第1章_諧振回路和濾波電路(上)

1、第第1章諧振回路和濾波章諧振回路和濾波電路（上）電路（上）1章諧振回路和濾波電路（上） 21.1 高頻電路中的元器件高頻電路中的元器件1.2 諧振電路諧振電路1.3 LC回路阻抗變換作用回路阻抗變換作用1.4 耦合振蕩回路耦合振蕩回路1.5 濾波器濾波器1章諧振回路和濾波電路（上） 31.1 高頻電路中的元器件高頻電路中的元器件各種高頻電路基本上是由各種高頻電路基本上是由有源器件有源器件、無(wú)源元件無(wú)源元件和和無(wú)源網(wǎng)絡(luò)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)組成的。組成的。 高頻電路中使用的元器件與在低高頻電路中使用的元器件與在低頻電路中使用的元器件基本相同，但頻電路中使用的元器件基本相同，但是注意它們?cè)诟哳l使用時(shí)的高頻特性。

2、是注意它們?cè)诟哳l使用時(shí)的高頻特性。 高頻電路中的元件主要是電阻高頻電路中的元件主要是電阻（器）、電容（器）和電感（器）（器）、電容（器）和電感（器）, 它它們都屬于無(wú)源的線性元件。高頻電路們都屬于無(wú)源的線性元件。高頻電路中完成信中完成信 號(hào)的放大，非線性變換等功號(hào)的放大，非線性變換等功能的有源器件主要是二極管，晶體管能的有源器件主要是二極管，晶體管和集成電路。和集成電路。1章諧振回路和濾波電路（上） 41.1.1 1.1.1 高頻電路中的元件高頻電路中的元件v電阻電阻高頻電路中的電阻不僅表現(xiàn)有高頻電路中的電阻不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面，而且還表現(xiàn)電阻特性的一面，而且還表現(xiàn)有電抗特性的一面（高頻特

3、性）。有電抗特性的一面（高頻特性）。高頻電路中的電阻的等效電路。高頻電路中的電阻的等效電路。其中：其中：CR分布電容，分布電容，LR引線電感，引線電感，R電阻。電阻。RLRCR1章諧振回路和濾波電路（上） 5v電感電感高頻電路中的電感不僅具有電感的特性，還具有高頻電路中的電感不僅具有電感的特性，還具有電阻和電容的特性。其等效電路如圖所示。其中：電阻和電容的特性。其等效電路如圖所示。其中：RL損耗電阻，損耗電阻，CL分布電容，分布電容，L電感。電感。高頻電路中電感的阻抗與頻率的關(guān)系如圖所示。高頻電路中電感的阻抗與頻率的關(guān)系如圖所示。LLCLR相角阻抗阻抗與相角頻率fRFS1章諧振回路和濾波電路（

4、上） 6在分析一般長(zhǎng)、中、短波頻段電路時(shí)，通常忽略分在分析一般長(zhǎng)、中、短波頻段電路時(shí)，通常忽略分布電容的影響。因而，電感線圈的等效電路可以布電容的影響。因而，電感線圈的等效電路可以表示為電感表示為電感L和電阻和電阻r串聯(lián)，如圖所示。串聯(lián)，如圖所示。電阻電阻r隨頻率增高而增加，這主要是隨頻率增高而增加，這主要是集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)的影的影響。所謂響。所謂集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)是指隨著工作頻率的增高，流是指隨著工作頻率的增高，流過導(dǎo)線的交流電流向?qū)Ь€表面集中這一現(xiàn)象，當(dāng)過導(dǎo)線的交流電流向?qū)Ь€表面集中這一現(xiàn)象，當(dāng)頻率很高時(shí)，導(dǎo)線中心部位幾乎完全沒有電流流頻率很高時(shí)，導(dǎo)線中心部位幾乎完全沒有電流流過，這相當(dāng)于把

5、導(dǎo)線的橫截面積減小為導(dǎo)線的圓過，這相當(dāng)于把導(dǎo)線的橫截面積減小為導(dǎo)線的圓環(huán)面積，導(dǎo)電的有效面積較直流時(shí)大為減小，電環(huán)面積，導(dǎo)電的有效面積較直流時(shí)大為減小，電阻阻r增大。工作頻率越高，圓環(huán)的面積越小，導(dǎo)線增大。工作頻率越高，圓環(huán)的面積越小，導(dǎo)線電阻就越大。電阻就越大。電感線圈的串聯(lián)等效電路電感線圈的串聯(lián)等效電路rL1章諧振回路和濾波電路（上） 7在無(wú)線電技術(shù)中通常不是直接用等效電阻在無(wú)線電技術(shù)中通常不是直接用等效電阻r，而是引入線圈的而是引入線圈的品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)這一參數(shù)來(lái)表示線圈這一參數(shù)來(lái)表示線圈的損耗性能。的損耗性能。 品質(zhì)因數(shù)定義為品質(zhì)因數(shù)定義為無(wú)功功率無(wú)功功率與與有功功率之有功功率之比比

