2.2 高頻電路中的組件

1、 基本電路（無(wú)源組件或無(wú)源網(wǎng)絡(luò)）主要有高頻振蕩回路高頻振蕩回路、高頻變壓器高頻變壓器、諧振器諧振器與濾波器濾波器等。 功能：信號(hào)傳輸信號(hào)傳輸、頻率選擇頻率選擇、阻抗變換阻抗變換等。2.2.1 高頻振蕩回路高頻振蕩回路應(yīng)用：應(yīng)用：構(gòu)成高頻放大器、振蕩器及濾波器的主要部件。 功能：功能：阻抗變換、信號(hào)選擇、直接作為負(fù)載使用。 分類(lèi)：分類(lèi)：簡(jiǎn)單振蕩回路、抽頭并聯(lián)振蕩回路和耦合振蕩回路。2.2 高頻電路中的組件高頻電路中的組件1. 簡(jiǎn)單振蕩回路簡(jiǎn)單振蕩回路定義：定義：振蕩回路：振蕩回路：由電感和電容串聯(lián)或并聯(lián)形成的回路。單振蕩回路：?jiǎn)握袷幓芈罚褐挥幸粋€(gè)回路的振蕩電路。簡(jiǎn)單振蕩回路簡(jiǎn)單振蕩回路諧振特性諧

2、振特性：簡(jiǎn)單振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上具有最大或最小值的特性。諧振頻率諧振頻率 功能：功能：諧振特性、頻率選擇（濾波）L 電感r 電感線圈L中的損耗電阻C 電容。S11jjjZrLrLCC2) 串聯(lián)諧振回路 回路電抗 回路阻抗的模|ZS| 回路阻抗的輻角當(dāng)r; 當(dāng)0時(shí)，回路呈感性，|ZS|r; 當(dāng)=0時(shí)，感抗與容抗相等， |ZS|最小，并為一純電阻r，稱(chēng)此時(shí)發(fā)生了串聯(lián)諧振，且串聯(lián)諧振角頻率0為 CLX1LC101=arctgLCr221rLCb/a)圖2-4 串聯(lián)振蕩回路及其特性U若在串聯(lián)振蕩回路兩端加一恒壓信號(hào)，則發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)因阻抗最小，流過(guò)電路的電流最大，稱(chēng)為諧振電流，其值為 (2-

3、3)rUI0 j1 1 j1 1 1j1 1 00000SS0QrLrCLZrrUZUII在任意頻率下的回路電流與諧振電流之比為(2-4)I其模為 (2-5)其中， (2-6)2002011QIICrrLQ001圖 2-5 串聯(lián)諧振回路的諧振曲線Q 回路的品質(zhì)因數(shù)，它是振蕩回路的另一個(gè)重要參數(shù)。根據(jù)式(2-5)畫(huà)出相應(yīng)的曲線如圖2-5所示，稱(chēng)為諧振曲線。 回路的品質(zhì)因數(shù)越高，諧振曲線越尖銳，回路的選擇性越好。Q反映回路選擇性的好壞。另外一個(gè)反映回路選擇性好壞的參數(shù)矩形系數(shù)。 在串聯(lián)回路中，電阻、電感、電容上的電壓值與阻抗值成正比，因此串聯(lián)諧振諧振時(shí)電感及電容上的電壓為最大，其值為電阻上電壓值的

4、Q倍，也就是恒壓源的電壓值的Q倍。發(fā)生諧振的物理意義是，此時(shí)，電容中儲(chǔ)存的電能和電感中儲(chǔ)存的磁能周期性地轉(zhuǎn)換，并且儲(chǔ)存的最大能量相等。 在實(shí)際應(yīng)用中，外加信號(hào)的頻率與回路諧振頻率0之差=0表示頻率偏離諧振的程度，稱(chēng)為失諧。當(dāng)與0很接近時(shí)，(2-7)0000002020022 令(2-8)為廣義失諧，則式(2-5)可寫(xiě)成(2-9)當(dāng)保持外加信號(hào)的幅值不變而改變其頻率時(shí)，將回路電流值下降為諧振值的時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱(chēng)為回路的通頻帶，也稱(chēng)回路帶寬，通常用B來(lái)表示。令式(2-9)等于 0.707，則可推得=1，從而可得帶寬B0.707或B0.7為(2-10)0022ffQQ2011II2/1QffB07

