高频电子线路第二章精选文档.ppt

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1、高频电子线路第二章本讲稿第一页，共八十三页2 2 选频网络选频网络 所谓所谓选频选频（滤波）（滤波）,就是选出需要的频率分量和滤除就是选出需要的频率分量和滤除不需要的频率分量。不需要的频率分量。用途：用途：1.利用其选频特性构成各种谐振放大器利用其选频特性构成各种谐振放大器3.在调制、变频、解调充当选频网络在调制、变频、解调充当选频网络2.在自激振荡器中充当谐振回路在自激振荡器中充当谐振回路 选频网络选频网络是通信系统各功能单元电路的基本构是通信系统各功能单元电路的基本构成部分，具有成部分，具有谐振特性谐振特性，利用此特性可以，利用此特性可以实现选频实现选频和和阻抗变换阻抗变换作用作用。本讲稿

2、第二页，共八十三页2 2 选频网络选频网络 高频电子线路中常用的高频电子线路中常用的选频网络选频网络有：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 高频电子线路中的高频电子线路中的选频网络选频网络要要不失真完成带宽信号的不失真完成带宽信号的选择选择，对其有一定的技术要求。，对其有一定的技术要求。本讲稿第三页，共八十三页2 2 选频网络选频网络 要求：要求：选频电路的选频电路的有效带宽有效带宽应与所选择的信号应与

3、所选择的信号频谱宽频谱宽度度相适应。相适应。理想选频网络：理想选频网络：带内带内 带外带外 即即理想理想选频电路的选频电路的选频特性曲线（选频特性曲线（幅频特性幅频特性）应为应为矩形。矩形。而而实际实际的选频特性曲线为的选频特性曲线为单峰单峰。单谐振回路单谐振回路矩形选频特性矩形选频特性f0f本讲稿第四页，共八十三页2 2 选频网络选频网络技术指标：技术指标：1、通频带（、通频带（3db带宽带宽）：）：选频特性曲线选频特性曲线N()0 越小越好越小越好。其中，其中，-上限截止频率上限截止频率 -下限截止频率下限截止频率 -中心频率中心频率2、矩形系数：、矩形系数：反映回路的选择性反映回路的选择

4、性 本讲稿第五页，共八十三页2.1 2.1 串联谐振回路串联谐振回路2.1.1 基本原理基本原理2.1.2 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2.1.3 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本讲稿第六页，共八十三页 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，称为单单振荡回路振荡回路，包括两种形式。，包括两种形式。2.1 2.1 串联谐振回路串联谐振回路串联谐振电路串联谐振电路并联谐振电路并联谐振电路本讲稿第七页，共八十三页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，就构成串联振荡串联振荡回路。回路。2.1

5、 2.1 串联谐振回路串联谐振回路本讲稿第八页，共八十三页 高频电子线路中的高频电子线路中的电感线圈等效电感线圈等效为电感为电感L和损耗电阻和损耗电阻R的串联；的串联；电容器等效电容器等效为电容为电容C和损耗电阻和损耗电阻R 的并联。的并联。通常，相对于电感线圈的损耗，电容的损耗很小，可以忽通常，相对于电感线圈的损耗，电容的损耗很小，可以忽略不计。略不计。损耗电阻损耗电阻2.1 2.1 串联谐振回路串联谐振回路本讲稿第九页，共八十三页阻阻 抗抗一、谐振现象一、谐振现象jL1/(jC)2.1.1 2.1.1 基本原理基本原理电电 抗抗阻抗角阻抗角本讲稿第十页，共八十三页2.1.1 2.1.1 基

6、本原理基本原理wR0w谐振频率谐振频率 O电抗电抗容性容性感性感性wLX=wL 1wCw01CwX1)0时，时，X 0时，时，X 0呈呈感性感性。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、电容谐振时，电感、电容“消失了消失了”！本讲稿第十一页，共八十三页 串联单振荡回路的串联单振荡回路的谐振特性谐振特性：其阻抗在某一特定频率上具有最小：其阻抗在某一特定频率上具有最小值（值（谐振状态谐振状态），而偏离此频率时将迅速增大。），而偏离此频率时将迅速增大。2.1.1 2.1.1 基本原理基本原理wR0w谐振频率谐振频率 O电抗电抗容性容性感性感性wLX=wL 1wCw01CwX

