Chapter 2-1 選頻網(wǎng)絡(luò)-更新

Chapter2

通信電子線路分析基礎(chǔ)2.1

選頻網(wǎng)絡(luò)

§2.1.1

串聯(lián)諧振回路

§2.1.2

并聯(lián)諧振回路

§2.1.3

串、并聯(lián)阻抗等效互換與回路抽頭時(shí)的阻抗變換

§2.1.4

耦合回路

§2.1.5

選擇性濾波器西南林業(yè)大學(xué)引言1.選頻的基本概念所謂選頻就是選出需要的頻率分量并且濾除不需要的頻率分量。2.選頻網(wǎng)絡(luò)的分類單振蕩回路耦合振蕩回路振蕩回路（由L、C組成）各種濾波器LC集中濾波器石英晶體濾波器陶瓷濾波器聲表面波濾波器3.選頻網(wǎng)絡(luò)在本課程的用途

●前端選擇性電路

●高頻小信號(hào)放大器負(fù)載

●中頻放大器負(fù)載

●高頻功率放大器負(fù)載

●混頻器負(fù)載

●正弦波振蕩器回路

●調(diào)制電路負(fù)載§2.1.1串聯(lián)諧振回路2.1.1-1概述2.1.1-2

諧振及諧振條件2.1.1-3諧振特性2.1.1-4能量關(guān)系2.1.1-5諧振曲線和通頻帶2.1.1-6相頻特性曲線2.1.1-7信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載對(duì)串聯(lián)諧振回路的影響

●由電感線圈和電容器組成的單個(gè)振蕩電路，稱為單振蕩回路。信號(hào)源與電容和電感串接，就構(gòu)成串聯(lián)振蕩回路。

●串聯(lián)振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上具有最小值，而偏離這個(gè)特定頻率的時(shí)候阻抗將迅速增大。單振蕩回路的這種特性稱為諧振特性，這個(gè)特定頻率就叫做諧振頻率?！裰C振回路具有選頻和濾波作用。2.1.1-1概述2.1.1-2諧振及諧振條件1.阻抗

當(dāng)時(shí)達(dá)到最大

當(dāng)

0時(shí)節(jié)|z|>R，

>

0

，x>0呈感性，電流滯后電壓，

i<0

<

0，x<0呈容性，電流超前電壓，

i>0

=

0|z|=Rx=0達(dá)到串聯(lián)諧振。當(dāng)回路諧振時(shí)的感抗或容抗，稱之為特性阻抗。用

表示2.1.1-3諧振特性1)2)諧振時(shí)電流最大且與電壓源同相3)2、諧振頻率f0若則

當(dāng)，為最大值，此時(shí)回路發(fā)生串聯(lián)諧振，稱使的信號(hào)頻率為諧振頻率以

o表示，即所以

因此也稱x=oL–為串聯(lián)諧振回路的諧振條件。%%%%

3.品質(zhì)因數(shù)Q：

諧振時(shí)回路感抗值（或容抗值）與回路電阻R的比值稱為回路的品質(zhì)因數(shù)，以Q表示，它表示回路損耗的大小。

當(dāng)諧振時(shí)：

因此串聯(lián)諧振時(shí)，電感L和電容C上的電壓達(dá)到最大值且為輸入信號(hào)電壓的Q倍，故串聯(lián)諧振也稱為電壓諧振。因此，必須預(yù)先注意回路元件的耐壓?jiǎn)栴}。結(jié)論：①電感線圈與電容器兩端的電壓模值相等，且等于外加電壓的Q倍。②Q值一般可以達(dá)到幾十或者幾百，故電容或者電感兩端的電壓可以是信號(hào)電壓的幾十或者幾百倍，稱為電壓諧振，在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候要加以注意。③串聯(lián)諧振時(shí)電路中的電流或者電壓可以繪成向量圖。注意：損耗電阻是包含在R中的，所以故：超前的角度小于O4.廣義失諧系數(shù)

：

廣義失諧是表示回路失諧大小的量，其定義為：

當(dāng)

