高频电子线路章节.ppt

高频电子线路高频电子线路南昌大学共青学院南昌大学共青学院信息工程系信息工程系 第一章第一章 绪绪 论论v无线通信发展简史无线通信发展简史v通信系统的组成及各部分功能通信系统的组成及各部分功能v无线电波的基本特点无线电波的基本特点v非线性电路的基本概念非线性电路的基本概念v本课程的主要内容及特点本课程的主要内容及特点主要内容：主要内容：无线电通信发展简史无线电通信发展简史18371837年莫尔斯发明电报，创造莫尔斯电码，开创通信的新纪元；年莫尔斯发明电报，创造莫尔斯电码，开创通信的新纪元；1864 1864年英国物理学家麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在，年英国物理学家麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在，推断电磁波能在空间和媒质中传播，为后来的无线电发明和发展推断电磁波能在空间和媒质中传播，为后来的无线电发明和发展奠定了坚实的理论基础；奠定了坚实的理论基础；18761876年贝尔发明电话，能够直接将语言信号变为电信号沿年贝尔发明电话，能够直接将语言信号变为电信号沿导线传送；导线传送；18871887年德国物理学家赫兹以卓越的实验技巧证实了年德国物理学家赫兹以卓越的实验技巧证实了电磁波是客观存在的；电磁波是客观存在的；18951895年马可尼首次在几百米的距离实现电磁波通信，年马可尼首次在几百米的距离实现电磁波通信，19011901年年首次完成横渡大西洋的通信；首次完成横渡大西洋的通信；19041904年，弗莱明发明电子二极管，进入无线电电子学时年，弗莱明发明电子二极管，进入无线电电子学时代；代；1907 1907年李年李德德福雷斯特发明了电子三极管，用它可组成福雷斯特发明了电子三极管，用它可组成多种重要功能的电子线路；多种重要功能的电子线路；无线电通信发展简史无线电通信发展简史19481948年肖克莱等人发明了晶体三极管，它在许多方面已取代了电年肖克莱等人发明了晶体三极管，它在许多方面已取代了电子管的传统地位；子管的传统地位；2020世纪世纪6060年代开始出现将年代开始出现将“管管”、“路路”结合起来的集成电路。结合起来的集成电路。无线电通信发展简史无线电通信发展简史1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l通信系统：通信系统：用电信号（或光信号）传输信号的系统用电信号（或光信号）传输信号的系统 称为通信系统，也称电信系统。称为通信系统，也称电信系统。l通信系统的组成：通信系统的组成：一般通信系统由输入、输出变换器，发一般通信系统由输入、输出变换器，发 送、接收设备和信道等组成。送、接收设备和信道等组成。1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l无线通信系统组成框图无线通信系统组成框图l各部分作用各部分作用1)信息源：提供需要传送的信息；信息源：提供需要传送的信息；2)输入变换器：将信息源（图像、声音等）的信输入变换器：将信息源（图像、声音等）的信息变换成电信号，把该信号称为基带信号；息变换成电信号，把该信号称为基带信号；3)发射机：将基带信号进行某种处理，并以足够发射机：将基带信号进行某种处理，并以足够的功率送入信道，以实现有效的传送，其中最的功率送入信道，以实现有效的传送，其中最主要的处理为调制，调制后的信号称为已调信主要的处理为调制，调制后的信号称为已调信号，或已调波；号，或已调波；1.1、通信与通信系统、通信与通信系统4）信道：信息的传送通道，又称传输媒介。信道信道：信息的传送通道，又称传输媒介。信道可分为无线信道和有线信道两大类；可分为无线信道和有线信道两大类；5）接收机：把由信道传送过来的已调信号取出并）接收机：把由信道传送过来的已调信号取出并进行处理，得到与发送相对应的原基带信号，进行处理，得到与发送相对应的原基带信号，把这一过程称为解调；把这一过程称为解调；6）输出变换器：把基带信号恢复成原来形式的信）输出变换器：把基带信号恢复成原来形式的信息。息。1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l通信系统按传输的基带信号不同，分为模拟通信系统和通信系统按传输的基带信号不同，分为模拟通信系统和数字通信系统两大类。数字通信系统两大类。