7、谐振条件谐振条件:即即信号频率信号频率或或本讲稿第十二页，共八十三页 谐振时，回路阻抗值最小谐振时，回路阻抗值最小，即，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，具有带通选频特性带通选频特性。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2.1.1 2.1.1 基本原理基本原理本讲稿第十三页，共八十三页2.1.1 2.1.1 基本原理基本原理三、选频特性三、选频特性 若在串联振荡回路两端加一恒压信号若在串联振荡回路两端加一恒压信号U，则发生串联谐振时因，则发生串联谐振时因阻抗阻抗最小最小，流过电路的，流过电路的电流最大电流最大，称为

8、，称为谐振电流谐振电流，其值为，其值为:在任意频率下的回路电流在任意频率下的回路电流I与谐振电流之比为与谐振电流之比为:本讲稿第十四页，共八十三页2.1.1 2.1.1 基本原理基本原理其中其中 Q被称为被称为回路的品质因数回路的品质因数，它是振荡回路的另一，它是振荡回路的另一个重要参数。个重要参数。根据式画出相应的曲线如图所示，称为根据式画出相应的曲线如图所示，称为谐振曲线谐振曲线。其模为其模为本讲稿第十五页，共八十三页2.1.1 2.1.1 基本原理基本原理 由图可知：由图可知：回路的回路的品质因数越高，谐振曲线越尖品质因数越高，谐振曲线越尖 锐，回路选择性越好锐，回路选择性越好。Q2Q1

9、Q1Q20I/I0谐振特性曲线谐振特性曲线本讲稿第十六页，共八十三页实际上，谐振时实际上，谐振时又因为又因为所以所以2.1.1 2.1.1 基本原理基本原理本讲稿第十七页，共八十三页2.1.1 2.1.1 基本原理基本原理 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，且且等于外加电压的等于外加电压的Q0倍；倍；电容和电感中储存的最电容和电感中储存的最大能量相等。大能量相等。由于由于Q0值较高值较高，必须预先注意回路元件的，必须预先注意回路元件的耐压耐压问题。问题。本讲稿第十八页，共八十三页2.1.1 2.1.1 基本原理基本原理 回路的通频带：回

10、路的通频带：在在实际应用实际应用时，外加的频率时，外加的频率与回路谐振频率与回路谐振频率0之之差差=-0表示频率表示频率偏离谐振频率偏离谐振频率0的程度，称为的程度，称为失谐失谐。当当与与0很接近时很接近时 令令 为为广义失谐量广义失谐量，则归一化式可写成，则归一化式可写成本讲稿第十九页，共八十三页2.1.1 2.1.1 基本原理基本原理 当当保持外加信号的幅值不变保持外加信号的幅值不变而而改变其频率改变其频率时，将时，将回回路电流值下降为谐振值的路电流值下降为谐振值的0.707时所对应的频率范围时所对应的频率范围称称回路的回路的通频带通频带，亦称回路亦称回路带宽带宽，通常用，通常用B表示。表

11、示。令上式等令上式等于于0.707，则可以推得，则可以推得=1，从而可得，从而可得带宽带宽为：为：本讲稿第二十页，共八十三页2.1.1 2.1.1 基本原理基本原理 注意注意1：Q2Q1Q1Q20I/I0 回路的回路的通频带通频带与与选择性选择性（矩形系数）是（矩形系数）是相互矛盾的相互矛盾的，不可兼得不可兼得。本讲稿第二十一页，共八十三页2.1.1 2.1.1 基本原理基本原理 注意注意2：考虑考虑回路的负载回路的负载和和电源的内阻电源的内阻：回路的回路的空载品质因数空载品质因数 回路的回路的有载品质因数有载品质因数 本讲稿第二十二页，共八十三页注意注意3：线圈线圈Q与与回路回路Q的区别的区

