哈工大高頻課件

1、SEIT of HIT 2.2.1 高頻電路中的無源器件高頻電路中的無源器件 2.2.2 高頻電路中的有源器件高頻電路中的有源器件 2.2.3. 高頻電路中的諧振網(wǎng)絡(luò)高頻電路中的諧振網(wǎng)絡(luò) 2.2.4 并聯(lián)并聯(lián)諧振回路的耦合連接與阻抗諧振回路的耦合連接與阻抗變換變換 1 SEIT of HIT 高頻電路使用的元器件與低頻電路基本相同，但是高頻電路高頻電路使用的元器件與低頻電路基本相同，但是高頻電路 中使用的是元器件的中使用的是元器件的高頻特性高頻特性。 無源元件：電阻（器）、電容（器）和電感（器）無源元件：電阻（器）、電容（器）和電感（器） -都屬于無源的線性元件都屬于無源的線性元件 有源器件：

2、二極管、晶體管、場效應(yīng)管、集成電路有源器件：二極管、晶體管、場效應(yīng)管、集成電路 -完成信號的放大、非線性變換等完成信號的放大、非線性變換等 無源網(wǎng)絡(luò)：無源網(wǎng)絡(luò)：串聯(lián)串聯(lián) / 并聯(lián)并聯(lián) / 耦合諧振耦合諧振回路回路 -放大選頻、諧振放大選頻、諧振自激自激振蕩振蕩、變頻調(diào)制解調(diào)選頻變頻調(diào)制解調(diào)選頻 2 SEIT of HIT 低頻段低頻段：表現(xiàn)為表現(xiàn)為 電阻特性電阻特性 高頻段：高頻段：表現(xiàn)為表現(xiàn)為 電阻特性電阻特性+電抗特性（高頻特性）電抗特性（高頻特性） 1 電阻器電阻器無源、無記憶元件、耗能元件無源、無記憶元件、耗能元件 LR CR R 電阻高頻電阻高頻 等效電路等效電路 CR分布電容分布電

3、容, LR引線電感引線電感, R 為電阻為電阻 注意：電阻在高頻范圍內(nèi)損耗很小，因而被認(rèn)為是理想元件，注意：電阻在高頻范圍內(nèi)損耗很小，因而被認(rèn)為是理想元件， 不考慮其損耗的影響。不考慮其損耗的影響。 R + - u i i=Guu=Ri歐姆定律歐姆定律 R電阻，電阻，G電導(dǎo)，電導(dǎo)，RG=1 功率功率p=ui=Ri2=Gu2 + - R U . I . U . I . =R I . =GU . 3 SEIT of HIT 2 電感器電感器無源、記憶元件、儲能元件無源、記憶元件、儲能元件 高頻段高頻段：電感：電感L+損耗電阻損耗電阻r0+分布電容。分布電容。 長、中、短波頻段長、中、短波頻段：通常

4、忽略分布電容的影響。：通常忽略分布電容的影響。 r0L 集膚效應(yīng)影響：集膚效應(yīng)影響：隨著工作頻率的增高，流過導(dǎo)線的交流電流隨著工作頻率的增高，流過導(dǎo)線的交流電流 向?qū)Ь€表面集中向?qū)Ь€表面集中-導(dǎo)電的有效面積為導(dǎo)線圓環(huán)面積導(dǎo)電的有效面積為導(dǎo)線圓環(huán)面積 減小減小- -電阻增大電阻增大-損耗增大。損耗增大。 電感線圈的串聯(lián)等效電路電感線圈的串聯(lián)等效電路 i +- u + - j L U . I . 感抗感抗 感感納納 4 SEIT of HIT 線圈的線圈的品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q：表示線圈的損耗性能。：表示線圈的損耗性能。 定義為定義為無功功率無功功率與與有功功率有功功率之比之比 設(shè)流過電感線圈的電流為

5、設(shè)流過電感線圈的電流為I，則電感，則電感L上的無功功率為上的無功功率為I2L，而，而 損耗功率，即電阻損耗功率，即電阻r0的消耗功率為的消耗功率為I2r0，電感的品質(zhì)因數(shù)：，電感的品質(zhì)因數(shù)： 2 2 00 Q ILL I rr Q值：感抗值：感抗L與損耗電阻與損耗電阻r0之比，之比，Q值越高損耗越小值越高損耗越小。 通常通常, 線圈的線圈的Q值通常在幾十值通常在幾十一二百左右。一二百左右。 可用可用Q表來測量。表來測量。 5 SEIT of HIT 線圈：還可等效成電感與電阻的并聯(lián)形式。線圈：還可等效成電感與電阻的并聯(lián)形式。 0 p p Rj L rj L Rj L 1-2兩端兩端的的阻抗阻抗

6、= = 1-2兩端兩端的的阻抗阻抗 r0 L 1 2 R LP 1 2 2 0(1 )RrQ p LL Q 1 電感線圈串、并聯(lián)等效電路電感線圈串、并聯(lián)等效電路 6 SEIT of HIT 為分析電路方便，常需把串聯(lián)為分析電路方便，常需把串聯(lián) 電路變換為并聯(lián)電路。其中：電路變換為并聯(lián)電路。其中： X1 為電抗元件（純電感或純電容）為電抗元件（純電感或純電容） r1 為與為與X1串聯(lián)的外接電阻串聯(lián)的外接電阻 X2 為轉(zhuǎn)換后的電抗元件為轉(zhuǎn)換后的電抗元件 R2 為轉(zhuǎn)換后的電阻為轉(zhuǎn)換后的電阻 串并聯(lián)等效變換有關(guān)知識串并聯(lián)等效變換有關(guān)知識 等效互換的原則：等效互換的原則： 7 SEIT of HIT 2

