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(wú)源元件和無(wú)源網(wǎng)絡(luò)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?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（器）、電容（器）和電感（器）,它們都屬于無(wú)源的線性元件。高頻電路中完成信號(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(xiàn)有電阻特性的一面，而且還表現(xiàn)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(guān)系如圖所示。1章諧振回路和濾波電路（上）5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(yīng)的影響。所謂集膚效應(yīng)是指隨著工作頻率的增高，流過(guò)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(méi)有電流流過(guò)，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，電阻r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(wú)線電技術(shù)中通常不是直接用等效電阻r，而是引入線圈的品質(zhì)因數(shù)這一參數(shù)來(lái)表示線圈的損耗性能。

品質(zhì)因數(shù)定義為無(wú)功功率與有功功率之比（1.1.1）設(shè)流過(guò)電感線圈的電流為I，則電感L上的無(wú)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(zhì)因數(shù)

（1.1.2） Q值是一個(gè)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(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(shù)。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1-2兩端的導(dǎo)納（或阻抗）應(yīng)等于右圖中1’-2’兩端的導(dǎo)納（或阻抗），即（1.1.3）由上式，并用式(1.1.2)就可以得到當(dāng)Q＞＞1時(shí)，則

rL12RLP1’2’1章諧振回路和濾波電路（上）8

(1.1.4)由上述結(jié)果表明，一個(gè)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(jí)，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(shù)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(shí)，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(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(guān)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(shí)，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(shuō)明電容器損耗的大小，引入電容器的品質(zhì)因數(shù)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(zhì)材料決定。Q值可達(dá)幾千到幾萬(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:當(dāng)Q＞＞1時(shí)，它們近似式為上面分析表明，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(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，利用它的非線性特性。變?nèi)荻O管主要應(yīng)用于壓控振蕩器、角度調(diào)制、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。1章諧振回路和濾波電路（上）13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(diào)幅、檢波、混頻、調(diào)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(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(dǎo)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(jù)品質(zhì)因數(shù)的定義，串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)為可見(jiàn)等效結(jié)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(jié)論：