12、别回路空载品质因数回路空载品质因数 线圈的品质因数线圈的品质因数(回路的特性阻抗回路的特性阻抗)二者的区别：二者的区别：回路回路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：二者的相同点：都表示回路或线圈中的损耗。都表示回路或线圈中的损耗。2.1.1 2.1.1 基本原理基本原理 线圈的线圈的Q值值常在几十到一、二百左常在几十到一、二百左右。右。本讲稿第二十三页，共八十三页2.1.3 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 由于人耳听觉对于相位特性引起的信号失真不敏感，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

13、声音信号时，对于相频特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。性并不重视。但是，近代无线电技术中，普遍遇到数字信号与但是，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，图像信号的传输问题，在这种情况下，相位特性失真相位特性失真要严重影响通信质量要严重影响通信质量。本讲稿第二十四页，共八十三页图图图图 2.1.7 2.1.7 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 2.1.8 2.1.8 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相位特性通用相位特性通用相位特性通用相位

14、特性2.1.3 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本讲稿第二十五页，共八十三页 由右图可见，由右图可见，Q值愈大值愈大，相，相频特性曲线在谐振频率频特性曲线在谐振频率0附近的附近的变变化愈陡峭化愈陡峭。但是，线性度变差，或。但是，线性度变差，或者说，线性范围变窄。者说，线性范围变窄。图图图图 2.1.7 2.1.7 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2.1.3 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本讲稿第二十六页，共八十三页2.2 2.2 并联谐振回路并联谐振回路2.

15、2.1 基本原理和特性基本原理和特性2.2.2 并联振荡回路的谐振曲线、相位并联振荡回路的谐振曲线、相位 特性曲线和通频带特性曲线和通频带2.2.3 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2.2.4 低低Q值的并联谐振回路值的并联谐振回路本讲稿第二十七页，共八十三页2.2.1 2.2.1 基本原理和特性基本原理和特性 串联谐振回路串联谐振回路适用于适用于电源内阻为低内阻的情况电源内阻为低内阻的情况或或低阻抗电路低阻抗电路。当频。当频率不是非常高时，并联谐振回路应用最广率不是非常高时，并联谐振回路应用最广。1.并联谐振回路原理并联谐振回路原理 并联谐振回路并联谐振回路是与是与串联谐

16、振回路串联谐振回路对偶的电路对偶的电路，其等效，其等效电路见下图：电路见下图：损损耗耗电电阻阻本讲稿第二十八页，共八十三页2.2.1 2.2.1 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：回路总导纳：回路总导纳：式中式中电导电导G和和电纳电纳B分别为：分别为：本讲稿第二十九页，共八十三页2.2.1 2.2.1 基本原理和特性基本原理和特性并联谐振并联谐振 当并联谐振回路电纳部分当并联谐振回路电纳部分B0时，时，回路两端电压回路两端电压 与与电流电流 同相同相，称为，称为并联谐振并联谐振。设。设并联谐振的角频并联谐振的角频率为率为 ，则（，则（一般一般高高Q，RL）

17、谐振特性：谐振特性：其导纳在某一特定频率上具有其导纳在某一特定频率上具有最小值最小值（谐振（谐振状态），而偏离此频率时将迅速增大。状态），而偏离此频率时将迅速增大。谐振条件谐振条件:即即信号频率信号频率或或本讲稿第三十页，共八十三页损损耗耗电电阻阻2.2.1 2.2.1 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呈呈容性容性。*阻抗性质随频率变化的规律：阻抗性质随频率变化的规律：本讲稿第三十一页，共八十三页2.2.2 2.2.2 并谐曲线和通频带并谐曲线和通频带wOpwB 电纳电纳wCB=wC 1wL1Lw感性感性wP容性容性O当当信号源信号源为为电流源