7、2 11 22 ()RjX rjX RjX 22 2222 2222 2222 R XR X j RXRX 8 SEIT of HIT 2 21 21 RQ r XX 結(jié)結(jié)果果表表明明： 等效互換原理分析等效互換原理分析 9 SEIT of HIT 線圈：還可等效成電感與電阻的并聯(lián)形式。線圈：還可等效成電感與電阻的并聯(lián)形式。 0 p p Rj L rj L Rj L 1-2兩端兩端的的阻抗阻抗= = 1-2兩端兩端的的阻抗阻抗 r0L 1 2 R LP 1 2 2 0(1 )RrQ p LL Q 1 電感線圈串、并聯(lián)等效電路電感線圈串、并聯(lián)等效電路 說說明明： 若以并聯(lián)形式表示若以并聯(lián)形式表示

8、Q時，則為并聯(lián)電阻與感抗之比。時，則為并聯(lián)電阻與感抗之比。 串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻的乘積等于感抗的平方。串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻的乘積等于感抗的平方。 r0越小越小R就越大，即損耗小，反之，則損耗大。通常，就越大，即損耗小，反之，則損耗大。通常，r0為為 幾歐的幾歐的量級量級，變換成，變換成R則為幾十到幾百千歐。則為幾十到幾百千歐。 兩種形式中，電感值近似不變。兩種形式中，電感值近似不變。 10 p R Q L 22 0 L r R SEIT of HIT 3 電容器電容器無源、記憶元件、儲能元件無源、記憶元件、儲能元件 11 SEIT of HIT 米米波以下頻段：波以下頻段：只考慮電容和損耗。只考慮

9、電容和損耗。 電容器的串、并聯(lián)等效電路電容器的串、并聯(lián)等效電路 r C Cp R 品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q：表征電容器損耗的大小。：表征電容器損耗的大小。 它等于它等于容抗與串聯(lián)電阻之比容抗與串聯(lián)電阻之比，并聯(lián)電阻與容抗之比并聯(lián)電阻與容抗之比。 12 SEIT of HIT 另外：電容器損耗電阻的大小主要由介質(zhì)材料決定。另外：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)值可達(dá) 幾千到幾萬的數(shù)量級，幾千到幾萬的數(shù)量級，與電感線圈相比與電感線圈相比, 電容器的損耗常電容器的損耗常 常常忽略不計。忽略不計。 )1 ( 2 QrR 同理，得：同理，得： rC rQR 22 1 2 CCp 表明：表明：電

10、容器可以等效為串聯(lián)形式或者并聯(lián)形式。電容器可以等效為串聯(lián)形式或者并聯(lián)形式。 兩種形式中電容值近似不變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。串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的乘積等于容抗的平方。 Q 1 13 SEIT of HIT 原理上高頻電路有源器件與原理上高頻電路有源器件與用于用于低頻低頻等等電子線路器件無根本電子線路器件無根本不同。不同。 高頻電路中用途：高頻電路中用途：（1）用于檢波、調(diào)制、解調(diào)及混頻等非線性變用于檢波、調(diào)制、解調(diào)及混頻等非線性變 換電路中，工作在低電平，都是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電機(jī)理，極間換電路中，工作在低電平，都是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電機(jī)理，極間 電容小，工

11、作頻率高。（電容小，工作頻率高。（2） 還有還有變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管用于用于振蕩器振蕩器/調(diào)頻。調(diào)頻。 1 二極管二極管 14 SEIT of HIT ) 1( / T UU S eII 一般情況下仍用一般情況下仍用PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性方程式來方程式來描述二極管的電壓和描述二極管的電壓和 電流關(guān)系。兩端的電壓電流關(guān)系。兩端的電壓U和流過和流過PN結(jié)的電流結(jié)的電流I之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為 IS 為反向為反向飽和電流飽和電流 UT 為溫度電壓當(dāng)量為溫度電壓當(dāng)量 U (BR) I / mA U / V 反 向 電 流 急 劇 增 大 O 15 SEIT of HIT 2 三極管三極管 16

12、 SEIT of HIT IE=IC+IB BC II BE II)1 ( 共射直流電流放大共射直流電流放大系數(shù)系數(shù) 17 SEIT of HIT （1）做小信號放大的高頻小功率管，主要要求高增益和低噪聲；）做小信號放大的高頻小功率管，主要要求高增益和低噪聲； （2）高頻功率放大管，除了增益外要求在高頻有較大的輸出功率。）高頻功率放大管，除了增益外要求在高頻有較大的輸出功率。 共射接法輸入特性曲線共射接法輸入特性曲線 死區(qū)死區(qū) 非線性區(qū)非線性區(qū) 線性區(qū)線性區(qū) 共發(fā)射極接法輸出特性曲線共發(fā)射極接法輸出特性曲線 18 SEIT of HIT 飽和區(qū)飽和區(qū) iC受受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)顯著

13、控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE的數(shù)值較小，的數(shù)值較小， 一般一般 uCE0.7 V(硅管硅管)。 此時此時：發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏集電結(jié)正偏或反偏電壓很小或反偏電壓很小。 輸出呈低阻態(tài)，相當(dāng)于開關(guān)閉合輸出呈低阻態(tài)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。 截止區(qū)截止區(qū) iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。的曲線的下方。 此時此時：發(fā)射結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。集電結(jié)反偏。 輸出輸出呈高阻態(tài)，呈高阻態(tài)，ic=0。 放大區(qū)放大區(qū)- iC平行于平行于uCE軸的區(qū)域，軸的區(qū)域， 曲線基本平行等距。曲線基本平行等距。 此時此時：發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏 受控恒流源受控

14、恒流源 IB4 IB3 IB2 IB1 IB 0 uCE IB 截止區(qū) 放 大 區(qū) 飽和區(qū) IC O iC uCEuBE時，臨界飽和狀態(tài)時，臨界飽和狀態(tài) uCEuBE時，過飽和狀態(tài)時，過飽和狀態(tài) 19 SEIT of HIT 用于高頻的集成電路的類型和品種要比用于低頻的集成用于高頻的集成電路的類型和品種要比用于低頻的集成 電路少得多，主要分為電路少得多，主要分為通用型通用型和和專用型專用型兩種。兩種。 目前通用型的寬帶集成放大器，工作頻率可達(dá)一、二百目前通用型的寬帶集成放大器，工作頻率可達(dá)一、二百 MHz，增益可達(dá)五、六十分貝，甚至更高。，增益可達(dá)五、六十分貝，甚至更高。 3 集成電路集成電路