6、（1.1.1）設(shè)流過電感線圈的電流為設(shè)流過電感線圈的電流為I，則電感，則電感L上的無(wú)功上的無(wú)功功率為功率為 I2L ，而線圈的損耗功率，即電阻，而線圈的損耗功率，即電阻r的的消耗功率為消耗功率為I2r，故由式（，故由式（1.1.1）得到電感的品）得到電感的品質(zhì)因數(shù)質(zhì)因數(shù) （1.1.2） Q值是一個(gè)比值，它是感抗值是一個(gè)比值，它是感抗L與損耗電阻與損耗電阻r之之比，比，Q值越高損耗越小，一般情況下值越高損耗越小，一般情況下, 線圈的線圈的Q值通常在幾十到一二百左右。值通常在幾十到一二百左右。有功功率無(wú)功功率QrLrILIQ221章諧振回路和濾波電路（上） 8在電路分析中，為了計(jì)算方便，有時(shí)需要把

7、電在電路分析中，為了計(jì)算方便，有時(shí)需要把電感與電阻串聯(lián)形式的線圈等效電路轉(zhuǎn)換為電感感與電阻串聯(lián)形式的線圈等效電路轉(zhuǎn)換為電感與電阻的并聯(lián)形式。與電阻的并聯(lián)形式。 下圖中的下圖中的LP、R表示并聯(lián)表示并聯(lián)形式的參數(shù)。形式的參數(shù)。 電感線圈串、并聯(lián)等效電路電感線圈串、并聯(lián)等效電路根據(jù)等效電路的原理，在左圖中根據(jù)等效電路的原理，在左圖中1-2兩端的導(dǎo)納兩端的導(dǎo)納（或阻抗）應(yīng)等于右圖中（或阻抗）應(yīng)等于右圖中1-2兩端的導(dǎo)納（或兩端的導(dǎo)納（或阻抗），即阻抗），即 （1.1.3）由上式，并用式由上式，并用式(1.1.2)就可以得到就可以得到當(dāng)當(dāng)Q 1時(shí)，則時(shí)，則pLjRLjr11)(1rL12RLP12)1

8、1(2QLLp)1 (2QrR1章諧振回路和濾波電路（上） 9 (1.1.4)由上述結(jié)果表明，由上述結(jié)果表明，一個(gè)高一個(gè)高Q電感線圈，其等效電路可以表電感線圈，其等效電路可以表示為串聯(lián)形式示為串聯(lián)形式,也可以表示為并聯(lián)形式。在兩種形式中，也可以表示為并聯(lián)形式。在兩種形式中，電感值近似不變，串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻的乘積等于感電感值近似不變，串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻的乘積等于感抗的平方?？沟钠椒?。由式由式(1.1.4)看出，看出，r越小越小R就越大，即損耗小，反之，就越大，即損耗小，反之，則損耗大。則損耗大。 一般地，一般地，r為幾歐的量級(jí)，變換成為幾歐的量級(jí)，變換成R則為幾則為幾十到幾百千歐。十到幾百千歐

9、。Q 也可以用并聯(lián)形式的參數(shù)表示。也可以用并聯(lián)形式的參數(shù)表示。 由式由式(1.1.4)有有上式代入上式代入(1.1.2)得得 上式表明，上式表明，若以并聯(lián)形式表示若以并聯(lián)形式表示Q時(shí)，則為并聯(lián)電阻時(shí)，則為并聯(lián)電阻與感抗之比。與感抗之比。 rLrQR222LLPRLr22pLRLRQ1章諧振回路和濾波電路（上） 10電容電容高頻電路中的電容不僅表現(xiàn)有電容的特性，而且還高頻電路中的電容不僅表現(xiàn)有電容的特性，而且還具有電感和電阻的特性，其等效電路如圖所示。其具有電感和電阻的特性，其等效電路如圖所示。其中：中：RC損耗電阻，損耗電阻，LC引線電感，引線電感，C電容。電容。高頻電路中的電容容抗與頻率的關(guān)

10、系如圖所示。高頻電路中的電容容抗與頻率的關(guān)系如圖所示。 CLCCR阻抗Z頻率fRFS1章諧振回路和濾波電路（上） 11在分析一般米波以下頻段的諧振回路時(shí)，常常只在分析一般米波以下頻段的諧振回路時(shí)，常常只考慮電容和損耗?？紤]電容和損耗。 電容器的等效電路也有兩電容器的等效電路也有兩種形式，如圖所示。種形式，如圖所示。 R r c為了說(shuō)明電容器損耗的大小，引入為了說(shuō)明電容器損耗的大小，引入電容器的品電容器的品質(zhì)因數(shù)質(zhì)因數(shù)Q，它等于容抗與串聯(lián)電阻之比，它等于容抗與串聯(lián)電阻之比 (1.1.5) 若以并聯(lián)等效電路表示，則為并聯(lián)電阻與容若以并聯(lián)等效電路表示，則為并聯(lián)電阻與容抗之比。抗之比。 電容器的串、并