18、电流源时，时，回路电压最大回路电压最大，即，即*谐振时谐振时，回路阻抗值最大回路阻抗值最大，即，即具有具有带通选频特性带通选频特性。2.并联谐振回路选频特性并联谐振回路选频特性 本讲稿第三十二页，共八十三页 并联谐振时并联谐振时，流经流经电感和电容的电流模值电感和电容的电流模值大小相近大小相近，方方向相反向相反，且约等于外加电流的且约等于外加电流的Q倍倍。电感线圈支路的电流可以借助相量图电感线圈支路的电流可以借助相量图求得。求得。O2.2.2 2.2.2 并谐曲线和通频带并谐曲线和通频带本讲稿第三十三页，共八十三页 并联谐振回路谐振曲线：并联谐振回路谐振曲线：回路中回路中外加频率电流外加频率电

19、流与与谐振电流谐振电流之间的关系曲线之间的关系曲线称为称为谐振曲线谐振曲线。表示谐振曲线的函数为：表示谐振曲线的函数为：可见，对可见，对串联串联和和并联谐振并联谐振回路而言，回路而言，谐振曲线是相似的谐振曲线是相似的，通频带和选择性一样求解通频带和选择性一样求解。2.2.2 2.2.2 并谐曲线和通频带并谐曲线和通频带本讲稿第三十四页，共八十三页2.2.2 2.2.2 并谐曲线和通频带并谐曲线和通频带解：取 一一个个单单谐谐振振回回路路的的矩矩形形系系数数是是一一个个定定值值，与与其其回回路路值值和和谐谐振振频频率率无无关关，且且这这个个数数值值较较大大，接接近近于于，说说明明单单谐谐振振回回

20、路路的的幅幅频特性不大理想频特性不大理想。例：求并联谐振回路的矩形系数例：求并联谐振回路的矩形系数。解：解：本讲稿第三十五页，共八十三页 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大，回路后，由于回路总的损耗增大，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，因此考虑信号源内阻及负载电阻考虑信号源内阻及负载电阻后，并联谐振回后，并联谐振回路的路的选择性变坏选择性变坏，通频带加宽通频带加宽。2.2.3 2.2.3 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本讲稿第三十六页，共八十三页2.2.4 2

21、.2.4 低低QQ值的并联谐振回路值的并联谐振回路损损耗耗电电阻阻谐振频率的精确计算（谐振频率的精确计算（无论无论Q值大小值大小）：）：本讲稿第三十七页，共八十三页损损耗耗电电阻阻令令即即谐振频率为：谐振频率为：2.2.4 2.2.4 低低Q Q值的并联谐振回路值的并联谐振回路本讲稿第三十八页，共八十三页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值低值低，因此，因此电路总的阻抗电路总的阻抗Z的最大值的最大值与与纯阻纯阻不是同不是同时发生时发生。2.2.4 2.2.4 低低Q Q值的并联谐振回路值的并联谐振回路本讲稿第三十九页，共八十三页2.3 2.3 串、并联阻抗的等效互换与回路抽

22、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2.3.1 串、并联阻抗的等效互换串、并联阻抗的等效互换2.3.2 并联谐振回路的其他形式并联谐振回路的其他形式2.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换本讲稿第四十页，共八十三页2.3.3 2.3.3 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影响，信号源为了减小信号源或负载电阻对谐振回路的影响，信号源或负载电阻不是直接接入回路，而是经过一些简单的或负载电阻不是直接接入回路，而是经过一些简单的变换电变换电路路，将它们，将它们部分接入部分接入回路。回路。常用的电路形式有常用的

23、电路形式有变压器耦合变压器耦合连接、连接、自耦变压器抽头自耦变压器抽头电电路和路和双电容抽头双电容抽头电路，下面分别介绍。首先，讨论负载电电路，下面分别介绍。首先，讨论负载电阻的部分接入问题。阻的部分接入问题。本讲稿第四十一页，共八十三页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2.3.3 2.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换本讲稿第四十二页，共八十三页2.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2.3.3 2.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换N1N2本讲稿第四十三页，共八十三页3.电容抽头电路电容抽头电路接