15、 20 SEIT of HIT 定義：諧振回路由電感線圈和電容組成。當(dāng)外界授予一定能量，定義：諧振回路由電感線圈和電容組成。當(dāng)外界授予一定能量， 電路參數(shù)滿足一定關(guān)系時，電路參數(shù)滿足一定關(guān)系時，可以在回路中產(chǎn)生電壓和電流的周可以在回路中產(chǎn)生電壓和電流的周 期振蕩回路期振蕩回路。若該電路在某一頻率的交變信號作用下，能在若該電路在某一頻率的交變信號作用下，能在電電 抗抗元元件件上產(chǎn)生最大的電壓或流過最大的電流，即具有諧振特性，上產(chǎn)生最大的電壓或流過最大的電流，即具有諧振特性， 故該電路又稱諧振回路。故該電路又稱諧振回路。 分類：分類： 1.串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路 2.并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路 3

16、.耦合諧振回路耦合諧振回路 1. 利用其利用其選頻特性選頻特性構(gòu)成各種構(gòu)成各種諧振放大器諧振放大器 2.在在自激振蕩器自激振蕩器中充當(dāng)中充當(dāng)諧振回路諧振回路 3.在在調(diào)制、變頻、解調(diào)調(diào)制、變頻、解調(diào)充當(dāng)充當(dāng)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò) 用途：用途： 21 SEIT of HIT 1 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路 r：電感：電感L中的電阻中的電阻 （很小忽略）（很小忽略） C：電容：電容 信號角頻率為信號角頻率為時，串聯(lián)回路阻抗為：時，串聯(lián)回路阻抗為： 11 ()srj LrjL j CC Z rL C 基本串聯(lián)回路電路圖基本串聯(lián)回路電路圖 分析分析(阻抗阻抗)頻率特性頻率特性 r |Zs| O 0 模模 /2

17、 -/2 0 0 相位相位 22 SEIT of HIT r U I . 0 當(dāng)當(dāng)r ； 當(dāng)當(dāng)0時，時， 回路呈回路呈感性感性，|Zs|r ； 當(dāng)當(dāng)0時，感抗與容抗相等，時，感抗與容抗相等，|Zs|最小，并為純電阻最小，并為純電阻r， 我們稱此時發(fā)生了我們稱此時發(fā)生了串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振，且串聯(lián)諧振角頻率，且串聯(lián)諧振角頻率0為為: LC 1 0 X O 0 容性容性 感感 性性 若在回路兩端加一激勵信號若在回路兩端加一激勵信號 ，則發(fā)，則發(fā) 生串聯(lián)諧振時因生串聯(lián)諧振時因阻抗最小阻抗最小，流過電路的流過電路的 電流最大電流最大，稱為，稱為諧振電流諧振電流。 U 23 SEIT of HIT 在任意頻

18、率在任意頻率下，回路電流下，回路電流 與諧振電流與諧振電流 之比之比 )(1 1 1 1 1 0 0 0 0 . . r L j r C L j Z r r U Z U I I S S )(1 1 0 0 jQ 22 )(1 1 0 0 0 Q I I 0 0 1L Q rCr -回路回路品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù) Q2 Q1 Q1Q2 0 |I/I0| 幅頻特性曲線幅頻特性曲線 品質(zhì)因數(shù)越高，諧振曲線越尖銳，回路選擇性越好。品質(zhì)因數(shù)越高，諧振曲線越尖銳，回路選擇性越好。 I 0 I 分析其分析其(電流電流)頻率特性頻率特性 24 SEIT of HIT 實際上，外加的頻率實際上，外加的頻率與回路諧振頻

19、率與回路諧振頻率0之差之差=-0表示頻表示頻 率率偏離諧振頻率偏離諧振頻率0的程度，稱為的程度，稱為失諧失諧。 （因為窄帶）（因為窄帶） 當(dāng)當(dāng)與與0很接近時：很接近時： 00 0 00 0 0 0 2 2 2 0 2 串聯(lián)回路中，電阻、電感、電容上的電壓值與電抗值成正比。串聯(lián)回路中，電阻、電感、電容上的電壓值與電抗值成正比。 因此因此串聯(lián)諧振時電感及電容上的電壓為最大，其值為電阻上串聯(lián)諧振時電感及電容上的電壓為最大，其值為電阻上 電壓值的電壓值的Q倍，也就是恒壓源的電壓值的倍，也就是恒壓源的電壓值的Q倍。倍。 諧振的物理意義：諧振的物理意義：此時此時電容和電感中儲存的最大能量相等電容和電感中儲

20、存的最大能量相等。 25 SEIT of HIT 為為廣義失諧量廣義失諧量，則：，則： 00 22 f f QQ 2 1 1 0 I I Q f fB 0 7 . 0 2 當(dāng)保持外加信號的當(dāng)保持外加信號的幅值不變幅值不變而而改變其頻率改變其頻率時，將回路電流值下時，將回路電流值下 降為諧振值的降為諧振值的 時所對應(yīng)的頻率范圍稱回路的時所對應(yīng)的頻率范圍稱回路的通頻帶通頻帶，亦，亦 稱稱回路帶寬回路帶寬，用，用 B 表示。表示。 令上式等于令上式等于 ，則可以推，則可以推得得=1，從而可得帶寬：，從而可得帶寬： 令令 21 12 0 7 . 0 f f Q 21 26 SEIT of HIT 在諧

21、振時回路中的電流、電壓關(guān)系如圖所示。在諧振時回路中的電流、電壓關(guān)系如圖所示。 圖中圖中 與與 同相，同相， 和和 反相。反相。 CU 0 I LU U LU CU 0 I U /2 -/2 0 O 相頻特性曲線相頻特性曲線 電流相頻特性曲線和阻抗的相頻特性相反電流相頻特性曲線和阻抗的相頻特性相反 Q2 Q1Q2 0 |I/I0| 幅頻特性曲線幅頻特性曲線 0 I U 27 SEIT of HIT LC 1 0 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路諧振時諧振時的特征：的特征： 諧振頻率：諧振頻率： 回路呈純電阻性，所以回路呈純電阻性，所以輸出電流輸出電流 和輸入電壓和輸入電壓 相位相同。相位相同。 0 I