1）模拟通信系统：直接传输模拟信号（即基带信号为）模拟通信系统：直接传输模拟信号（即基带信号为模拟信号）的通信系统模拟信号）的通信系统,称为模拟通信系统。称为模拟通信系统。典型的模拟通信系统的发送设备的组成框图和接收典型的模拟通信系统的发送设备的组成框图和接收设备的组成框图分别如图设备的组成框图分别如图2和图和图3所示。所示。图图2为调幅发射机的组成框图。为调幅发射机的组成框图。图图3为超外差式调幅接收机的组成框图。为超外差式调幅接收机的组成框图。2）数字通信系统：传输数字信号（即基带信号为数字）数字通信系统：传输数字信号（即基带信号为数字信号）的通信系统信号）的通信系统,称为数字通信系统。称为数字通信系统。1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l典型调幅发送设备的组成框图典型调幅发送设备的组成框图1.1、通信与通信系统、通信与通信系统1.1、通信与通信系统、通信与通信系统 调幅发射机各部分的作用调幅发射机各部分的作用l高频振荡器：高频振荡器：产生高频电振荡信号，这种高频电波是用来运产生高频电振荡信号，这种高频电波是用来运载基带信号，称为载波，或载频。载基带信号，称为载波，或载频。l倍频器：倍频器：输出信号的频率是输入信号频率整数倍的电路，输出信号的频率是输入信号频率整数倍的电路，称为倍频器。作用提高高频振荡频率。称为倍频器。作用提高高频振荡频率。l高频放大器：高频放大器：把振荡器产生的高频振荡放大到一定的幅度。把振荡器产生的高频振荡放大到一定的幅度。1.1、通信与通信系统、通信与通信系统 调幅发射机各部分的作用调幅发射机各部分的作用l高频功率放大器与调幅器：高频功率放大器与调幅器：作用是将输入的高频载波信号和低频调制信号作用是将输入的高频载波信号和低频调制信号 变换成高频已调信号，并以足够大的功率输送变换成高频已调信号，并以足够大的功率输送 到天线，然后辐射到空间；到天线，然后辐射到空间；l话筒（拾音器）：话筒（拾音器）：输入变换器，它的作用是把声音信源转变成电输入变换器，它的作用是把声音信源转变成电信号，称为音频信号，即基带信号或调制信号；信号，称为音频信号，即基带信号或调制信号；l低频放大器：低频放大器：把话筒变换的音频信号放大到一定的幅度，以实把话筒变换的音频信号放大到一定的幅度，以实现一定的调制度。现一定的调制度。l调制调制1)什么是调制？什么是调制？把待传送基带信号（调制信号）把待传送基带信号（调制信号）“装载装载”到高到高频频 振荡信号上去的过程。振荡信号上去的过程。2)三种信号三种信号 调制信号、载波信号和已调信号调制信号、载波信号和已调信号3)三种调制方式三种调制方式 调幅（调幅（AM）、调频（）、调频（FM）和调相（）和调相（PM）1.1、通信与通信系统、通信与通信系统 调幅发射机各部分的作用调幅发射机各部分的作用1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l为什么要调制为什么要调制 因为信号源直接发送存在的问题，主要有以下两点：因为信号源直接发送存在的问题，主要有以下两点：1)天线尺寸天线尺寸 天线尺寸与被辐射信号的波长相比拟时（波长天线尺寸与被辐射信号的波长相比拟时（波长的的1/101），信号才能被天线有效的辐射出去。对于音），信号才能被天线有效的辐射出去。对于音频范围频范围20Hz20kHz来说，这样的天线不可能实现。来说，这样的天线不可能实现。2)信号选择信号选择 如果直接发射，多家电台的发射信号频率范围大致如果直接发射，多家电台的发射信号频率范围大致相同，接收机无法区分。相同，接收机无法区分。l三种调制方式三种调制方式 用待传送基带信号去改变高频振荡信号的某一用待传送基带信号去改变高频振荡信号的某一参量，就可以实现调制。参量，就可以实现调制。l振幅调制：用基带信号去改变高频振荡信号的振幅调制：用基带信号去改变高频振荡信号的振幅，则称为振幅调制，简称调幅；振幅，则称为振幅调制，简称调幅；l频率调制：用基带信号去改变高频振荡信号的频率调制：用基带信号去改变高频振荡信号的频率，则称为频率调制，简称调频；频率，则称为频率调制，简称调频；l相位调制：用基带信号去改变高频振荡信号的相位调制：用基带信号去改变高频振荡信号的相位，则称为相位调制，简称调相。相位，则称为相位调制，简称调相。1.1、通信与通信系统、通信与通信系统 调幅发射机各部分的作用调幅发射机各部分的作用l典型超外差调幅接收设备的组成框图典型超外差调幅接收设备的组成框图1.1、通信与通信系统、通信与通信系统1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l超外差接收机超外差接收机1)什么是超外差接收机？