0即失諧不大時(shí)：

當(dāng)諧振時(shí)：

=0。

串聯(lián)單振蕩回路由電感線圈（包括其損耗電阻）和電容器構(gòu)成，電抗元件電感和電容不消耗外加電動(dòng)勢(shì)的能量，電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，二者只儲(chǔ)存和交換能量，消耗能量的只有損耗電阻。電容和電感的瞬時(shí)功率電容和電感的瞬時(shí)儲(chǔ)能(設(shè)起始儲(chǔ)能為零)電容和電感的伏安特性方程2.1.1-4能量關(guān)系2.1.1-4能量關(guān)系諧振時(shí)

vci電容的瞬時(shí)能量:電感的瞬時(shí)能量:

回路總的瞬時(shí)儲(chǔ)能

W是一個(gè)不隨時(shí)間變化的常數(shù)。這說(shuō)明回路中儲(chǔ)存的能量是不變的，只是在線圈與電容器之間相互轉(zhuǎn)換。且電抗元件不消耗外加電動(dòng)勢(shì)的能量，外加電動(dòng)勢(shì)只提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路的等幅振蕩。所以回路諧振時(shí)電流最大。電路R上消耗的平均功率為：每一周期時(shí)間內(nèi)消耗在電阻上的能量為：結(jié)論：①電感上儲(chǔ)存的瞬時(shí)能量的最大值與電容上儲(chǔ)存的瞬時(shí)能量的最大值相等。②能量W是一個(gè)不隨著時(shí)間變化的常數(shù)，這說(shuō)明整個(gè)回路中儲(chǔ)存的能量保持不變，只是在線圈和電容器之間相互轉(zhuǎn)換，電抗元件不消耗外加電源的能量。③外加電源只是提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路的等幅振蕩，諧振時(shí)振蕩器回路中的電流最大。2.1.1-5諧振曲線和通頻帶

串聯(lián)諧振回路中電流幅值與外加電動(dòng)勢(shì)頻率之間的關(guān)系曲線稱為諧振曲線。可用N(f)表示諧振曲線的函數(shù)。Q值不同即損耗R不同時(shí)，對(duì)曲線有很大影響，Q值大曲線尖銳，選擇性好，Q值小曲線鈍，通帶寬。通頻帶定義:回路外加電壓的幅值不變時(shí)，改變頻率，回路電流I下降到Io的時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為諧振回路的通頻帶,用B表示:

當(dāng)時(shí)

而所以也可用線頻率f0表示，即

2.1.1－6相頻特性曲線

回路電流的相角

隨頻率

變化的曲線。

所以回路電流的相角

為阻抗幅角的負(fù)值，

=–

回路電流的相角是與外加電壓相比較而言的。若超前，則

>0若滯后，則

<0。Q值不同時(shí)，相頻特性曲線的陡峭程度不同。圖中Q1>Q2

因?yàn)榛芈冯娏鞯南囝l特性曲線為

通常把沒(méi)有接入信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻時(shí)回路本身的Q值叫做無(wú)載Q（空載Q值）如式

2.1.1-7

信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載對(duì)串聯(lián)諧振回路的影響

其中R為回路本身的損耗，RS為信號(hào)源內(nèi)阻，RL為負(fù)載通常把接有信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻時(shí)回路的Q值叫做有載QL,

如式結(jié)論：

串聯(lián)諧振回路通常適用于信號(hào)源內(nèi)阻Rs很小(恒壓源）和負(fù)載電阻RL也不大的情況。例題1:

如圖，設(shè)給定串聯(lián)諧振回路的f0=1MHz，Q0=50，若輸出電流超前信號(hào)源電壓相位45°，試求：1)此時(shí)信號(hào)源頻率f是多少？輸出電流相對(duì)于諧振時(shí)衰減了多少分貝？

2)現(xiàn)要在回路中的再串聯(lián)一個(gè)元件，使回路處于諧振狀態(tài)，應(yīng)該加入何種元件，并定性分析元件參數(shù)的求法。本題主要考查的是串聯(lián)諧振回路基本參數(shù)與特性，及其在失諧情況下的特性。該題應(yīng)該從“輸出電流超前信號(hào)源電壓45°”入手，針對(duì)失諧時(shí)的回路阻抗，具體分析輸出電壓與信號(hào)源的角度關(guān)系。同時(shí)，由于題目給出的是諧振時(shí)的條件，解題時(shí)應(yīng)將失諧的情形與諧振時(shí)相參照，以便充分利用已知條件求解。分析：解：1）串聯(lián)諧振回路中，輸出電流為：因此有，