22、U 電容和電感中儲存的能量最大，且電容和電感中儲存的能量最大，且相等相等（輸入電壓的（輸入電壓的Q倍）；倍）； 回路自身電阻消耗能量回路自身電阻消耗能量最小最小。 輸出電流輸出電流 最大。最大。 回路帶寬：回路帶寬： Q f fB 0 7 . 0 2 0 I 28 SEIT of HIT 2 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路 jbg Lr L Cj Lr r Cj Ljr y 1 222222 C L r sI . -應(yīng)用最廣應(yīng)用最廣 分析其分析其（阻抗）頻率特性（阻抗）頻率特性 222 Lr r g 222 Lr L Cb 電導(dǎo)和電納電導(dǎo)和電納 電納部分電納部分b0時產(chǎn)生時產(chǎn)生并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振； 并

23、聯(lián)諧振頻率為并聯(lián)諧振頻率為0 0； 回路兩端電壓和輸入電流同向。回路兩端電壓和輸入電流同向。 29 SEIT of HIT 0 0 222 0 L C rL 22 0 2 Lr C L 2 12 0 )1 ( 1 L Cr LC 1 0 LC C L r 2 當(dāng)當(dāng) 時時 IjQIjQI ssrL 1 在諧振時：在諧振時： 電感支路電感支路的電流在數(shù)值上比電流源的的電流在數(shù)值上比電流源的 電流約大倍，相位滯后接近電流約大倍，相位滯后接近/2/2 ； 電容支路電容支路的電流在數(shù)值上比電流源電的電流在數(shù)值上比電流源電 流大倍，但相位超前流大倍，但相位超前/2/2 。 U c I s I rL I 3

24、3 SEIT of HIT 代換電路：代換電路：為分析問題方便，常將并聯(lián)諧振電路由左圖變向右圖。為分析問題方便，常將并聯(lián)諧振電路由左圖變向右圖。 2 2 2 2 Lr L Cj Lr r Y L Cj L Cr L Cj L r Y 11 2 C L R C L r 當(dāng)當(dāng)r遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于L時，時，(接近接近 0 ) 可見：在諧振情況下，和不變，只是令可見：在諧振情況下，和不變，只是令 即可。即可。 L Cr R g p 1 So： L C gg C C Lg L r L Q pp p 1 000 C Lg r p 34 1 0 LC SEIT of HIT （電壓）頻率特性：（電壓）頻率特性

25、：就是回路端電壓就是回路端電壓 與頻率的關(guān)系。與頻率的關(guān)系。 U 1 s p j C L I U gj Ue Ig s Is U( ) 2 2 11 2 gCC LL 1 g 1 C L ( )arctg g p f p p f p L C gp 幅頻特性幅頻特性 相頻特性相頻特性 35 SEIT of HIT s 2 s 0 2 2 IU( )1 N( ) I U 1 gC g L 1 1 C- L 1 g p p p f f U O f0 U0 f 將幅頻特性歸一化：將幅頻特性歸一化： 36 SEIT of HIT 考慮：考慮： 和和 ，上式中：上式中： 0 1 LC Lg Q p0 1

26、Q f f f f Q Q LC Lgg L C pp 0 0 0 0 0 0 0 1 1 f f f f 0 0 22 1 1 Q N(f) 式中式中 稱為稱為相對失諧相對失諧，于是于是 37 SEIT of HIT 由右圖可見：回路由右圖可見：回路Q值越高，曲值越高，曲 線越尖銳，選擇性越好。線越尖銳，選擇性越好。 00 00 0 2 0 2 0 0 2 f f ff ffff ff ff f f f f Q2 Q1 Q1Q2 0 N( f ) 當(dāng)失諧不大時，即離開諧振頻率不太當(dāng)失諧不大時，即離開諧振頻率不太 遠(yuǎn)時，遠(yuǎn)時，f + f02f0 ，于是，于是相對失諧相對失諧： 式中：式中：f

27、= f - f0是相對于諧振頻率是相對于諧振頻率 f0的失諧量。的失諧量。 2 0 2 2 1 1 f f Q N(f) 38 SEIT of HIT 當(dāng)當(dāng) 0( 即即 f 0，電壓電壓 超前電流超前電流 ,回路呈感性回路呈感性； 當(dāng)當(dāng) 0( 即即 f f0 )時，時， ?(f)0，電壓電壓 滯后電流滯后電流 ,回路呈容性回路呈容性； 當(dāng)當(dāng)= 0( 即即 f = f0 )時，時， ?(f)=0，電壓電壓 同相電流同相電流 ,回路呈純電阻回路呈純電阻。 1 p L C (f)arctgarctgQ g U s I U s I 相頻特性可簡化為：相頻特性可簡化為： ? / 2 / 2 0 U s

28、I 看出：看出： Q越高，在越高，在f0附近，附近， 相位頻率特性越陡。相位頻率特性越陡。 39 參見參見page 37 SEIT of HIT 考慮到信號源內(nèi)阻考慮到信號源內(nèi)阻( )和負(fù)載和負(fù)載( )對并聯(lián)諧振回對并聯(lián)諧振回 路的影響，電路如圖。路的影響，電路如圖。 并聯(lián)回路與信號源和負(fù)載連接并聯(lián)回路與信號源和負(fù)載連接 諧振回路總電導(dǎo)為：諧振回路總電導(dǎo)為： Lsp gggg gs C L gpgL sI . s s g R 1 L L g R 1 現(xiàn)設(shè)：現(xiàn)設(shè)：無載無載Q值為值為Q0 ( 沒有接入負(fù)載和電流內(nèi)阻的沒有接入負(fù)載和電流內(nèi)阻的Q值值 ) 有載有載Q值為值為QL( -接入負(fù)載和電流內(nèi)阻