什么是超外差接收机？为了提高接收机的性能，目前广泛采用超外为了提高接收机的性能，目前广泛采用超外 差接收方式，超外差接收机的结构特点是具差接收方式，超外差接收机的结构特点是具 有混频器。接收机将天线接收的高频已调信有混频器。接收机将天线接收的高频已调信 号的载波信号经高频放大器进行初步的选择号的载波信号经高频放大器进行初步的选择 和放大，并抑制其它无用信号。高频放大器和放大，并抑制其它无用信号。高频放大器 输出的载频为已调信号输出的载频为已调信号 和本地振荡器所提和本地振荡器所提 供的频率为供的频率为 的高频等幅信号同时输入混频的高频等幅信号同时输入混频1.1、通信与通信系统、通信与通信系统 器，在其输出端就可获得载频频率固定的信器，在其输出端就可获得载频频率固定的信 号号 ，通常取，通常取 ，把此频率称为，把此频率称为 中频信号，此中频信号经中频放大器放大到中频信号，此中频信号经中频放大器放大到 足够值，然后经解调器解调，可恢复出原基足够值，然后经解调器解调，可恢复出原基 带信号，经低频放大后输出。带信号，经低频放大后输出。2)混频器的作用混频器的作用 混频的作用是将接收的已调信号的载频频率混频的作用是将接收的已调信号的载频频率 变为一固定中频信号。超外差接收机的结构变为一固定中频信号。超外差接收机的结构 特点是具有混频器。特点是具有混频器。1.1、通信与通信系统、通信与通信系统l解调解调信号的信号的“卸载卸载”1)什么是解调？什么是解调？从高频已调波信号中从高频已调波信号中“取出取出”调制信号的过程。调制信号的过程。2)解调的三种方式解调的三种方式 对调幅波的解调对调幅波的解调检波检波 对调频波的解调对调频波的解调鉴频鉴频 对调相波的解调对调相波的解调鉴相鉴相1.2、无线电波的基本特点、无线电波的基本特点l无线电波是一种电磁波，其传播速度与光速相无线电波是一种电磁波，其传播速度与光速相同，且有同，且有=c/f。l无线电波具有直射、绕射、反射与折射等现象。无线电波具有直射、绕射、反射与折射等现象。l无线电波的三种传播途径（如图）：无线电波的三种传播途径（如图）：l无线电波的波段划分表：无线电波的波段划分表：1.2、无线电波的基本特点、无线电波的基本特点波段名称波段名称波长范围波长范围频段名称频段名称频率范围频率范围主要用途主要用途长波长波LW103104m低频低频(LF)30300kHz长距离点与点通信长距离点与点通信中波中波MW102103m中频中频(MF)3003000kHz广播、船舶、飞行通信广播、船舶、飞行通信短波短波SW10102m高频高频(HF)330kHz短波广播、军事通信短波广播、军事通信米波米波110m甚高频甚高频(VHF)30300MHz电视、调频广播、雷达电视、调频广播、雷达分米波分米波110dm特高频特高频(UHF)3003000MHz电视、雷达、移动通信电视、雷达、移动通信厘米波厘米波110cm超高频超高频(SHF)330GHz雷达、中继、卫星通信雷达、中继、卫星通信毫米波毫米波110mm极高频极高频(EHF)30300GHz射电天文、卫星、雷达射电天文、卫星、雷达1.3、非线性电路的基本概念、非线性电路的基本概念l非线性元器件非线性元器件 电子元器件按工作特性分为线性元器件和非线性元电子元器件按工作特性分为线性元器件和非线性元器件两种。非线性元器件和线性元器件主要差别在于其器件两种。非线性元器件和线性元器件主要差别在于其工作特性是非线性的，它的参数不是一个常数，它的参工作特性是非线性的，它的参数不是一个常数，它的参数和外加电压或通过的电流大小有关。各种二极管、晶数和外加电压或通过的电流大小有关。各种二极管、晶体管等电子器件都是非线性器件，而常见的电阻器、平体管等电子器件都是非线性器件，而常见的电阻器、平板电容和空心电感线圈等都是线性器件。图板电容和空心电感线圈等都是线性器件。图1.3.1为线性为线性与非线性电阻器件的伏安特性曲线。从图可见线性电阻与非线性电阻器件的伏安特性曲线。从图可见线性电阻器件的伏安特性是过坐标原点的一条直线，即流过电阻器件的伏安特性是过坐标原点的一条直线，即流过电阻器的电流器的电流i与加在电阻器两端的电压与加在电阻器两端的电压u成正比；而非线性成正比；而非线性电阻器件的伏安特性是非线性的，即流过非线性电阻器电阻器件的伏安特性是非线性的，即流过非线性电阻器的电流的电流i与加在电阻器两端的电压与加在电阻器两端的电压u不成正比。