通信高频）电子线路：第3章 选频网络3

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。要的频率分量。1、掌握、掌握串联与并联谐振回路的主要性能：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；值的意义；信号源内阻与负载阻抗对谐振回路的影响。信号源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、掌握两种谐振回路的阻抗互换与抽头的阻阻抗互换与抽头的阻抗变换。抗变换。3、熟悉互感、熟悉互感耦合回路的主要性能。耦合回路的主要性能。4、了解其他形式的、了解其他形式的滤波器，主要是石英晶体滤波器，主要是石英晶体滤波器地特性。滤波器地特性。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。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 的并的并联。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 O电抗电抗容性容性感性感性wLX=wL1wCw01CwRw0w阻抗阻抗一、谐振现象一、谐振现象jL1/(jC)O电抗电抗容性容性感性感性wLX=wL1wCw01Cw 串联谐振回路的谐振特性：其阻抗在某一特定频串联谐振回路的谐振特性：其阻抗在某一特定频率上具有最小值（谐振状态），而偏离此频率时将迅率上具有最小值（谐振状态），而偏离此频率时将迅速增大。速增大。阻抗阻抗Rw0w谐振频率谐振频率谐振条件谐振条件:即谐振频率即谐振频率或或阻抗阻抗 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！O电抗电抗容性容性感性感性wLx=wL1wCw01Cw阻抗阻抗 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。考虑到，谐振时考虑到，谐振时3.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。注意：线圈注意：线圈Q与与回路回路Q的区别的区别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(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。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三、串联振荡回路的谐振曲线和通频带三、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。选频特性曲线选频特性曲线N()Q10频率频率偏离偏离0越远，越远，N()下降得越下降得越多。多。因此，可以用因此，可以用0 表示频率偏离表示频率偏离谐振的程度，称为谐振的程度，称为失谐量失谐量 。1.频率选择性频率选择性 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。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所以，定义所以，定义广义失谐量广义失谐量 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。当当 0，即失谐不大时即失谐不大时：广义失谐量广义失谐量幅频特性函数幅频特性函数N()和和曲线分别为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求解带宽求解带宽回路回路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。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。3 3、相位特性曲线、相位特性曲线 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 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。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。1.能量关系能量关系四、能量关系及电源内阻与负载电阻的影响四、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设设谐振时谐振时: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回路总的瞬时储能回路总的瞬时储能 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回路回路Q值的物理意义值的物理意义 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值叫做无载值叫做无载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值叫做有载值叫做有载Q值，用值，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，串联谐振回路的串联谐振回路的选择性变坏，通频带加宽选择性变坏，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 要研究并联振荡回路的选频特性要研究并联振荡回路的选频特性，可以考察其阻抗可以考察其阻抗随频率变化的规律。随频率变化的规律。损损耗耗电电阻阻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，为此引入并联振荡回路的导纳。入并联振荡回路的导纳。一、并联振荡回路特性一、并联振荡回路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B 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:即谐振频率即谐振频率或或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：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.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回路的状回路的状态与串联谐振回路相似。态与串联谐振回路相似。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二、谐振曲线和通频带二、谐振曲线和通频带 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。互偶互偶 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，由于回路总的后，由于回路总的损耗增大，回路损耗增大，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，因此考虑信号源内阻及负载电阻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。后，并联谐振回路的选择性变坏，通频带加宽。三、信号源内阻和负载电阻的影响三、信号源内阻和