24、入系数接入系数功率守恒功率守恒2.3.3 2.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换本讲稿第四十四页，共八十三页其中，其中，p为抽头系数为抽头系数2.3.3 2.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换通常，通常，本讲稿第四十五页，共八十三页2.3.3 2.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换 虽然虽然双电容抽头的连接方式双电容抽头的连接方式多了一个电容元件，但是，多了一个电容元件，但是，它它避免了绕制变压器和线圈抽头的麻烦，调整方便，同时还避免了绕制变压器和线圈抽头的麻烦，调整方便，同时还起到隔直流作用起到隔直流作用。当频率较高时，可将分

25、部电容作为此类电。当频率较高时，可将分部电容作为此类电路总的电容，这个方法得到广泛应用。路总的电容，这个方法得到广泛应用。本讲稿第四十六页，共八十三页 以上讨论了负载电阻的部分接入问题，下面讨论以上讨论了负载电阻的部分接入问题，下面讨论信号源信号源及其及其内阻的部分接入内阻的部分接入问题。问题。2.3.3 2.3.3 抽头式并联电路的阻抗变换抽头式并联电路的阻抗变换本讲稿第四十七页，共八十三页2.4 2.4 耦合回路耦合回路2.4.1 互感耦合回路的一般性质互感耦合回路的一般性质2.4.2 耦合振荡回路的频率特性耦合振荡回路的频率特性本讲稿第四十八页，共八十三页2.5 2.5 耦合回路耦合回路

26、概述概述单振荡回路单振荡回路具有具有频率选择性频率选择性和和阻抗变换阻抗变换的作用。的作用。但是：但是：1、选频特性不够理想、选频特性不够理想 2、阻抗变换不灵活、不方便、阻抗变换不灵活、不方便 为了使网络具有矩形选频特性，为了使网络具有矩形选频特性，或者完成阻抗变换的需要，需要采或者完成阻抗变换的需要，需要采用用耦合振荡耦合振荡回路。回路。耦合回路耦合回路由由两个或者两个以上两个或者两个以上的单的单振荡回路通过各种不同的耦合方式振荡回路通过各种不同的耦合方式组成。组成。单谐振回路单谐振回路矩形选频特性矩形选频特性f0本讲稿第四十九页，共八十三页 耦合回路耦合回路两个电路之间必须有公共阻抗存在

27、，才能完成两个电路之间必须有公共阻抗存在，才能完成耦合作用。耦合作用。2.5 2.5 耦合回路耦合回路图图 2.5.1 各式耦合电路各式耦合电路本讲稿第五十页，共八十三页2.5.1 2.5.1 互感耦合回路的一般性质互感耦合回路的一般性质 常用的两种耦合回路常用的两种耦合回路耦合回路的特性耦合回路的特性和和功能功能与两个回路的与两个回路的耦合程度耦合程度有关。有关。按耦合参量的大小：按耦合参量的大小：强耦合强耦合、弱耦合弱耦合、临界耦合临界耦合本讲稿第五十一页，共八十三页 在耦合回路中在耦合回路中接有激励信号源的回路接有激励信号源的回路称为称为初级回路初级回路，与，与负负载相接的回路载相接的回

28、路称为称为次级回路次级回路。2.5 2.5 耦合回路耦合回路 为了说明为了说明回路间的耦合程度回路间的耦合程度，常用，常用耦合系数耦合系数来来表示，它的表示，它的定义是定义是：耦合回路的公共电抗（或电阻）绝对值：耦合回路的公共电抗（或电阻）绝对值与与初、次级回路中同性质的电抗（或电阻）的几何中项之比，即初、次级回路中同性质的电抗（或电阻）的几何中项之比，即本讲稿第五十二页，共八十三页2.5 2.5 耦合回路耦合回路 为了说明回路间耦合程度的强弱，引入为了说明回路间耦合程度的强弱，引入“耦合系数耦合系数”的概念并以的概念并以 k 表示。表示。对电容耦合回路：对电容耦合回路：一般一般C1=C2=C

