第一章谐振回路15388电子教案

《第一章谐振回路15388电子教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章谐振回路15388电子教案（107页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第一章 谐振回路,由前述可知通信系统中收发射机主要由高频振荡、倍频、高频功率放大、调制解调、混频和高频小信号放大等电路组成。而这些电路的负载均为选频网络。回路的概念在电路课程中已学过，为了给后续各章分析打下 基础，本章仍有必要对选频网络进行复习与归纳。,（选频网络）,概论,1、选频网络的作用： （1） 选频滤波：从输入信号中选出有用频率分量，抑制无用频率分量或噪声。 （2） 阻抗变换电路及匹配电路； （3） 频幅或频相变换：将频率的变化转换为振幅或相位的变化 （在频率调制中） 2、选频网络的分类： 谐振回路： 单谐振回路 无源滤波网络 耦合谐振回路 滤波器：LC集中参数滤波器、石英晶体滤波器、

2、陶瓷滤波器、声表面波滤波器 滤波器的优点：稳定性好 ， 电性能好，品质因数高，利于微型化 ， 便于大量生产。 3、谐振回路的组成：电感、电容,4、谐振回路的定义： 当外界授予一定能量、电路参数满足一定关系时，可以在回路中产生电压和电流的周期振荡，这种性质叫做振荡特性，此电路称为振荡回路。若该电路在某一频率的交变信号作用下，能在电抗元件上产生最大的电压或流过最大的电流，就具有谐振特性，故该电路又叫做谐振回路。,7、本章主要内容：,1）L、C的高频特性。 2）串并联谐振回路的谐振特性，串并联谐振的对偶关系。 3）谐振回路的品质因数Q对谐振特性曲线的影响，通频带和选择性问题。 4）信号源内阻、负载对

3、串并联谐振回路的影响。 5）并联谐振回路的耦合方式与接入系数。 重点内容： 串、并联谐振回路的选频特性； LC分压式阻抗变换电路；,1.1 高频电路中的元器件,无源元件：电阻、电容、电感 有源器件：二极管、晶体管、集成电路 无源网络：变压器、谐振器、滤波器,一、电阻的高频特性,电阻特性 电抗特性：分布电容 引线电感 相关因素：制作电阻的材料：金属膜、碳模、线绕 电阻的封装形式：表面贴装、线绕 电阻的尺寸：小尺寸、大尺寸 工作频率：,二、电感线圈的高频特性：,1、实际电感： 电感线圈等效为电感L和电阻r 串联。 损耗电阻与工作频率密切相关： 集（趋）肤效应,2、品质因素,定义：无功功率与有功功率

4、之比 定义：高频电感的感抗与其串联损耗电阻之比 Q值越高，线圈的损耗越小。,3、电感与电阻的串联形式转换成并联形式的等效电路和相应的量值关系：,等效电路： 图（a）和图（b）可互换。,根据等效电路的原理： 上图中1-2两端的导纳应等于1-2两端的导纳： 整理成实部与虚部的形式： 令等式两边实部与虚部分别相等，并用 就可得到串并联电路形式的互换关系：,互换的量值关系：,一般有 Q 1，所以有：,结论：,1)一个高Q值电感线圈，其等效电路可表示为L和r的串联形式也可表示为L、R并联形式。 2)两种形式的量值关系为： 3)串联的 ： 并联的：,三、电容的高频特性：,实际电容的串联或并联表示形式：,1

5、、电容的品质因数大小及其损耗关系：由定义式可推得：,Q 定义为容抗与串联电阻之比 Q 越大，表征电容的损耗越小。,2、电容的损耗电阻串并联等效线路变换公式：,当满足Q 1则：,结论：,1一个实际电容，其等效电路可以表示为串联形式，也可以表示为并联形式。 2两种形式电容量不变： 并联电阻,1.1.2 高频电路中的有源器件,1、二极管： 1）非线性变换二极管：检波、调制、解调、混频等 特点：工作于低电平，极间电容小，工作频率高，利用多数载流子导电机理。 常用的形式：点接触式（如2AP系列）二极管：f:100200 MHz 表面势垒式（肖特基）二极管: f 3 00 MHz 2）变容二极管：压控振荡