不成正比。1.3、非线性电路的基本概念、非线性电路的基本概念l线性电路线性电路 全部由线性或处于线性工作状态的元器件组全部由线性或处于线性工作状态的元器件组成的电路，称为线性电路。成的电路，称为线性电路。l非线性电路非线性电路 电路中只要含有一个元器件是非线性的或处于非线电路中只要含有一个元器件是非线性的或处于非线性工作状态，称为非线性电路。但是当作用在非线性器性工作状态，称为非线性电路。但是当作用在非线性器件上的信号很小、工作点取得适当时非线性器件近似处件上的信号很小、工作点取得适当时非线性器件近似处于线性工作状态，可当作线性器件。例如在模拟电子技于线性工作状态，可当作线性器件。例如在模拟电子技术中的晶体三级管放大器，在小信号作用下，在直流工术中的晶体三级管放大器，在小信号作用下，在直流工作点作点Q处可近似作为线性器件，微变等效分析法，就是处可近似作为线性器件，微变等效分析法，就是基于这一点为基础的。基于这一点为基础的。1.3、非线性电路的基本概念、非线性电路的基本概念l非线性电路的基本特点非线性电路的基本特点1）非线性电路能够产生新的频率分量，具有频率）非线性电路能够产生新的频率分量，具有频率 变换作用；变换作用；2）非线性电路分析上不适用叠加定理；）非线性电路分析上不适用叠加定理；3）当作用信号很小、工作点取得适当时，非线性）当作用信号很小、工作点取得适当时，非线性电路可近似按线性电路进行分析。电路可近似按线性电路进行分析。1.4、本课程的主要内容及特点、本课程的主要内容及特点 本课程主要是研究通信系统中共用的基本本课程主要是研究通信系统中共用的基本单元电路，其内容包括高频小信号放大器、高单元电路，其内容包括高频小信号放大器、高频功率放大器、正弦波振荡器、调制与解调电频功率放大器、正弦波振荡器、调制与解调电路、混频电路、反馈控制电路等。除了高频小路、混频电路、反馈控制电路等。除了高频小信号放大器为线性电路，其余都属于非线性电信号放大器为线性电路，其余都属于非线性电子线路。因此要注意以下几点：子线路。因此要注意以下几点：1）非线性电子线路分析的复杂性；）非线性电子线路分析的复杂性；2）非线性电子线路种类和电路形式的多）非线性电子线路种类和电路形式的多样性；样性；3）非线性电子线路具有很强的实践性。）非线性电子线路具有很强的实践性。小小 结结l高频电子线路的典型应用是通信系统；高频电子线路的典型应用是通信系统；l通信系统由发射设备、接收设备和传输媒介三部通信系统由发射设备、接收设备和传输媒介三部分组成；分组成；l电信号的发射与接收的关键是调制与解调；电信号的发射与接收的关键是调制与解调；l高放、混频、本振、调制、解调等相关知识是本高放、混频、本振、调制、解调等相关知识是本课程要解决的问题；课程要解决的问题；l了解无线电信号所具有的基本特点是必备的基本了解无线电信号所具有的基本特点是必备的基本知识。知识。课堂练习一课堂练习一 1.如果广播电台发射的信号频率为如果广播电台发射的信号频率为 =936KHz,接收机中频接收机中频=455KHz,问接收机本振频率问接收机本振频率问多少？问多少？解：解：936KHz455KHz1391KHz答：接收机本振频率为答：接收机本振频率为1391KHz。课堂练习二课堂练习二2.如果高频载波频率为如果高频载波频率为150MHZ,问问/4天线应长？天线应长？解：解：频率等于光速频率等于光速C除以波长除以波长,即即 C,则：则：C,3 150 2(米米),/4240.5(米米)答：答：/4天线应天线应0.5米长。米长。课堂练习三课堂练习三3.中波广播波段的波长范围为中波广播波段的波长范围为187560米米,问其波率问其波率范围为范围为?解：解：频率频率 等于光速等于光速C除以波长除以波长,即即 C ,则：则：560米时，米时，3 560536 KHz 187米时，米时，3 1871604 KHz 答：波率范围为答：波率范围为536 KHz 1604 KHz。第2章 小信号选频放大器 概述 在高频电路中，调谐放大器是一种最基在高频电路中，调谐放大器是一种最基在高频电路中，调谐放大器是一种最基在高频电路中，调谐放大器是一种最基本、最常见的电路形式。它是高频放大器的本、最常见的电路形式。它是高频放大器的本、最常见的电路形式。它是高频放大器的本、最常见的电路形式。它是高频放大器的一种。一种。一种。一种。