第02章 选频网络.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,选频主要是针对已调波而言，无论是何种调制方式，调制过程就是把调制信号的频谱搬移到载波的上下两边的过程，以语音信号为例：,语音信号频带：,300Hz3400Hz,设载波频率为,1MHz,。,带宽的定义：,矩形系数的定义：,基本原理：,电感的感抗和电容的容抗都与频率有关，并且符号相反。,对串联谐振电路，必然存在某个频率使得回路阻抗最小。,对串联谐振电路，以电压源作为激励，以回路电流作为响应，则必然存在某个频率使得回路电流形成最大值。,对并联谐振电路，必然存在某个频率使得回路阻抗最大。,对并联谐振电路，以电流源作为激励，以回路端电压作为响应，则必然存在某个频率使得回路端电压形成最大值。,2.1,串联谐振电路：,向量运算法则：,模值,=,分子的模值,/,分母的模值,分子或分母的模值,=,开方（实部平方,+,虚部平方）,相角：分子的相角减去分母的相角,相角,=,tg,-1,虚部,/,实部,2.1,串联谐振电路：,说明：,回路中的损耗,R,主要取决于电感的损耗，电容的损耗远远小于电感的损耗。,电容的损耗主要是介质损耗，一般比较小。,电感的损耗主要是：磁芯损耗、辐射损耗、铜阻损耗。,由于趋肤效应的存在，故频率越高电感的铜阻损耗越大，同时，磁芯损耗和辐射损耗也是随频率的升高而升高，故在谐振频率附近，电感的,Q,值基本上是一个常数。,串联谐振回路中的损耗电阻往往是电感线圈自身损耗的等效电阻，而不是人为加入的电阻。,广义失谐,0,+1,+2,+3,-1,-2,-3,带宽的定义：,半功率点,Q,值与带宽成反比,谐振时电感和电容上的电压：,谐振时感抗和容抗相等，而且流过电感和电容的电流相等，同时，电感和电容上电压相位相反，故,结论：谐振时电感和电容上的电压等于激励源电压的,Q,倍,相频特性：,正的相角表示电流的相位超前于激励的电压，负的相角表示电流的相位滞后于激励电压的相位。,正弦稳态分析。,谐振时的特征：,谐振回路呈现纯阻特性且阻抗最小,回路电流呈现最大值，,Q,值越高则谐振电流越大,谐振时回路电流与激励电压相位相同,谐振时电感或电容上的电压达到激励电压的,Q,倍（实用电路的,Q,值一般可达几十到二三百）（但相位不同）,不同的,Q,值则谐振阻抗不同，谐振电流不同，,Q,值越大则谐振电阻越小，谐振电流越大,在谐振频率上同时发生,回路阻抗的最小值和回 路阻抗呈现纯阻,串联谐振电路结论：,一般性特征：,失谐时回路阻抗上升，回路电流下降。失谐越多，情况越甚。,激励频率低于谐振频率时，回路呈容性，此时回路相移为正，电流相位超前激励电压，但不会超过,90,激励频率高于谐振频率时，回路呈感性，此时回路相移为负，电流相位滞后激励电压，但不会超过,90,Q,值的定义：,Q,值主要取决于电感，实际电感的,Q,值不可能无限制提高，加大,L,则往往,R,也大。实际电感的,Q,值往往在几十到二三百,串联谐振电路结论：,一般性特征：,Q,值越高，则幅频特性曲线越尖锐，相频特性曲线越陡峭，反之则越平缓。,Q,值与带宽的关系：,带宽,=,2,信号源内阻的存在将会降低,Q,值，信号源内阻越小，,Q,值的降低越小。,串联谐振电路结论：,2.2,并联谐振电路,说明：在实际的应用中，谐振时感抗和容抗要比损耗电阻,R,大得多。即,X,L,R,。,回路阻抗,Z,：,谐振电路阻抗最大，且呈现纯阻。,谐振特性：,幅频特性：,相频特性：,相角,表示端电压,V,与谐振电压,Vo,之间的相位差，即端电压,V,与激励源电流,Is之间的相位差。,相角,为正表示端电压,V,的相位超前激励源电流,Is,；相角,为负表示端电压,V,的相位滞后激励源电流,Is,。,正弦稳态分析。