6、器、混频、倍频等 特点：电容随偏置电压变化，即结电容Cj与外加反偏电压之间呈非线性关系。 3）PIN二极管：电可控开关、限幅器、电调衰减器等 特点：高频等效电阻受正向直流电流的控制，是一个电可调电阻,2、三极管,1）高频小功率管和小信号场效应管： 主要用于：小信号放大器、振荡电路、调制与解调电路、混频电路等 主要要求：高增益、低噪声 2）高频大功率管和场效应功率管： 主要用于：功放电路 主要要求：高增益、大输出,3、集成电路：,通用型集成电路： 宽带集成放大器、模拟乘法器等 专用型集成电路： 集成锁相环、集成调频解调器、单片集成接收机、电视专用集成电路等,1.2 简单谐振回路,高频振荡回路的功

7、能：阻抗变换 信号选择与滤波 相频转换和移相 构成：L、C 串联或并联 分类： 简单振荡回路 复杂振荡回路,1.2.1 简单振荡回路,简单振荡回路的定义：只有一个回路的振荡电路 谐振频率的定义：简单振荡回路的阻抗在某一特定频率上有最大值或最小值的特性就叫谐振特性，这个特定频率就叫谐振频率。 分类：串联谐振回路 并联谐振回路,一、串联谐振回路,适用于电源内阻为低电阻，如恒压源 或低阻抗的电路，如微波电路 1、电路形式：串联谐振回路,2、谐振条件及谐振频率,串联阻抗为： 当X= =0时，发生谐振 谐振条件 谐振频率： 特性阻抗：当回路谐振时的感抗或容抗，称之为特性阻抗,3、谐振特性,1）谐振时：

8、，X=0， 非谐振时： ，X0， 容性，电流超前电压 感性，电流滞后电压 2）谐振时电流最大： 且谐振电流与外加电流同向 3）电感及电容两端电压模值相等，都等于外加电压的Q倍，且相互反相。,谐振回路的品质因数 Q,谐振时回路感抗值（或容抗值）与回路电阻 r 的比值称为回路的品质因数，以 Q 表示，它表示回路损耗的大小。 当谐振时： 因此串联谐振时，电感 L 和电容 C 上的电压达到最大值且为输入信号电压 的 Q 倍，故串联谐振也称为电压谐振。因此，必须预先注意回路元件的耐压问题。,4、能量关系,谐振的物理意义： 谐振回路中储存的能量保持不变，只在线圈与电容器之间相互转换。发生谐振时，电容和电感

9、中储存的最大能量相等。,5、谐振曲线和通频带,1)谐振曲线： 回路中电流或电压幅值与外加电压频率之间的关系曲线就叫谐振曲线。可用 N ( f ) 表示谐振曲线的函数。 其模为：,广义失谐系数 失谐量是表示外加频率偏离谐振频率的程度，即： 广义失谐量的定义为： 当 约等于0 即失谐不大时 ： 可见，与Q值成正比。 由 可知，当Q，谐振曲线下降越快。 当谐振时 ： = 0 。,串联谐振回路的谐振曲线,Q 值不同即损耗 r 不同时，对曲线有很大影响， Q 值大曲线尖锐,，通带窄，选择性好， Q 值小曲线钝，通带宽，选择性差。,2）通频带,当回路的外加信号电压的幅值保持不变，频率改变为 或 时，回路电

10、流等于谐振值的 ，所对应的频率范围 就叫回路的通频带，通常用 表示， 叫半功率点。 串联谐振回路的通频带为： 因此， B 与 Q 成反比， Q 增大， B 减小 。,通频带,6、信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响,考虑了信号内阻 R S 和负载 R L 的串联谐振回路如下图 。 有信号源内阻及负载的串联谐振回路,通常把没有接入信号源内阻和负载电阻时回路本身的 Q 值叫做无载 Q 值（空载 Q 值）： 把接入信号源内阻和负载电阻的 Q 值叫做有载 Q 值，用 Q L 表示 ： 其中 R 为回路本身的损耗， R S 为信号源内阻， R L 为负载电阻。 由于信号源内阻及负载的接入将使回路的总电阻