高频小信号调谐放大器是由调谐回路与高频小信号调谐放大器是由调谐回路与高频小信号调谐放大器是由调谐回路与高频小信号调谐放大器是由调谐回路与晶体管相结合而成，其突出优点是增益高，晶体管相结合而成，其突出优点是增益高，晶体管相结合而成，其突出优点是增益高，晶体管相结合而成，其突出优点是增益高，有明显的选频性能，广泛地应用于各类接收有明显的选频性能，广泛地应用于各类接收有明显的选频性能，广泛地应用于各类接收有明显的选频性能，广泛地应用于各类接收设备中。设备中。设备中。设备中。接收天线所感应的电台的高频信号是很接收天线所感应的电台的高频信号是很接收天线所感应的电台的高频信号是很接收天线所感应的电台的高频信号是很微弱的，一般只有几微伏到几毫伏，而接收微弱的，一般只有几微伏到几毫伏，而接收微弱的，一般只有几微伏到几毫伏，而接收微弱的，一般只有几微伏到几毫伏，而接收 设备内解调器的输入电压，最好能达到设备内解调器的输入电压，最好能达到设备内解调器的输入电压，最好能达到设备内解调器的输入电压，最好能达到 1 1 伏伏伏伏 左右，这就要求接收机对高频信号的放大能左右，这就要求接收机对高频信号的放大能左右，这就要求接收机对高频信号的放大能左右，这就要求接收机对高频信号的放大能 力要达到几千倍到力要达到几千倍到力要达到几千倍到力要达到几千倍到1010万倍左右。万倍左右。万倍左右。万倍左右。第2章 小信号选频放大器 概述 另外另外接收机天线所感应的信号，除了有要接接收机天线所感应的信号，除了有要接接收机天线所感应的信号，除了有要接接收机天线所感应的信号，除了有要接收的电台信号外，还有许多不需要的信号（称干收的电台信号外，还有许多不需要的信号（称干收的电台信号外，还有许多不需要的信号（称干收的电台信号外，还有许多不需要的信号（称干扰信号）显然如果采用没有选择性的放大器进行扰信号）显然如果采用没有选择性的放大器进行扰信号）显然如果采用没有选择性的放大器进行扰信号）显然如果采用没有选择性的放大器进行放大，势必使要接收的信号被淹没在其它电台的放大，势必使要接收的信号被淹没在其它电台的放大，势必使要接收的信号被淹没在其它电台的放大，势必使要接收的信号被淹没在其它电台的干扰中。为了解决这个问题，通常在放大器中接干扰中。为了解决这个问题，通常在放大器中接干扰中。为了解决这个问题，通常在放大器中接干扰中。为了解决这个问题，通常在放大器中接入选频网络。这样构成调谐放大器，不仅具有放入选频网络。这样构成调谐放大器，不仅具有放入选频网络。这样构成调谐放大器，不仅具有放入选频网络。这样构成调谐放大器，不仅具有放大作用，而且有选频能力。选频网络可以用大作用，而且有选频能力。选频网络可以用大作用，而且有选频能力。选频网络可以用大作用，而且有选频能力。选频网络可以用 LC LC 谐振回路组成，也可以由集中选频滤波器构成。谐振回路组成，也可以由集中选频滤波器构成。谐振回路组成，也可以由集中选频滤波器构成。谐振回路组成，也可以由集中选频滤波器构成。由集中选频滤波器和宽带放大器构成的集中选频由集中选频滤波器和宽带放大器构成的集中选频由集中选频滤波器和宽带放大器构成的集中选频由集中选频滤波器和宽带放大器构成的集中选频放大器，它具有选择性好、性能稳定、不需调整放大器，它具有选择性好、性能稳定、不需调整放大器，它具有选择性好、性能稳定、不需调整放大器，它具有选择性好、性能稳定、不需调整等优点，因此在现代通信设备中得到广泛应用。等优点，因此在现代通信设备中得到广泛应用。等优点，因此在现代通信设备中得到广泛应用。等优点，因此在现代通信设备中得到广泛应用。第2章 小信号选频放大器LC谐振回路小信号谐振放大器集中选频放大器主要内容：2.1 LC谐振回路概述 LC LC 谐振回路是高频电路里最常用谐振回路是高频电路里最常用的无源选频网络，包括并联回路和串联回路的无源选频网络，包括并联回路和串联回路两种结构类型。两种结构类型。利用利用LCLC谐振回路的幅（度）频（率）谐振回路的幅（度）频（率）特性和相（位）频（率）特性，不仅可以进特性和相（位）频（率）特性，不仅可以进行选频，即从输入信号中选择出有用频率分行选频，即从输入信号中选择出有用频率分量而抑制掉无用频率分量或噪声（例如在选量而抑制掉无用频率分量或噪声（例如在选频放大器和正弦波振荡器中），而且还可以频放大器和正弦波振荡器中），而且还可以2.1 LC谐振回路概述 进行信号的频幅转换和频相转换（例如在斜进行信号的频幅转换和频相转换（例如在斜率鉴频和相位鉴频电路里）。另外，用率鉴频和相位鉴频电路里）。另外，用L L、CC元件还可以组成各种形式的阻抗变换电路元件还可以组成各种形式的阻抗变换电路和匹配电路。