29、的接入負(fù)載和電流內(nèi)阻的Q值值 ) p p LgL R Q 00 1 0 )( 11 00 Lsp L gggLLg Q p L p s o p L p s p Lsp L g g g g Q g g g g Lg gggL Q 1 )1 ( 1 )( 1 0 0 結(jié)論結(jié)論: 回路并聯(lián)接入的回路并聯(lián)接入的gs和和gL越大越大(即即Rs和和RL越小越小)，則，則QL較較 Q0下降就越多下降就越多 , 也就是信號源內(nèi)阻和負(fù)載電阻的旁路作用越也就是信號源內(nèi)阻和負(fù)載電阻的旁路作用越 嚴(yán)重。嚴(yán)重。 40 SEIT of HIT （1）LC并聯(lián)諧振回路幅頻曲線并聯(lián)諧振回路幅頻曲線所顯示的選頻特性在高頻電所顯

30、示的選頻特性在高頻電 路中有非常重要的作用，其選頻性能的好壞可由通頻帶和選路中有非常重要的作用，其選頻性能的好壞可由通頻帶和選 擇性擇性(回路回路Q值值)這兩個相互矛盾的指標(biāo)來衡量這兩個相互矛盾的指標(biāo)來衡量。 矩形矩形系數(shù)則是綜合說明這兩個指標(biāo)的一個參數(shù)，可以衡系數(shù)則是綜合說明這兩個指標(biāo)的一個參數(shù)，可以衡 量實際幅頻特性接近理想幅頻特性的程度。矩形系數(shù)越小，量實際幅頻特性接近理想幅頻特性的程度。矩形系數(shù)越小， 則幅頻特性越理想。則幅頻特性越理想。 （2） LC并聯(lián)諧振回路阻抗的相頻特性并聯(lián)諧振回路阻抗的相頻特性是具有斜率的單調(diào)變是具有斜率的單調(diào)變 化曲線，這一點在分析化曲線，這一點在分析LC正

31、弦波振蕩電路的穩(wěn)定性時有很大正弦波振蕩電路的穩(wěn)定性時有很大 作用，而且可以利用曲線的線性部分進(jìn)行頻率與相位的線性作用，而且可以利用曲線的線性部分進(jìn)行頻率與相位的線性 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換相位相位鑒頻鑒頻電路中應(yīng)用電路中應(yīng)用。 同樣同樣，LC并聯(lián)諧振回路阻抗的幅頻特性曲線中的線性部并聯(lián)諧振回路阻抗的幅頻特性曲線中的線性部 分也為頻率與幅度轉(zhuǎn)換提供了分也為頻率與幅度轉(zhuǎn)換提供了依據(jù)依據(jù)斜率斜率鑒頻電路鑒頻電路里應(yīng)用。里應(yīng)用。 41 SEIT of HIT （3）LC串聯(lián)諧振回路的選頻特性串聯(lián)諧振回路的選頻特性在高頻電路中也有應(yīng)用，在高頻電路中也有應(yīng)用， 比如在比如在LC正弦波電路里可作為短路元件工作于振蕩頻率點

32、，正弦波電路里可作為短路元件工作于振蕩頻率點， 但其用途不如并聯(lián)回路廣泛。但其用途不如并聯(lián)回路廣泛。 LC并聯(lián)回路與串聯(lián)諧振回路并聯(lián)回路與串聯(lián)諧振回路 的參數(shù)具有對偶關(guān)系，在分析和應(yīng)用時要注意這一點的參數(shù)具有對偶關(guān)系，在分析和應(yīng)用時要注意這一點。 （4）LC阻抗變換電路阻抗變換電路和和選頻匹配電路選頻匹配電路都可以實現(xiàn)信號源內(nèi)都可以實現(xiàn)信號源內(nèi) 阻或負(fù)載的阻抗變換，這對于提高放大電路的增益是必不可阻或負(fù)載的阻抗變換，這對于提高放大電路的增益是必不可 少的。少的。 區(qū)別在于后者僅可以在較窄的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)較理區(qū)別在于后者僅可以在較窄的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)較理 想的阻抗變換，而前者在較寬的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)

33、較理想的阻想的阻抗變換，而前者在較寬的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)較理想的阻 抗變換，但各頻率點的變換值有差別?？棺儞Q，但各頻率點的變換值有差別。 42 SEIT of HIT 3 耦合回路耦合回路 單振蕩回路具有單振蕩回路具有頻率選擇性頻率選擇性和和阻抗變換阻抗變換的作用。的作用。 但是：但是：1. 選頻特性不夠理想；選頻特性不夠理想；2. 阻抗變換不靈活、不方便。阻抗變換不靈活、不方便。 為了使網(wǎng)絡(luò)具有矩形選頻特性，為了使網(wǎng)絡(luò)具有矩形選頻特性， 或者完成阻抗變換的需要，需或者完成阻抗變換的需要，需 要采用要采用耦合振蕩耦合振蕩回路回路。 耦合回路：由兩個或者兩個耦合回路：由兩個或者兩個 以上的單振蕩回路

34、通過各種以上的單振蕩回路通過各種 不同的耦合方式組成。不同的耦合方式組成。 單諧振回路單諧振回路 矩形選頻特性矩形選頻特性 f0 f 課后自學(xué)，課后自學(xué)，基本原理，典型電路及分析基本原理，典型電路及分析 43 SEIT of HIT 常用的兩種耦合回路常用的兩種耦合回路 耦合回路的特性和功能與兩個回路的耦合程度有關(guān)。耦合回路的特性和功能與兩個回路的耦合程度有關(guān)。 按耦合參量的大?。喊瘩詈蠀⒘康拇笮。簭?qiáng)耦合強(qiáng)耦合、弱耦合弱耦合、臨界耦合臨界耦合 電感耦合回路電感耦合回路 電容耦合回路電容耦合回路 + L1 R2 L2 M C2 1 V R1 C1 Is G1 L1 C1 C2 L2 G2 CM