11、增加，从而使Q下降，显然： 这会使回路的选择性变坏，通频带加宽。 由此看出 ：串联谐振回路适于 R s 很小（恒压源）和 R L 不大的电路，只有这样 Q L 才不至于太低，保证回路有较好的选择性。,二、并联谐振回路,1、电路形式： 由电感、电容、信号源三者并联组成的回路称为并联谐振回路，如下图 所示。 前面讨论的串联谐振电路适用于信号源内阻很小的恒压源，但电子电路信号源内阻一般都很大，基本上可看做恒流源，如晶体管放大器的内阻约为几 K W 几十 K W ，故不能采用串联回路，而应采用并联谐振回路。下面对应串联谐振回路来讨论并联回路。,并联谐振回路的并联阻抗,由上图的右图可知： 整理得实际应用

12、中，通常都满足 ） 并联回路采用导纳分析比较方便，其导纳 Y 为 其中，电导 ，电纳,2、谐振条件及谐振频率,谐振条件 或 谐振频率： 结论：当容抗和感抗相等时，电路产生谐振。,3、谐振特性,1）谐振时： ，B=0， 为纯阻 非谐振时： ，B0 感性 容性,2）谐振时回路两端电压最大。 由上图可知，回路电压幅值为 ： 谐振时，电纳 B = 0 ， 回路电压与外加电流Is 同相 3）谐振时电感及电容中的电流幅值相等，且等于外加电流源的Q倍。,因此，并联谐振又称为电流谐振。,谐振时的电路特性,品质因数： 特性阻抗： 谐振电导： 谐振电阻：,因此谐振时并联振荡回路的谐振电阻等于感抗或容抗的 Q 倍。

13、,4、谐振曲线和通频带,Uf的关系曲线谐振曲线。 由电路可见： 模值：,4、谐振曲线和通频带,进一步可写成：,并联谐振曲线,结论,1 ) ，U有最大值 。 2) f ，或 f ，U均下降，偏离越大，下降得越多。 3）由此可推断，L、C并联谐振回路具选频特性,并联振荡回路的通频带,不同Q值对谐振曲线的影响,结论：回路的值越高，回路的通频带越窄。,相频特性,相角： 相频特性： 证明： 变化既受 影响，变化快慢受Q值影响。,相频特性,例1，见书P17,5、信号源内阻及负载对并联谐振回路的影响,电路为：,5、信号源内阻及负载对并联谐振回路的影响,由于信号源内阻及负载的接入将使回路的Q下降，故此时的等效

14、品质因数为： 由此可见：并联谐振通常用于信号源内阻很大和负载电阻也较大的情况。,例：,例2：有一并联谐振回路如图 所示，并联回路的无载 Q 值 Q p = 80 ， 谐振电阻 R p = 25k W ，谐振频率 f o = 30MHz ，信号源电流幅度 Is = 0.1mA (1) 若信号源内阻 R s = 10kW ，当负载电阻 R L 不接时，问通频带 B和谐振时输出电压幅度 V o 是多少？ (2) 若Rs = 6kW，R L = 2kW，求此时的通频带 B 和 V o 是多少？,解 ： (1) R s = 10k W ， 而 (2) 故并联电阻愈小，即 Q L 越低，通带愈宽。,1.2

15、.2 复杂振荡回路,1）信号源的内阻和负载的接入使回路Q值下降 2）根据电路传输理论：当负载与信号源阻抗匹配时，可获得最大的功率传输，失配时则造成传输功率减小。 3）信号源中的电抗分量也会影响回路的谐振频率。 采用阻抗变换的方法,1.2.2 复杂振荡回路,分类： 抽头并联振荡回路 耦合振荡回路,一、抽头并联振荡回路,1、基本概念 1）电路形式：用信号源或负载与回路电感或电容部分连接的并联振荡回路就叫抽头并联振荡回路。 2）主要功用： A.实现阻抗匹配或进行阻抗变换 B.避免外接电路的影响 3）接入系数p: 定义：与外电路相连的那部分电抗与本回路参数分压的同性质总电抗之比。 电压比：表示抽头点电压与回路端电压之比,2、自偶变压器耦合连接,1）信号源部分接入谐振回路：已知回路两端电阻为R0 设回路处于谐振或失谐不大时， 所以： 因此 p是小于 1 的正数， 从等效变换前后功率相等的关系看，有： 所以： 结论：由高抽头向低抽头转换时，等效阻抗减小 倍。,2、自偶变压器耦合连接,或已知输入端电阻为 则折合到谐振回路两端的电阻为： 结论：由低抽头向高抽头转换时，等效阻抗提高了 倍。 总结论： 全体接部分则变小 部分接全体则变大,P也可用元件参数来表示：