29、：通常通常 CM C：k1对电感耦合回路：对电感耦合回路：若若L1=L2=L k1本讲稿第五十三页，共八十三页图图2.5.3 互感耦合回路的一般形式互感耦合回路的一般形式由基尔霍夫定律得出由基尔霍夫定律得出回路电压方程回路电压方程为：为：式中，式中，Z11为初级回路的自阻抗为初级回路的自阻抗，即，即Z11=R11+jX11,Z22为次级回路的自阻抗为次级回路的自阻抗，即，即Z22=R22+jX22。2.5.1 2.5.1 互感耦合回路的一般性质互感耦合回路的一般性质互感耦合串联型回路：互感耦合串联型回路：本讲稿第五十四页，共八十三页由基尔霍夫定律得出回路电压方程为：由基尔霍夫定律得出回路电压方

30、程为：解得：解得：2.5.1 2.5.1 互感耦合回路的一般性质互感耦合回路的一般性质本讲稿第五十五页，共八十三页图图2.5.4 初级等效电路初级等效电路 反射阻抗反射阻抗，又称为耦合阻抗，它的，又称为耦合阻抗，它的物理意义物理意义是：次级是：次级电流通过互感电流通过互感的作用，在初级回路中感应的电动势对初级的作用，在初级回路中感应的电动势对初级电流的影响，可用一个等效阻抗电流的影响，可用一个等效阻抗Zf1来表示。来表示。2.5.1 2.5.1 互感耦合回路的一般性质互感耦合回路的一般性质本讲稿第五十六页，共八十三页图图2.5.5 次级等效电路的两种形式次级等效电路的两种形式2.5.1 2.5

31、.1 互感耦合回路的一般性质互感耦合回路的一般性质本讲稿第五十七页，共八十三页在次级回路中反射阻抗在次级回路中反射阻抗Zf2：图图2.5.5 次级等效电路的两种形式次级等效电路的两种形式2.5.1 2.5.1 互感耦合回路的一般性质互感耦合回路的一般性质本讲稿第五十八页，共八十三页2.5.1 2.5.1 互感耦合回路的一般性质互感耦合回路的一般性质 对对于于耦耦合合谐谐振振回回路路，凡凡是是达达到到了了初初级级等等效效电电路路的的电电抗抗为为零零，或或次次级级等等效效电电路路的的电电抗抗为为零零或或初初次次级级回回路路的的电电抗抗同同时时为为零零，都都称称为为回路达到了谐振回路达到了谐振。Zf

32、2 Z22 Zf1 Z11 sV&Z11=R11+jX11 Zf1=Rf1+jXf1 1I&jwMI1 2I&调调谐谐的的方方法法可可以以是是调调节节初初级级回回路路的的电电抗抗，调调节节次次级级回回路路的的电电抗抗及及两两回回路路间间的的耦耦合合量量。由由于于互互感感耦耦合合使使初初、次次级级回回路路的的参参数数互互相相影影响响（表表现现为为反反映映阻阻抗抗）。所所以以耦耦合合谐谐振振回回路路的的谐谐振振现现象象比比单单谐谐振振回回路路的的谐谐振振现现象象要要复复杂杂一一些些。根根据据调调谐谐参参数数不不同同，可可分分为为部分谐振部分谐振、复谐振复谐振、全谐振全谐振三种情况。三种情况。本讲稿

33、第五十九页，共八十三页高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社2.5.1 2.5.1 互感耦合回路的一般性质互感耦合回路的一般性质全谐振：全谐振：次级电流达到可能达到的最大值。次级电流达到可能达到的最大值。可见，可见，最佳全谐振时次级回路电流值与复谐振时相同最佳全谐振时次级回路电流值与复谐振时相同。最佳全谐振。最佳全谐振是复谐振的一个特例。是复谐振的一个特例。如果改变如果改变M，使，使R11=Rf1，R22=Rf2，满足匹配条件，则称，满足匹配条件，则称为为最佳全谐振最佳全谐振。此时，。此时，调节初级回路的电抗及次级回路的电抗，使两个回路都单独