35、+ - 回路間耦合程度的強(qiáng)弱，用回路間耦合程度的強(qiáng)弱，用“耦合系數(shù)耦合系數(shù)” k 表示。表示。 44 SEIT of HIT 對對電容耦合回路電容耦合回路： )( M2M1 M CCCC C k 一般一般C1 = C2 = C： M M CC C k 通常通常 CM 0)時，則時，則Xf1呈容呈容(Xf10)；反之，當(dāng)；反之，當(dāng)X22 呈容性呈容性(X220)。 1 1）反射電阻永遠(yuǎn)是正值反射電阻永遠(yuǎn)是正值。這是因為，無論是初級回路反射這是因為，無論是初級回路反射 到次級回路，還是從次級回路反射到初級回路，反射電阻總到次級回路，還是從次級回路反射到初級回路，反射電阻總 是代表一定能量的損耗。是

36、代表一定能量的損耗。 3）反射電阻和反射電抗的值與耦合阻抗的平方值反射電阻和反射電抗的值與耦合阻抗的平方值( M)2成正成正 比比。當(dāng)互感量。當(dāng)互感量M=0時，反射阻抗也等于零。這就是單回路的時，反射阻抗也等于零。這就是單回路的 情況。情況。 4）當(dāng)初、次級回路同時調(diào)諧到與激勵頻率諧振（即當(dāng)初、次級回路同時調(diào)諧到與激勵頻率諧振（即 X11=X22=0）時，反射阻抗為純阻）時，反射阻抗為純阻。其作用相當(dāng)于在初級回路中增其作用相當(dāng)于在初級回路中增 加一電阻分量加一電阻分量 ，且反射電阻與原回路電阻成反比。，且反射電阻與原回路電阻成反比。 22 2 R M)( 52 SEIT of HIT 考慮了反

37、射阻抗后的耦合回路如下圖。考慮了反射阻抗后的耦合回路如下圖。 對于耦合諧振回路，凡是達(dá)到了初級等效電路的電抗為零，或次級等效對于耦合諧振回路，凡是達(dá)到了初級等效電路的電抗為零，或次級等效 電路的電抗為零或初級回路的電抗同時為零，都稱為回路達(dá)到了諧振電路的電抗為零或初級回路的電抗同時為零，都稱為回路達(dá)到了諧振。 調(diào)諧的方法可以是調(diào)節(jié)初級回路的電抗，調(diào)節(jié)次級回路的電抗及兩回路調(diào)諧的方法可以是調(diào)節(jié)初級回路的電抗，調(diào)節(jié)次級回路的電抗及兩回路 間的耦合量。由于互感耦合使初、次級回路的參數(shù)互相影響（表現(xiàn)為反間的耦合量。由于互感耦合使初、次級回路的參數(shù)互相影響（表現(xiàn)為反 映阻抗）映阻抗）, ,所以耦合諧振回

38、路的諧振比單諧振回路的諧振現(xiàn)象要復(fù)雜。所以耦合諧振回路的諧振比單諧振回路的諧振現(xiàn)象要復(fù)雜。 根據(jù)調(diào)諧參數(shù)不同，可分為根據(jù)調(diào)諧參數(shù)不同，可分為部分諧振、復(fù)諧振、全諧振部分諧振、復(fù)諧振、全諧振三種情況。三種情況。 (2) 耦合回路的調(diào)諧耦合回路的調(diào)諧 Zf2 Z22 Zf1 Z11 s V Z11=R11+jX11 Zf1= Rf1+jXf1 1 I jMI1 2 I 53 SEIT of HIT 1）部分諧振部分諧振：如果固定次級回路參數(shù)及耦合量不變，調(diào)節(jié)初如果固定次級回路參數(shù)及耦合量不變，調(diào)節(jié)初 級回路的電抗使初級回路達(dá)到級回路的電抗使初級回路達(dá)到x11 + xf1 = 0。即。即回路本身的電

39、抗回路本身的電抗 = 反射電抗反射電抗，我們稱初級回路達(dá)到部分諧振，這時初級回路的我們稱初級回路達(dá)到部分諧振，這時初級回路的 電抗與反射電抗互相抵消，初級回路的電流達(dá)到最大值電抗與反射電抗互相抵消，初級回路的電流達(dá)到最大值: 22 2 22 2 11 s 1 R z )M( R V I max 初級回路在部分諧振時所達(dá)到的電流最大值，僅是在所規(guī)定的初級回路在部分諧振時所達(dá)到的電流最大值，僅是在所規(guī)定的 調(diào)諧條件下達(dá)到的，即規(guī)定次級回路參數(shù)及耦合量不變的條件調(diào)諧條件下達(dá)到的，即規(guī)定次級回路參數(shù)及耦合量不變的條件 下所達(dá)到的電流最大值，并非回路可能達(dá)到的最大電流。下所達(dá)到的電流最大值，并非回路可能

40、達(dá)到的最大電流。 54 SEIT of HIT 若初級回路參數(shù)及耦合量固定不變，調(diào)節(jié)次級回路電抗使若初級回路參數(shù)及耦合量固定不變，調(diào)節(jié)次級回路電抗使x x22 22 + + x xf2 f2= = 0 0，則次級回路達(dá)到部分諧振，次級回路電流達(dá)最大，則次級回路達(dá)到部分諧振，次級回路電流達(dá)最大 值值 次級電流的最大值并不等于初級回路部分諧振時次級電次級電流的最大值并不等于初級回路部分諧振時次級電 流的最大值。流的最大值。 112 11 2 2211 s 222 11 s max2 )( R z M Rz MV RR z V M I f 耦合量改變或次級回路電抗值改變，則初級回路的反映電耦合量改變