則，

當(dāng)回路處于諧振狀態(tài)時(shí)，因而，

,正好是定義通頻帶B的條件，即信號(hào)源頻率處于回路通頻帶邊緣，由通頻帶的定義可知：由已知條件f0=1MHz，Q=50，得

所以，又由已知條件知回路失諧狀態(tài)時(shí)，

L<1/

C,故

<

0,即f<f0，從而可得：因?yàn)?，根?jù)分貝定義，即輸出電流相當(dāng)于諧振時(shí)衰減了3dB。2）由上一問(wèn)可知

<

0，回路呈現(xiàn)容性，根據(jù)題設(shè)，為使回路達(dá)到諧振狀態(tài)，只須回路中增加一個(gè)電感元件即可。根據(jù)諧振條件，假設(shè)加入的電感為L(zhǎng)'，則有，§2.1.2并聯(lián)諧振回路2.1.2-1概述2.1.2-2

諧振條件2.1.2-3諧振特性2.1.2-4諧振曲線、相頻特性和通頻帶2.1.2-5信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻對(duì)并聯(lián)諧振回路的影響2.1.2-1概述

對(duì)于信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載比較大的情況，宜采用并聯(lián)諧振回路。結(jié)構(gòu)：電感線圈L、電容C、外加信號(hào)源相互并聯(lián)的振蕩回路。其中由于外加信號(hào)源內(nèi)阻很大，為了分析方便，采用恒流源。

1.

回路阻抗由圖可知，并聯(lián)諧振回路的阻抗為一般

L

>>R

Is

C

L

+

–

R

Vo

諧振時(shí)的阻抗特性：因此回路諧振時(shí)：2.1.2-2

諧振條件2.1.2-3諧振特性諧振條件:若不成立諧振時(shí)Z為實(shí)數(shù),故2.諧振頻率f03.品質(zhì)因數(shù)

諧振時(shí)電感支路或者電容支路的電流幅值為外加電流源IS的

QP倍。因此，并聯(lián)諧振又稱為電流諧振。一般Q為幾十到幾百，因此信號(hào)源的電流不是很大，而支路內(nèi)的電流卻是很大。4.廣義失諧

表示回路失諧大小的量

1.諧振曲線

串聯(lián)回路用電流比來(lái)表示，并聯(lián)回路用電壓比來(lái)表示?；芈范穗妷?/p>

諧振時(shí)回路端電壓由此可作出諧振曲線

2.1.2-4諧振曲線、相頻特性和通頻帶在小失諧時(shí)：結(jié)論：相角：2.

相頻特性

串聯(lián)電路里

是指回路電流與信號(hào)源電壓的相角差。而并聯(lián)電路是是指回路端電壓對(duì)信號(hào)源電流Is的相角差。

=

p

時(shí)

=0回路呈純阻

>

p

時(shí)

<0回路呈容性

<

p

時(shí)

>0回路呈感性

相頻曲線如圖所示

當(dāng)回路端電壓下降到最大值的時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍

即絕對(duì)通頻帶

相對(duì)通頻帶3.通頻帶2.1.2-5

信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻對(duì)并聯(lián)諧振回路的影響

例2-1：有一并聯(lián)諧振回路如圖，并聯(lián)回路的無(wú)載Q值

Qp=80，諧振電阻

Rp=25k

，諧振頻率fo

=30MHz，信號(hào)源電流幅度Is=0.1mA(1)若信號(hào)源內(nèi)阻Rs=10k，當(dāng)負(fù)載電阻RL不接時(shí)，問(wèn)通頻帶B和諧振時(shí)輸出電壓幅度Vo是多少？(2)若Rs=6k，RL=2k，求此時(shí)的通頻帶B和Vo

是多少？解：(1)∵

Rs=10k

，而(2)

故并聯(lián)電阻愈小，即QL越低，通帶