34、的达到调节初级回路的电抗及次级回路的电抗，使两个回路都单独的达到与信号源频率谐振与信号源频率谐振，即，即x11=0，x22=0，这时称，这时称耦合回路达到全谐振耦合回路达到全谐振。在全谐振条件下，两个回路的阻抗均呈电阻性。在全谐振条件下，两个回路的阻抗均呈电阻性。z11=R11，z22=R22，但，但R11 Rf1，Rf2 R22。本讲稿第六十页，共八十三页高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社2.5.1 2.5.1 互感耦合回路的一般性质互感耦合回路的一般性质最佳全揩振时的互感最佳全揩振时的互感为：为：最佳全谐振时初、次级间的耦合称为最佳全

35、谐振时初、次级间的耦合称为临界耦合临界耦合，与此，与此相应的耦合系数称为相应的耦合系数称为临界耦合系数临界耦合系数，以，以kc表示。表示。Q1=Q2=Q 时时 本讲稿第六十一页，共八十三页高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社2.5.1 2.5.1 互感耦合回路的一般性质互感耦合回路的一般性质耦合因数：耦合因数：耦合谐振回路耦合谐振回路两回路的耦合系数两回路的耦合系数与与临界耦合系数临界耦合系数之之比比称为称为 是表示是表示耦合谐振回路耦合相对强弱耦合谐振回路耦合相对强弱的一个重要参量。的一个重要参量。*各种耦合电路都可定义各种耦合电路都可定

36、义k，但是，但是只能对双谐振回路才只能对双谐振回路才可可 定义定义。1称为称为强强耦合耦合。本讲稿第六十二页，共八十三页高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社耦合回路的频率特性：耦合回路的频率特性：2.5.2 2.5.2 耦合振荡回路的频率特性耦合振荡回路的频率特性 当初、次级回路当初、次级回路 01=02=0，Q1=Q2=Q时，时，广义失调广义失调 ，可以证明次级回路电流比，可以证明次级回路电流比 为广义失谐，为广义失谐，为耦合因数，为耦合因数，表示耦合回路表示耦合回路的频率特性。的频率特性。本讲稿第六十三页，共八十三页高高频频电电子子线线

37、路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社当回路谐振频率当回路谐振频率 =0时，时，1称为强耦合，谐振曲线出现双峰称为强耦合，谐振曲线出现双峰，谷值，谷值 1,在在 处，处，x11+xf1=0,Rf1=R11回路达到匹配，相当回路达到匹配，相当于复谐振，谐振曲线呈最大值，于复谐振，谐振曲线呈最大值，=1。aff0h 1不应小于212.5.2 2.5.2 耦合振荡回路的频率特性耦合振荡回路的频率特性;1,0为最大值为最大值时时=ax1称为称为临界耦合临界耦合=h本讲稿第六十四页，共八十三页高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出

38、出版版社社耦合回路的通频带：耦合回路的通频带：根据前述单回路通频带的定义，当根据前述单回路通频带的定义，当 且且Q1=Q2=Q，01=02=时可导出时可导出 2.5.2 2.5.2 耦合振荡回路的频率特性耦合振荡回路的频率特性 若若 =1时，时，一般采用一般采用 稍大于稍大于1，这时在通带内放大均匀，而在，这时在通带内放大均匀，而在通带外衰减很大，为较理想的幅频特性。通带外衰减很大，为较理想的幅频特性。本讲稿第六十五页，共八十三页高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社耦合回路的选择性：耦合回路的选择性：2.5.2 2.5.2 耦合振荡回路的频

39、率特性耦合振荡回路的频率特性 故故 令令=0.1（=1=1）则则 本讲稿第六十六页，共八十三页高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社P532.1 2.2 2.5 2.6 2.8 2.9 2.17本讲稿第六十七页，共八十三页2.6 2.6 滤波器的其他形式滤波器的其他形式2.6.1 LC集中选择性滤波器集中选择性滤波器2.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器2.6.3 陶瓷滤波器陶瓷滤波器2.6.4 表面声波滤波器表面声波滤波器高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社本讲稿第六十八页，共八十三页

