQj3.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sLVQVj0sCVQVj0sRVVO
11、0IsV201 QVVsmmlo90smQV + C Vs L R )(j000RLIVlw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
12、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 wwCLCLoo1 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)
13、() (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,分别用曲线,分别用N()和和()两函数表示。仅对选频特性而言,通常只关心幅频特性两函数表示。仅对选频特性而言,通常只关心幅频特性N()。针对幅频特性,又分为两个方面:。针对幅频特性,又分为两个方面: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,
14、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()下降的越多下降的越多。回路的。回路的Q值愈高,谐振曲线愈尖锐,对外值愈高,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。加电压的选频作用愈显著,回路的选择性就愈好。20020) (11)()()(wwwwwwwQIIN所以,定义所以,定义广义失谐
15、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(
16、)()(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 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
17、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附近的附近的变化愈陡峭。但是,线性度变变化愈陡峭。但是,线性度变差,或者说,线性范围变窄。差,或者说,线性范围变窄。串联单振荡回路由电感线圈(包括其损耗电阻)和电容串联单振荡
18、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势的能量,消耗器构成,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。能量的只有损耗电阻。 + C Vs L R 1. 能量关系能量关系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tVwsi
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