所以，和匹配电路。所以，LCLC谐振回路虽然结构谐振回路虽然结构简单，但是在高频电路里却是不可缺少的重简单，但是在高频电路里却是不可缺少的重要组成部分，在本书所介绍的各种功能的高要组成部分，在本书所介绍的各种功能的高频电路单元里几乎都离不开它。因此本章先频电路单元里几乎都离不开它。因此本章先介绍介绍LCLC并联谐振回路的基本特性。并联谐振回路的基本特性。2.1.1 并联谐振回路的选频特性谐振回路谐振回路 谐振回路由电感线圈和电容器组成，它具有谐振回路由电感线圈和电容器组成，它具有选择信号及阻抗变换作用。选择信号及阻抗变换作用。LCLC并联谐振回路并联谐振回路 图图2.1.12.1.1是电感是电感L L、电容、电容CC和外加信号源组成的和外加信号源组成的并联谐振回路。并联谐振回路。r r是电感是电感L L的等效损耗电阻，电容的的等效损耗电阻，电容的损耗一般可以忽略。损耗一般可以忽略。为电流源，为电流源，为并联回路两为并联回路两端输出电压。端输出电压。根据电路分析基础知识，根据电路分析基础知识，可以直接给出可以直接给出LCLC并并联谐振回路的某些主要参数及其表达式：联谐振回路的某些主要参数及其表达式：2.1.1 并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的阻抗频率特性图2.1.1 并联谐振回路 2.1.1并联谐振回路的选频特性1)1)并联谐振回路的等效阻抗并联谐振回路的等效阻抗并联谐振回路的等效阻抗并联谐振回路的等效阻抗Z:Z:通常通常通常通常r r很小很小很小很小,当当当当r r L L,Z,Z可用下式表示可用下式表示可用下式表示可用下式表示 :2.1.1并联谐振回路的选频特性 2)2)并联谐振回路谐振时的等效阻抗并联谐振回路谐振时的等效阻抗并联谐振回路谐振时的等效阻抗并联谐振回路谐振时的等效阻抗,简称简称简称简称谐振电阻谐振电阻谐振电阻谐振电阻 当当当当 时时时时,称并联回路谐振称并联回路谐振称并联回路谐振称并联回路谐振,此时并此时并此时并此时并联谐振回路谐振的等效阻抗为纯电阻且最大联谐振回路谐振的等效阻抗为纯电阻且最大联谐振回路谐振的等效阻抗为纯电阻且最大联谐振回路谐振的等效阻抗为纯电阻且最大,从从从从式式式式(2.1.2)(2.1.2)可得可得可得可得:2.1.1并联谐振回路的选频特性 3)3)并联谐振回路的谐振频率并联谐振回路的谐振频率并联谐振回路的谐振频率并联谐振回路的谐振频率 当当当当 时时时时,称并联回路谐振称并联回路谐振称并联回路谐振称并联回路谐振,此时并此时并此时并此时并联谐振回路谐振的谐振频率联谐振回路谐振的谐振频率联谐振回路谐振的谐振频率联谐振回路谐振的谐振频率 :或或或或2.1.1并联谐振回路的选频特性 4)4)品质因数品质因数品质因数品质因数Q,Q,简称简称简称简称QQ值值值值 在在在在LCLC谐振回路中谐振回路中谐振回路中谐振回路中,为了评价谐振回路损耗为了评价谐振回路损耗为了评价谐振回路损耗为了评价谐振回路损耗的大小的大小的大小的大小,引入了品质因数引入了品质因数引入了品质因数引入了品质因数Q,Q,通常称为通常称为通常称为通常称为QQ值值值值.Q Q值的定义值的定义值的定义值的定义:谐振回路谐振时的感抗谐振回路谐振时的感抗谐振回路谐振时的感抗谐振回路谐振时的感抗(或容抗或容抗或容抗或容抗)与回路等效与回路等效与回路等效与回路等效损耗电阻损耗电阻损耗电阻损耗电阻r r之比之比之比之比,即即即即 将式将式将式将式(2.1.4)(2.1.4)代入式代入式代入式代入式(2.1.5),(2.1.5),则得则得则得则得 2.1.1并联谐振回路的选频特性 品质因数品质因数品质因数品质因数QQ与并联谐振电阻与并联谐振电阻与并联谐振电阻与并联谐振电阻 的关系的关系的关系的关系 一般一般一般一般LCLC谐振回路的谐振回路的谐振回路的谐振回路的QQ值在几十到几百范围内值在几十到几百范围内值在几十到几百范围内值在几十到几百范围内,Q,Q值越大值越大值越大值越大,回路的损耗越小回路的损耗越小回路的损耗越小回路的损耗越小,其选频特性就越好。其选频特性就越好。其选频特性就越好。其选频特性就越好。