11、聯(lián)等效電路電容器的串、并聯(lián)等效電路CpCrrCQ111章諧振回路和濾波電路（上） 12 （1.1.6）電容器損耗電阻的大小主要由介質(zhì)材料決定。電容器損耗電阻的大小主要由介質(zhì)材料決定。 Q值可達(dá)幾值可達(dá)幾千到幾萬(wàn)的數(shù)量級(jí)，與電感線圈相比千到幾萬(wàn)的數(shù)量級(jí)，與電感線圈相比, 電容器的損耗常電容器的損耗常常忽略不計(jì)。常忽略不計(jì)。同理，可以推導(dǎo)出上圖串、并聯(lián)電路的變換式同理，可以推導(dǎo)出上圖串、并聯(lián)電路的變換式:當(dāng)當(dāng)Q 1時(shí)，它們近似式為時(shí)，它們近似式為上面分析表明，上面分析表明，一個(gè)實(shí)際的電容器，其等效電路可以表示一個(gè)實(shí)際的電容器，其等效電路可以表示為串聯(lián)形式，也可以表示為并聯(lián)形式。為串聯(lián)形式，也可以表

12、示為并聯(lián)形式。 兩種形式中電兩種形式中電容值近似不變，串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的乘積等于容抗容值近似不變，串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的乘積等于容抗的平方。的平方。RCCRQPP1)1 (2QrRCQCp2111rCrQR2212CCp1章諧振回路和濾波電路（上） 131.1.2 1.1.2 高頻電路中的有源器件高頻電路中的有源器件v二極管二極管半導(dǎo)體二極管在高頻電路中主要用于檢波、調(diào)制、半導(dǎo)體二極管在高頻電路中主要用于檢波、調(diào)制、解調(diào)以及混頻等非線性電路中，利用它的非線性解調(diào)以及混頻等非線性電路中，利用它的非線性特性。特性。變?nèi)荻O管主要應(yīng)用于壓控振蕩器、角度調(diào)制、變?nèi)荻O管主要應(yīng)用于壓控振蕩器、角度調(diào)制、

13、角度解調(diào)以及反饋控制電路中，利用它的等效電角度解調(diào)以及反饋控制電路中，利用它的等效電容的可控特性。容的可控特性。1章諧振回路和濾波電路（上） 14v晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管高頻小功率管：用于高頻小信號(hào)放大，要求有高高頻小功率管：用于高頻小信號(hào)放大，要求有高增益和低噪聲。增益和低噪聲。高頻功率管：用于高頻信號(hào)功率放大，要求有較高頻功率管：用于高頻信號(hào)功率放大，要求有較大的允許管耗和較大的輸出功率。大的允許管耗和較大的輸出功率。v集成電路集成電路通用型，如：集成模擬乘法器通用型，如：集成模擬乘法器MC1496、MC1495等可用于調(diào)幅、檢波、混頻、調(diào)頻、鑒頻等可用于調(diào)幅、檢波、混頻、調(diào)頻、

14、鑒頻等。等。專用型，如：正交鑒頻器專用型，如：正交鑒頻器5G32，窄帶發(fā)射集成窄帶發(fā)射集成電路電路MC2833，窄帶接收集成電路窄帶接收集成電路MC3361等等。1章諧振回路和濾波電路（上） 15 1.1.3串并聯(lián)阻抗的等效變換串并聯(lián)阻抗的等效變換 下圖是一個(gè)串聯(lián)電路與并聯(lián)電路的等效互換圖。下圖是一個(gè)串聯(lián)電路與并聯(lián)電路的等效互換圖。設(shè)串聯(lián)電路是由設(shè)串聯(lián)電路是由X1與與R1組成，組成，R1包括外加電阻和電抗元包括外加電阻和電抗元件的損耗電阻，等效后的并聯(lián)電路是由件的損耗電阻，等效后的并聯(lián)電路是由X2與與R2組成。所組成。所謂謂“等效等效”是指在工作頻率相同的條件下，是指在工作頻率相同的條件下，A

15、B兩端的阻兩端的阻抗和導(dǎo)納相等。也就是抗和導(dǎo)納相等。也就是22222222222222222211XRXRjXRXRjXRjXRjXR(1.1.7) 22222221XRXRR22222221XRXRX得：得：(1.1.8) 1章諧振回路和濾波電路（上） 16R1X1X2R2根據(jù)品質(zhì)因數(shù)的定義，串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)為根據(jù)品質(zhì)因數(shù)的定義，串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)為111RXQ 1222111QXRRXQ可見等效結(jié)果可見等效結(jié)果 Q 不變。即不變。即代入上式得代入上式得等效互換電路等效互換電路QQQ211章諧振回路和濾波電路（上） 1721212121221121212111QXXXRXQRRXRR222222222122222222211111XQXXRRXQRRXRXR可得以下結(jié)論：可得以下結(jié)論：（1）串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)變換后