41、或次級回路電抗值改變，則初級回路的反映電 阻也將改變，從而得到不同的初級電流最大值。此時，次級阻也將改變，從而得到不同的初級電流最大值。此時，次級 回路電流振幅為回路電流振幅為 也達(dá)到最大值，這是相對初級也達(dá)到最大值，這是相對初級 回路不是諧振而言，但并不是回路可能達(dá)到的最大電流?；芈凡皇侵C振而言，但并不是回路可能達(dá)到的最大電流。 22 1 2 z MI I 55 SEIT of HIT 2）復(fù)諧振復(fù)諧振： 在部分諧振的條件下，再改變互感量，使反射電阻在部分諧振的條件下，再改變互感量，使反射電阻Rf1等于等于 回路本身電阻回路本身電阻R11，即滿足最大功率傳輸條件，使次級回路電，即滿足最大功率

42、傳輸條件，使次級回路電 流流I2達(dá)到可能達(dá)到的最大值，稱之為復(fù)諧振，這時初級電路不達(dá)到可能達(dá)到的最大值，稱之為復(fù)諧振，這時初級電路不 僅發(fā)生了諧振而且達(dá)到了匹配。反映電阻僅發(fā)生了諧振而且達(dá)到了匹配。反映電阻Rf1將獲得可能得到將獲得可能得到 的最大功率，亦即次級回路將獲得可能得到的最大功率，所的最大功率，亦即次級回路將獲得可能得到的最大功率，所 以次級電流也達(dá)到可能達(dá)到的最大值。可以推導(dǎo)以次級電流也達(dá)到可能達(dá)到的最大值。可以推導(dǎo) 注意，在復(fù)諧振時初級等效回路及次級等效回路都對信號源注意，在復(fù)諧振時初級等效回路及次級等效回路都對信號源 頻率諧振，但單就初級回路或次級回路來說，并不對信號源頻率諧振

43、，但單就初級回路或次級回路來說，并不對信號源 頻率諧振。這時兩個回路或者都處于感性失諧，或者都處于頻率諧振。這時兩個回路或者都處于感性失諧，或者都處于 容性失諧。容性失諧。 2211 s 2 2RR V I max 56 SEIT of HIT 3）全諧振：）全諧振： 調(diào)節(jié)初級回路的電抗及次級回路的電抗，使兩個回路都單調(diào)節(jié)初級回路的電抗及次級回路的電抗，使兩個回路都單 獨的達(dá)到與信號源頻率諧振，即獨的達(dá)到與信號源頻率諧振，即x11 = 0，x22 = 0，這時稱耦合，這時稱耦合 回路達(dá)到全諧振。在全諧振條件下，兩個回路的阻抗均呈電回路達(dá)到全諧振。在全諧振條件下，兩個回路的阻抗均呈電 阻性。阻性

44、。 z11 = R11，z22 = R22，但，但R11 Rf1，Rf2 R22。 如果改變?nèi)绻淖僊，使，使R11 = Rf1，R22 = Rf2，滿足匹配條件，則稱為滿足匹配條件，則稱為 最佳全諧振最佳全諧振。此時，此時， 22 11 2 11 22 2 )()( 21 R R M RR R M R ff 或 次級電流達(dá)到可能達(dá)到的最大值次級電流達(dá)到可能達(dá)到的最大值 22l1 s 2 2RR V I max 可見，可見，最佳全諧振時次級回路電流值與復(fù)諧振時相同最佳全諧振時次級回路電流值與復(fù)諧振時相同。由于由于 最佳全諧振既滿足初級匹配條件，同時也滿足次級匹配條件，最佳全諧振既滿足初級匹配條

45、件，同時也滿足次級匹配條件， 所以最佳全諧振是復(fù)諧振的一個特例。所以最佳全諧振是復(fù)諧振的一個特例。 57 SEIT of HIT 由最佳全諧振條件可得最佳全揩振時的互感為由最佳全諧振條件可得最佳全揩振時的互感為： 最佳全諧振時初、次級間的耦合稱為最佳全諧振時初、次級間的耦合稱為臨介耦合臨介耦合，與此相應(yīng)的與此相應(yīng)的 耦合系數(shù)稱為耦合系數(shù)稱為臨介耦合系數(shù)臨介耦合系數(shù)，以以k kc c表示。表示。 Q1 = Q2 = Q 時時 2211 c RR M 21 2211 2211 2211 c c 1 QQ LL RR LL M k Q K 1 c 58 SEIT of HIT 我們把耦合諧振回路兩回

46、路的耦合系數(shù)與臨界耦合系數(shù)之我們把耦合諧振回路兩回路的耦合系數(shù)與臨界耦合系數(shù)之 比稱為比稱為耦合因數(shù)耦合因數(shù) 是表示是表示耦合諧振回路耦合相對強(qiáng)弱耦合諧振回路耦合相對強(qiáng)弱的一個重要參量。的一個重要參量。 1稱為稱為強(qiáng)耦合強(qiáng)耦合。 *各種耦合電路都可定義各種耦合電路都可定義k，但是，但是只能對雙諧振回路才可只能對雙諧振回路才可 定義定義 。 KQ K K c 59 SEIT of HIT 4）耦合回路的頻率特性：）耦合回路的頻率特性： 當(dāng)初，次級回路當(dāng)初，次級回路 01 = 02 = 0，Q1 = Q2 = Q時，時， 廣義失調(diào)廣義失調(diào) ，可以證明次級回路電流比，可以證明次級回路電流比 21 2

47、222 max2 2 4)1 ( 2 I I 為廣義失諧，為廣義失諧， 為耦合因數(shù)，為耦合因數(shù)， 表示耦合回路的頻率特性。表示耦合回路的頻率特性。 60 SEIT of HIT 當(dāng)回路諧振頻率當(dāng)回路諧振頻率 = 0時，時， 1稱為強(qiáng)耦合，諧振曲線出現(xiàn)雙峰稱為強(qiáng)耦合，諧振曲線出現(xiàn)雙峰，谷值，谷值 1, 在在 處，處，x11 + xf1 = 0, Rf1 = R11回路達(dá)到匹配，相當(dāng)回路達(dá)到匹配，相當(dāng) 于復(fù)諧振，諧振曲線呈最大值，于復(fù)諧振，諧振曲線呈最大值， = 1。 1 2 ;1,01 ; 1 2 ,01 2 為最大值為最大值時時稱為臨介耦合稱為臨介耦合 為最大值為最大值時時若若稱為弱耦合稱為弱