将式将式将式将式(2.1.6)(2.1.6)代入代入代入代入(2.1.3)(2.1.3)可得可得可得可得 2.1.1并联谐振回路的选频特性 5)5)并联谐振回路阻抗频率特性并联谐振回路阻抗频率特性并联谐振回路阻抗频率特性并联谐振回路阻抗频率特性 将式将式将式将式(2.1.3)(2.1.3)、(2.1.4)(2.1.4)、(2.1.5)(2.1.5)代入代入代入代入(2.1.2)(2.1.2)可得并联谐振回路阻抗频率特性电性可得并联谐振回路阻抗频率特性电性可得并联谐振回路阻抗频率特性电性可得并联谐振回路阻抗频率特性电性:(2.1.8)(2.1.8)2.1.1并联谐振回路的选频特性 6)并联回路阻抗频率特性和相频特性 通常，谐振回路主要研究谐振频率通常，谐振回路主要研究谐振频率通常，谐振回路主要研究谐振频率通常，谐振回路主要研究谐振频率 附近附近附近附近特性。由于特性。由于特性。由于特性。由于 十分接近十分接近十分接近十分接近 ，故可以近似认为，故可以近似认为，故可以近似认为，故可以近似认为 ，并令，并令，并令，并令 ，则式则式则式则式(2.1.8)(2.1.8)可写成可写成可写成可写成 (2.1.9)(2.1.9)2.1.1并联谐振回路的选频特性 则并联谐振回路的阻抗频率特性和相频特性则并联谐振回路的阻抗频率特性和相频特性可分别为：可分别为：阻抗频率特性阻抗频率特性 (2.1.10)(2.1.10)相频特性相频特性 (2.1.11)(2.1.11)2.1.1并联谐振回路的选频特性 根据式根据式根据式根据式(2.1.10)(2.1.10)和式和式和式和式(2.1.11)(2.1.11)可作出并联可作出并联可作出并联可作出并联谐振回路的阻抗频率特性曲线谐振回路的阻抗频率特性曲线谐振回路的阻抗频率特性曲线谐振回路的阻抗频率特性曲线(a)(a)和相频特性曲和相频特性曲和相频特性曲和相频特性曲线线线线(b)(b)图图图图2.1.2 2.1.2 并联谐振回路特性曲线并联谐振回路特性曲线并联谐振回路特性曲线并联谐振回路特性曲线 2.1.1并联谐振回路的选频特性 由图可见，并联谐振回当由图可见，并联谐振回当 ，即谐振时回路阻抗最大且为纯电阻，相移即谐振时回路阻抗最大且为纯电阻，相移 。时，阻抗下降，相移增大。当时，阻抗下降，相移增大。当 时，回路呈容性，相移时，回路呈容性，相移 为负值，最大趋于负为负值，最大趋于负9090；当；当 时，回路呈感性，相移为正值，时，回路呈感性，相移为正值，最大趋于最大趋于9090。取不同的。取不同的 值，可以作出不同的值，可以作出不同的阻抗频率特性曲线和相频特性曲线，如图阻抗频率特性曲线和相频特性曲线，如图(2.1.2)(2.1.2)所示。并且，所示。并且，值大，值大，就大，阻抗频率特性曲就大，阻抗频率特性曲线更尖锐，相移曲线在谐振频率附近变化更陡峭。线更尖锐，相移曲线在谐振频率附近变化更陡峭。2.1.1并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的通频带和选择性并联谐振回路的通频带和选择性 1、电压谐振曲线 当维持信号源当维持信号源 的幅值不变时，只改变其频的幅值不变时，只改变其频率，并联回路两端电压率，并联回路两端电压 变化规律与回路阻抗变化规律与回路阻抗频率特性相同。则频率特性相同。则 (2.1.13)(2.1.13)2.1.1并联谐振回路的选频特性 1)输出电压的幅频特性 (2.1.14)2)输出电压的相频特性 (2.1.15）2.1.1并联谐振回路的选频特性 3)电压谐振曲线 图图2.1.3 2.1.3 并联谐振回路输出电压调谐曲线并联谐振回路输出电压调谐曲线并联谐振回路输出电压调谐曲线并联谐振回路输出电压调谐曲线 （a a）幅频特性）幅频特性 （b b）相频特性）相频特性 2.1.1并联谐振回路的选频特性 2 2、通频带、通频带 1)1)通频带的定义通频带的定义 当占有一定频带宽度的信号在并联回路中当占有一定频带宽度的信号在并联回路中传输时，由于幅频特性曲线的不均匀性，输出传输时，由于幅频特性曲线的不均匀性，输出电压便不可避免产生频率失真，为了限制谐振电压便不可避免产生频率失真，为了限制谐振回路频率失真的大小而规定了谐振回路的通频回路频率失真的大小而规定了谐振回路的通频 带。当带。当 值由最大值值由最大值 1 1 下降到下降到 0.707 0.707 时，所占有的频带宽度时，所占有的频带宽度 就是回路的通频就是回路的通频 带，用带，用 表示。表示。2.1.1并联谐振回路的选频特性 2)2)通频带的表达式通频带的表达式 (2.1.16)(2.1.16)式式(2.1.16)(2.1.16)说明，回路说明，回路Q Q值越高，幅频特性曲线值越高，幅频特性曲线越尖锐，通频带越窄；回路谐振频率越高，通越尖锐，通频带越窄；回路谐振频率越高，通频带越宽。频带越宽。