,谐振时电感和电容中的电流：,谐振时感抗和容抗相等，如果忽略电感支路的损耗电阻,R,（感抗,X,L,远远大于电阻,R,），则流过电感和电容的电流相等，同时，电感和电容上电流相位相反，故,谐振时电容中的电流达到激励源电流的,Q,倍，但是相位超前,90,。,谐振时的特征：,谐振回路呈现纯阻特性且阻抗最大,谐振时端电压呈现最大值，,Q,值越高则谐振电压越大,谐振时端电压与激励电流相位相同,谐振时电感或电容中的电流达到激励电流的,Q,倍（但电容中电流超前激励源电流,90,，电感电流滞后,90,）,不同的,Q,值则谐振阻抗不同，谐振电压不同。,Q,值越大则谐振电阻越大，谐振电压越大,如果,Q,值足够大，则在谐振频率上同时发生,回路阻抗的最大值和回路阻抗呈现纯阻,并联谐振电路结论：,一般性特征：,失谐时回路阻抗下降，端电压下降。失谐越多，情况越甚。,激励电流频率低于谐振频率时，回路呈感性，此时回路相移为正，端电压相位超前激励电流，但不会超过,90,激励电流频率高于谐振频率时，回路呈容性，此时回路相移为负，端电压相位滞后激励电流，但不会超过,90,Q,值的定义：,Q,值主要取决于电感，实际电感的,Q,值不可能无限制提高，加大,L,则往往,R,也大。实际电感的,Q,值往往在几十到二三百,并联谐振电路结论：,一般性特征：,Q,值越高，则幅频特性曲线越尖锐，相频特性曲线越陡峭，反之则越平缓。,Q,值与带宽的关系：,带宽,=,2,信号源内阻和负载电阻的存在将会降低,Q,值。信号源内阻和负载电阻越小，则等效,Q,值越小。,电感的损耗电阻与谐振电阻的等效关系：,并联谐振电路结论：,谐振频率的变化：,低,Q,值情况下，谐振时这两个特征并不一定会同时具备：,谐振阻抗达到最大值；,谐振阻抗表现为纯阻。具体情况参见教材,P2.8,第,2.2.4,节。,低,Q,值（,10,）并联谐振电路的结论：,信号源内阻及负载电阻对,Q,值的影响：,左边的电路，损耗电阻,R,越小,Q,值越大；右边的电路，谐振电阻,Ro,越大,Q,值越大。,信号源内阻及负载电阻对,Q,值的影响：,2.3,串并联阻抗的相互转换及接入系数,在实用的谐振电路中往往满足：,串联电路中,Xs,远远大于,Rs,；并联电路中,Rp,远远大于,Xp,。,串并联阻抗转换,2.3,串并联阻抗的相互转换及接入系数,2.3,串并联阻抗的相互转换及接入系数,2.3,串并联阻抗的相互转换及接入系数,结论,将串联阻抗转换成并联阻抗时，电阻提高,Q,的平方倍，电抗基本不变。（条件：,Q,10,）,2.3,串并联阻抗的相互转换及接入系数,并联谐振电路阻抗的一般关系式,谐振时，,X1,和,X2,大小相等，符号相反。,在,Q,值比较大时，,X1,远远大于,R1,，,X2,远远大于,R2,。,电感接入系数,2.3,串并联阻抗的相互转换及接入系数,谐振时，,Zab,和,Zdb,都呈现纯阻。,式中,称为电感接入系数（小于,1,）。,式中,L,=,L1,+,L2,是在假定,L1,与,L2,之间没有互感的情况下，如果,L1,与,L2,之间存在互感,M,，则,L,=,L1,+,L2,+,2M,。,电感接入系数,2.3,串并联阻抗的相互转换及接入系数,在,L1,和,L2,的感抗远远大于电阻,R1,时,电容接入系数,2.3,串并联阻抗的相互转换及接入系数,式中,称为电容接入系数（小于,1,）。,电容接入系数,2.3,串并联阻抗的相互转换及接入系数,在,C1,和,C2,的容抗远远大于电阻,R1,时,结论：,通过接入系数接入并联谐振电路而不是直接并联在并联谐振电路两端，称为,“,部分接入,”,。,无论是电感接入还是电容接入，都可以将较低的阻抗变换为较高的谐振电阻。,无论是信号源内阻还是负载电阻，通过部分接入的方式接入到并联谐振电路，可以降低它们对并联谐振电路的,Q,值的影响。接入系数越小，则这种影响就会越小。,但是部分接入的接入点电压将低于谐振回路的端电压，接入系数越小，则接入点的电压就越小。