48、耦合 f f 0 h 1 不應(yīng)小于 2 1 61 SEIT of HIT 5）耦合回路的通頻帶）耦合回路的通頻帶 根據(jù)前述單回路通頻帶的定義，根據(jù)前述單回路通頻帶的定義， 當(dāng)當(dāng) ，Q1 = Q2 = Q， 01 = 02 = 時可導(dǎo)出時可導(dǎo)出 若若 = 1時，時， 一般采用一般采用 稍大于稍大于1，這時在通帶內(nèi)放大均勻，而在通，這時在通帶內(nèi)放大均勻，而在通 帶外衰減很大，為較理想的幅頻特性。帶外衰減很大，為較理想的幅頻特性。 2 1 max2 2 I I 20 0.7 221 f f Q 0 0.7 22 f f Q 62 SEIT of HIT 并聯(lián)諧振回路作為放大器的負(fù)載時，其連接的并聯(lián)諧

49、振回路作為放大器的負(fù)載時，其連接的 方式將直接影響放大器的性能。并聯(lián)諧振回路除了方式將直接影響放大器的性能。并聯(lián)諧振回路除了 具有選頻功能外，還要完成阻抗變換具有選頻功能外，還要完成阻抗變換通常采用通常采用 部分接入的方式實現(xiàn)。部分接入的方式實現(xiàn)。 63 SEIT of HIT RL N1 N2 M + u1 - - + u2 - - C 1.變壓器耦合阻抗變換電路變壓器耦合阻抗變換電路 RL 初、次級電感線圈的圈數(shù)為初、次級電感線圈的圈數(shù)為N1、N2，且全，且全 耦合耦合(k=1)，線圈損耗忽略不計，則，線圈損耗忽略不計，則 等效到初級回路的電阻等效到初級回路的電阻RL上消耗的功率應(yīng)上消耗的

50、功率應(yīng) 和次級負(fù)載和次級負(fù)載RL上消耗功率相等上消耗功率相等，即即 或或 22 12 L L uu R R 2 2 2 1 L L u u R R 變壓器初次級電壓比變壓器初次級電壓比u1u2等于相應(yīng)圈數(shù)比等于相應(yīng)圈數(shù)比N1N2，故有，故有 L 2 2 1 L R) N N (R 可通過改變可通過改變 N1/N2的值來調(diào)整的值來調(diào)整RL的大小。的大小。 64 SEIT of HIT 2.自耦變壓器耦合連接自耦變壓器耦合連接 在不考慮自耦變壓器的損耗前提下，在不考慮自耦變壓器的損耗前提下，從從1、3兩端看過去兩端看過去阻抗阻抗 上上所得到的功率所得到的功率P1與與2，3端端RL所得到的功率所得到

51、的功率P2相等相等，設(shè)設(shè)13 端的電壓為端的電壓為U1，23端的電壓為端的電壓為U2。 Rs C N1 N2 RL Rs L LCRL . sI . sI 1 2 3 1 3 U2 65 可以寫出可以寫出 22 12 12 LL UU PP RR 22 2 111 2 222 L L RUUN RUUN 2 1 2 LL N RR N 1 2 1 N N LL RR SEIT of HIT 引入接入系數(shù)，以引入接入系數(shù)，以P表示：表示： 2 1 N P N 它表示在總?cè)?shù)它表示在總?cè)?shù)N1中接入中接入N2所占比例。所以所占比例。所以P在在01之間，之間， 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)P的大小可以改變折合電阻的數(shù)值

52、。的大小可以改變折合電阻的數(shù)值。P越小，越小，RL與回路與回路 的接入部分越少，對回路影響越小的接入部分越少，對回路影響越小，RL就就越大。越大。 2 1 LL RR P 2 LL gP g 或或 66 LL RR SEIT of HIT 3.雙電容抽頭耦合連接雙電容抽頭耦合連接 電路如圖，回路電容值電路如圖，回路電容值 負(fù)載電阻負(fù)載電阻RL接在電容的抽頭部分接在電容的抽頭部分2 3端，同樣可以把端，同樣可以把RL等效折合等效折合 到到1 3端。端。 RL的的折合公式為折合公式為 上式可以用功率相等的方法證明，也可以用串、并聯(lián)等效代換公上式可以用功率相等的方法證明，也可以用串、并聯(lián)等效代換公

53、式導(dǎo)出。現(xiàn)在用這種方法證明。式導(dǎo)出。現(xiàn)在用這種方法證明。 2 12 1 LL CC RR C sI . Rs L C1 C2RL C1 C2 RLs C1 C2 RL 1 2 3 1 3 2 C 67 12 12 C C C CC SEIT of HIT 22 11 22 ()RjX rjX RjX 22 2222 2222 2222 R XR X j RXRX 68 當(dāng)當(dāng)Q1時：時： 2 21 RrQ 21 XX SEIT of HIT 證明：把圖中證明：把圖中RL與與C2的并聯(lián)形式轉(zhuǎn)換為的并聯(lián)形式轉(zhuǎn)換為串連形式串連形式 再把再把RLS與與C1、C2串連形式轉(zhuǎn)換成并聯(lián)形式串連形式轉(zhuǎn)換成并聯(lián)形式 . sI Rs L C1 C2RL C1 C2 RLs C1 C2 RL 1 2 3 1 3 2C 2 L LS R R Q 2 2 1 L L R QC R C 而而所以所以 2 2 1 () LS L R CR 2 1LLS RR Q 且C2=C2 12 12 1 1 LS C C CC Q R 而而所以所以 2 12 1 LL CC RR C 69 SEIT of HIT 由于由于 ，所以，所以 RLRL , 其接入系數(shù)公式為其接入系數(shù)公式為 12 1 1 CC C 1 12 C p CC . sI Rs L C1 C2RL C1 C2 RLs C1 C2 RL