2.1.1并联谐振回路的选频特性 3 3、选择性、选择性 选择性是指回路从含有各种不同频率信号总选择性是指回路从含有各种不同频率信号总和中选出有用信号、抑制干扰信号的能力。回路和中选出有用信号、抑制干扰信号的能力。回路的谐振曲线越尖锐，对无用信号的抑制能力就越的谐振曲线越尖锐，对无用信号的抑制能力就越强，选择性就越好。一般谐振回路工作在所需信强，选择性就越好。一般谐振回路工作在所需信号的中心频率上。号的中心频率上。选择性可用通频带以外无用信号的输出电压选择性可用通频带以外无用信号的输出电压 与谐振时输出电压与谐振时输出电压 之比来表示，之比来表示，越小，说明谐振回路抑制无用信号的能力越强，越小，说明谐振回路抑制无用信号的能力越强，选择性越好。选择性越好。2.1.1并联谐振回路的选频特性 1)20dB 1)20dB选择性选择性 在实际应用中，选择在实际应用中，选择 性常用谐振回路输出信性常用谐振回路输出信 号号 下降到输出电压下降到输出电压 的的0.10.1倍，即下降倍，即下降 20dB 20dB的通带，用的通带，用 来表示，如图来表示，如图2.1.42.1.4所示。所示。越小，回路的选越小，回路的选 择性就越好。择性就越好。图图2.1.42.1.42.1.1并联谐振回路的选频特性 2)矩形系数矩形系数 为了提高选择性、降低频率失真，要求谐为了提高选择性、降低频率失真，要求谐为了提高选择性、降低频率失真，要求谐为了提高选择性、降低频率失真，要求谐振回路的幅频特性应具有矩形形状，即在通频振回路的幅频特性应具有矩形形状，即在通频振回路的幅频特性应具有矩形形状，即在通频振回路的幅频特性应具有矩形形状，即在通频带内频率具有相同的输出幅度，而在通频带以带内频率具有相同的输出幅度，而在通频带以带内频率具有相同的输出幅度，而在通频带以带内频率具有相同的输出幅度，而在通频带以外无用信号输出为零，如图外无用信号输出为零，如图外无用信号输出为零，如图外无用信号输出为零，如图2.1.42.1.4虚线所示。然虚线所示。然虚线所示。然虚线所示。然而实际的谐振回路均不能满足上述要求，但为而实际的谐振回路均不能满足上述要求，但为而实际的谐振回路均不能满足上述要求，但为而实际的谐振回路均不能满足上述要求，但为了说明实际幅频特性曲线接近矩形的程度，常了说明实际幅频特性曲线接近矩形的程度，常了说明实际幅频特性曲线接近矩形的程度，常了说明实际幅频特性曲线接近矩形的程度，常 引用引用引用引用“矩形系数矩形系数矩形系数矩形系数”这一参数，用这一参数，用这一参数，用这一参数，用 符号表示。符号表示。符号表示。符号表示。2.1.1并联谐振回路的选频特性 矩形系数的的定义 (2.1.17)(2.1.17)显然，矩形系数越接近于显然，矩形系数越接近于1 1，则谐振回路幅频曲，则谐振回路幅频曲 线越接近于矩形，回路的选择性也就越好。线越接近于矩形，回路的选择性也就越好。2.1.1并联谐振回路的选频特性 单个并联谐振回路的矩形系数为10 令 0.1，由式(2.1.14)，即 0.1，可得 由此可得 10。这说明单个并联谐振回路的矩形系数远大于1，故其选择性比较差。2.1.2阻抗变换电路信号源及负载对谐振回路的影响信号源及负载对谐振回路的影响 在实际应用中，谐振回路一定和信号源及在实际应用中，谐振回路一定和信号源及负载相链接，信号源的输出阻抗和负载阻抗都负载相链接，信号源的输出阻抗和负载阻抗都会对回路产生影响，它们不但会使回路的等效会对回路产生影响，它们不但会使回路的等效品质因数下降，选择性变品质因数下降，选择性变 差，同时还会使谐振回路差，同时还会使谐振回路 的谐振频率发生偏离。图的谐振频率发生偏离。图 2.1.5 2.1.5 为一实用的并联谐为一实用的并联谐 振回路，振回路，信号源内阻，信号源内阻，负载电阻。负载电阻。2.1.2阻抗变换电路 将图将图2.1.5(a)2.1.5(a)中的电压源用电流源代替，将中的电压源用电流源代替，将L L、r r串联电路用串联电路用 L L、Rp Rp 并联电路代替，则图并联电路代替，则图2.1.5(a)2.1.5(a)可变换成图可变换成图2.1.5(b),2.1.5(b),从图从图2.1.5(b),2.1.5(b),可以更清楚地可以更清楚地 看出看出 RsRs、对谐振回路的对谐振回路的 影响。影响。2.1.2阻抗变换电路 将图将图2.1.5(b)2.1.5(b)中的所有电阻合并为中的所有电阻合并为RR e,e,即即 因此，可把因此，可把 图图2.1.5(b)2.1.5(b)简化为简化为 图图2.1.5(c)2.1.5(c)。2.1.2阻抗变换电路有载