40、2.6.1 LC2.6.1 LC集中选择性滤波器集中选择性滤波器图图图图 2.6.1 2.6.1 LCLC集中选择性滤波器集中选择性滤波器集中选择性滤波器集中选择性滤波器高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社本讲稿第六十九页，共八十三页图图图图 3.6.2 3.6.2 单节滤波器的电抗曲线单节滤波器的电抗曲线单节滤波器的电抗曲线单节滤波器的电抗曲线该滤波器的传输条件为该滤波器的传输条件为该滤波器的传输条件为该滤波器的传输条件为End高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社3.6.1 3.6.1

41、 集中选择性滤波器集中选择性滤波器本讲稿第七十页，共八十三页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、阻带衰减特性十分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范围内，不能范围内，不能满足上述要求。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、阻带衰减特性很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

42、波器。陡峭、通带衰减很小的滤波器。高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社本讲稿第七十一页，共八十三页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电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机械场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变形，而这种机械振动又会产生交变电场，上述物理现象称为变电场，上述物理现象称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一特定值时，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，

43、称之为机械振动和交变电场的振幅骤然增大，产生共振，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高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器本讲稿第七十二页，共八十三页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

44、，可等效为一个平板当石英晶体不振动时，可等效为一个平板电容电容C0，称为静态电容；其值决定于晶片的几，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，机械振动的惯性等效为当晶片产生振动时，机械振动的惯性等效为电感电感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。高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教

45、育育出出版版社社3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器本讲稿第七十三页，共八十三页 当等效电路中的当等效电路中的Lq、Cq、rq支路产生串联谐振时，该支路产生串联谐振时，该支路呈纯阻性，等效电阻为支路呈纯阻性，等效电阻为R，谐振频率，谐振频率 此时，整个网络的阻抗等于此时，整个网络的阻抗等于R并联并联C0的容抗，因的容抗，因R C0的容抗，故可近似认为整体也呈纯阻性，等效的容抗，故可近似认为整体也呈纯阻性，等效电阻为电阻为R。当当f f s时，串联支路呈容性，石英晶体呈容性。时，串联支路呈容性，石英晶体呈容性。当当f f s时，时，L、C和和R支路呈感性，在某一频率将与支路呈感性

46、，在某一频率将与C0产生并联谐产生并联谐振，石英晶体又呈纯阻性，谐振频率振，石英晶体又呈纯阻性，谐振频率高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器本讲稿第七十四页，共八十三页由于由于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部电路很小，大大减小了加到晶体两端的外部电路元件对晶体的影响。元件对晶体的影响。高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器本讲稿第七十七页

47、，共八十三页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间工作于串联谐振与并联谐振之间的狭长感性区，电感是频率的函数，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，从而遏且随频率增加而剧烈增加，从而遏制频率的进一步增加。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：注意：注意：一般不工作于一般不工作于一般不工作于一般不工作于容性区。容性区。容性区。容性区。End高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社

48、社3.6.2 3.6.2 石英晶体滤波器石英晶体滤波器本讲稿第七十八页，共八十三页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成的滤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。它的等效品质因数波器，称为陶瓷滤波器。它的等效品质因数为几百，比为几百，比LC滤波器高，但远比石英晶滤波器高，但远比石英晶体滤波器低。体滤波器低。因此作滤波器时，通带没有石英晶因此作滤波器时，通带没有石英晶体那样窄，选择性也比石英晶体滤波器体那样窄，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压电效差。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路与石英应，因

49、此陶瓷谐振器的等效电路与石英晶体的相同。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高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社本讲稿第七十九页，共八十三页图图图图 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并联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的串联谐振频率，截止频

50、率分别对应串臂的并联谐振频率和并臂的串联谐振频率。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。End高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社3.6.3 3.6.3 陶瓷滤波器陶瓷滤波器本讲稿第八十页，共八十三页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高高频频电电子子线线路路（第第四四版版）张张肃肃文文主主编编 高高等等教教育育出出版版社社本讲稿第八十一