第1章-諧振回路和濾波電路(上)

第1章諧振回路和濾波電路（上）1章諧振回路和濾波電路（上）11.1高頻電路中的元器件1.2諧振電路1.3LC回路阻抗變換作用1.4耦合振蕩回路1.5濾波器1章諧振回路和濾波電路（上）21.1高頻電路中的元器件各種高頻電路基本上是由有源器件、無源元件和無源網絡組成的。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，但是注意它們在高頻使用時的高頻特性。高頻電路中的元件主要是電阻（器）、電容（器）和電感（器）,它們都屬于無源的線性元件。高頻電路中完成信號的放大，非線性變換等功能的有源器件主要是二極管，晶體管和集成電路。1章諧振回路和濾波電路（上）31.1.1高頻電路中的元件電阻高頻電路中的電阻不僅表現有電阻特性的一面，而且還表現有電抗特性的一面（高頻特性）。高頻電路中的電阻的等效電路。其中：CR分布電容，LR引線電感，R電阻。1章諧振回路和濾波電路（上）4電感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：RL損耗電阻，CL分布電容，L電感。高頻電路中電感的阻抗與頻率的關系如圖所示。1章諧振回路和濾波電路（上）5在分析一般長、中、短波頻段電路時，通常忽略分布電容的影響。因而，電感線圈的等效電路可以表示為電感L和電阻r串聯(lián)，如圖所示。電阻r隨頻率增高而增加，這主要是集膚效應的影響。所謂集膚效應是指隨著工作頻率的增高，流過導線的交流電流向導線表面集中這一現象，當頻率很高時，導線中心部位幾乎完全沒有電流流過，這相當于把導線的橫截面積減小為導線的圓環(huán)面積，導電的有效面積較直流時大為減小，電阻r增大。工作頻率越高，圓環(huán)的面積越小，導線電阻就越大。電感線圈的串聯(lián)等效電路rL1章諧振回路和濾波電路（上）6在無線電技術中通常不是直接用等效電阻r，而是引入線圈的品質因數這一參數來表示線圈的損耗性能。

品質因數定義為無功功率與有功功率之比（1.1.1）設流過電感線圈的電流為I，則電感L上的無功功率為

I2ωL

，而線圈的損耗功率，即電阻r的消耗功率為I2r，故由式（1.1.1）得到電感的品質因數

（1.1.2） Q值是一個比值，它是感抗ωL與損耗電阻r之比，Q值越高損耗越小，一般情況下,線圈的Q值通常在幾十到一二百左右。

1章諧振回路和濾波電路（上）7在電路分析中，為了計算方便，有時需要把電感與電阻串聯(lián)形式的線圈等效電路轉換為電感與電阻的并聯(lián)形式。下圖中的LP、R表示并聯(lián)形式的參數。電感線圈串、并聯(lián)等效電路根據等效電路的原理，在左圖中1-2兩端的導納（或阻抗）應等于右圖中1’-2’兩端的導納（或阻抗），即（1.1.3）由上式，并用式(1.1.2)就可以得到當Q＞＞1時，則

rL12RLP1’2’1章諧振回路和濾波電路（上）8

(1.1.4)由上述結果表明，一個高Q電感線圈，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。在兩種形式中，電感值近似不變，串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻的乘積等于感抗的平方。由式(1.1.4)看出，r越小R就越大，即損耗小，反之，則損耗大。一般地，r為幾歐的量級，變換成R則為幾十到幾百千歐。Q也可以用并聯(lián)形式的參數表示。由式(1.1.4)有上式代入(1.1.2)得

上式表明，若以并聯(lián)形式表示Q時，則為并聯(lián)電阻與感抗之比。1章諧振回路和濾波電路（上）9電容高頻電路中的電容不僅表現有電容的特性，而且還具有電感和電阻的特性，其等效電路如圖所示。其中：RC損耗電阻，LC引線電感，C電容。高頻電路中的電容容抗與頻率的關系如圖所示。

1章諧振回路和濾波電路（上）10在分析一般米波以下頻段的諧振回路時，常常只考慮電容和損耗。電容器的等效電路也有兩種形式，如圖所示。R

rc為了說明電容器損耗的大小，引入電容器的品質因數Q，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)電阻與容抗之比。

電容器的串、并聯(lián)等效電路Cp1章諧振回路和濾波電路（上）11（1.1.6）電容器損耗電阻的大小主要由介質材料決定。Q值可達幾千到幾萬的數量級，與電感線圈相比,電容器的損耗常常忽略不計。同理，可以推導出上圖串、并聯(lián)電路的變換式:當Q＞＞1時，它們近似式為上面分析表明，一個實際的電容器，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。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的平方。1章諧振回路和濾波電路（上）121.1.2高頻電路中的有源器件二極管半導體二極管在高頻電路中主要用于檢波、調制、解調以及混頻等非線性電路中，利用它的非線性特性。變容二極管主要應用于壓控振蕩器、角度調制、角度解調以及反饋控制電路中，利用它的等效電容的可控特性。1章諧振回路和濾波電路（上）13晶體管與場效應管高頻小功率管：用于高頻小信號放大，要求有高增益和低噪聲。高頻功率管：用于高頻信號功率放大，要求有較大的允許管耗和較大的輸出功率。集成電路通用型，如：集成模擬乘法器MC1496、MC1495等可用于調幅、檢波、混頻、調頻、鑒頻等。專用型，如：正交鑒頻器5G32，窄帶發(fā)射集成電路MC2833，窄帶接收集成電路MC3361等。1章諧振回路和濾波電路（上）14

1.1.3串并聯(lián)阻抗的等效變換

下圖是一個串聯(lián)電路與并聯(lián)電路的等效互換圖。設串聯(lián)電路是由X1與R1組成，R1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X2與R2組成。所謂“等效”是指在工作頻率相同的條件下，AB兩端的阻抗和導納相等。也就是(1.1.7)

得：(1.1.8)

1章諧振回路和濾波電路（上）15R1X1X2R2根據品質因數的定義，串聯(lián)電路的品質因數為可見等效結果Q不變。即代入上式得等效互換電路1章諧振回路和濾波電路（上）16可得以下結論：