,电感接入方式在实际应用中往往采用电感抽头的方式，在紧耦合情况下，接入系数就是初次级匝数比。,2.4,耦合谐振电路,耦合谐振电路是指电路中存在多个谐振电路，各个谐振电路之间通过公共阻抗形成耦合。,耦合谐振电路的采用主要是为了优化矩形系数。,矩形系数小的滤波器（矩形系数接近,1,）既可以实现较低的带内平坦度，足够的带宽，又可以实现较大的带外衰减。,但是耦合谐振电路由于存在多个谐振电路，并且各个谐振电路之间相互影响（通过公共阻抗的耦合造成），故调试比较困难。一般双调谐电路使用较多。,现代电子技术更多地采用固体滤波器来解决上述问题。,2.4,耦合谐振电路,双调谐电路,一般将初次级回路参数设置得完全相同。,2.4,耦合谐振电路,双调谐电路,耦合因数,：,广义失谐,：,谐振电阻：初次级回路谐振电阻相等,o,中心频率，并非谐振频率,归一化次级电压,：,两个谐振峰对应着两个谐振回路。,耦合越强，则双峰相距越远。,=1,称为临界耦合。,2.5,固体滤波器,固体滤波器是指采用具有压电性质的固体材料制作的滤波器。,固体滤波器具有滤波性能好，体积小以及免调试的优点。,滤波器的绝对带宽为,，,相对带宽为,(,)/,o,固体滤波器：晶体滤波器，陶瓷滤波器和声表面波滤波器,晶体滤波器可以实现相对带宽很小的频率特性；陶瓷滤波器则相对带宽稍大；声表面波滤波器则可以实现相对带宽更小的频率特性。,声表面波滤波器还可以实现幅频特性和相频特性独立设计，即在实现要求的幅频特性时同时实现带内的线性相频特性。,固体滤波器具有较好的矩形系数，一般用于中频滤波。,2.5,固体滤波器,晶体滤波器,晶体滤波器的机电等效电路,电感,Lq,：由晶体的质量等效而来，达到亨的数量级。故感抗极大。,电容,Cq,：由晶体的弹性模数等效而来，只有百分之几皮法。,电阻,Rq,：由晶体的摩擦损耗等效而来，只有几十到几百欧姆。,电容,Co,：由晶体的静态结构电容等效而来，一般为几十到几百皮法。,由于,Cq,和,Co,相差极大，故外部阻抗的介入系数极小，不影响晶体,Q,值。,2.5,固体滤波器,晶体滤波器,晶体滤波器的等效,Q,值可以达到几万甚至几百万，所以可以实现相对带宽极小的频率特性。,2.5,固体滤波器,晶体滤波器,以,1,点（,4dB,）作为参考，则,2,点和,3,点均为,3dB,频率点。,衰减（,dB,）频率（,MHz,）,1,点,4.052,8.999500,2,点,7.428 8.998270,3,点,7.3009.000385,中心频率,fo,：,8.999500,MHz,带宽,2,f,：,2f=f,3,f,2,=(9.0003858.998270)MHz=0.0002115 MHz,Q=fo/(2f)=42550,2.5,固体滤波器,晶体滤波器,三端引脚的晶体滤波器是采用多个晶体滤波器级联而成，以达到更为窄带和矩形系数更好的特性。,2.5,固体滤波器,陶瓷滤波器,陶瓷滤波器与晶体滤波器类似，但是采用的不是压电晶体材料，而是压电陶瓷材料。陶瓷滤波器的等效,Q,值低于晶体滤波器，故可以实现相对带宽更宽的频率特性，应用于频率较低的中频滤波。例如调幅收音机和调频收音机的中频滤波。,与晶体滤波器类似，陶瓷滤波器同样也有两端形式和三端形式。,2.5,固体滤波器,陶瓷滤波器,2.5,固体滤波器,声表面波滤波器,声表面波滤波器是通过输入端的换能器利用压电效应将电信号转换为机械波（超声波），机械波在基体材料的表面传播，接收端利用逆压电效应将机械波转换成电信号。,声表面波,SAW,Surface Acoustic Wave,2.5,固体滤波器,声表面波滤波器,叉指换能器的形状决定了声表面波滤波器的频率特性。,叉指换能器的叉指包络线形状决定了幅频特性。,叉指换能器的叉指间距分布决定了相频特性。,声表面波滤波器的幅频特性和相频特性可以独立设计。,2.5,固体滤波器,声表面波滤波器,作业题讲解,作业题讲解,作业题讲解,作业题讲解,