5、 . 022/1應(yīng)當(dāng)指出，以上所用到的品質(zhì)因數(shù)都是指回路沒(méi)有外加負(fù)載時(shí)的值，稱(chēng)為空載 Q 值或 Q0 。當(dāng)回路有外加負(fù)載時(shí)，品質(zhì)因數(shù)要用有載 Q 值或 QL 來(lái)表示，其中的電阻 r 應(yīng)為考慮負(fù)載后的總的損耗電阻。串聯(lián)振蕩回路的相位特性與其輻角特性相反。在諧振時(shí)回路中的電流、電壓關(guān)系如圖2-6所示，圖中與同相，和 分別為電感和電容上的電壓。由圖可知， 和反相。UCUCU0ILULU 圖2-6 串聯(lián)回路在諧振時(shí)的電流、電壓關(guān)系2) 并聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路適用于電源內(nèi)阻為低內(nèi)阻(如恒壓源)的情況或低阻抗的電路(如微波電路)。 當(dāng)頻率不是非常高時(shí)，并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路應(yīng)用最廣。并聯(lián)諧

6、振回路其等效電路、阻抗特性和輻角特性分別如圖2-7(b)、(c)和(d)所示。)()(11)(jXRCjLjrCjLjrZP回路阻抗：回路阻抗：電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)：, 0)( 00X時(shí)，當(dāng) 0最大，時(shí)，當(dāng)PZ20111QLC呈純阻性， )(0RZPrLQ) 1(1QLCCjLjrCjLjrZP11)(CjLjrCjrrLj1)1 (CjLjrCLZP11rLQ因?yàn)椋阂驗(yàn)椋篖jCjLCr112211CLLCrZP串并轉(zhuǎn)換串并轉(zhuǎn)換等效等效電路電路0max1RCrLZZLCPP最大，為純阻性，且時(shí)，當(dāng)CrLR 0很大很大諧振電阻：諧振電阻：LQCQCrLR000諧振特性：諧振特性：在并聯(lián)振蕩回路輸入

7、信號(hào)的頻率為在并聯(lián)振蕩回路輸入信號(hào)的頻率為 時(shí)時(shí) （1）回路的）回路的阻抗最大、純阻性阻抗最大、純阻性 （2）回路兩端）回路兩端電壓最大電壓最大 （3）電流、電壓）電流、電壓同相同相LC10諧振頻率：諧振頻率：000001CRCrrLQ品質(zhì)因數(shù)：品質(zhì)因數(shù)：0v并聯(lián)回路諧振時(shí)的電流、并聯(lián)回路諧振時(shí)的電流、 電壓關(guān)系：電壓關(guān)系：IL.IC.0I.U.0RIULjUIL.UCjICQIIICL202001)2(1RQRZparctan)2arctan(0QZ220011)2(11QRZpQffB02)(1100jQCrLCjLjrCLZp 諧振曲線：諧振曲線：回路回路任意頻率下阻抗任意頻率下阻抗與與

8、諧振電阻諧振電阻之比的模隨之比的模隨頻率頻率變變 化的曲線?；那€。 jRjQR12100LH通頻帶通頻帶0.10.10.79.96rBKB矩形系數(shù) 討論：討論：并聯(lián)電路接信號(hào)源與負(fù)載后，回路哪些參數(shù)可能發(fā)生并聯(lián)電路接信號(hào)源與負(fù)載后，回路哪些參數(shù)可能發(fā)生 變化，怎樣變化？變化，怎樣變化？?jī)?nèi)容小結(jié)內(nèi)容小結(jié)：1）電路結(jié)構(gòu)）電路結(jié)構(gòu) 2）特性參數(shù)）特性參數(shù) 3）諧振時(shí)電壓電流關(guān)系）諧振時(shí)電壓電流關(guān)系 4）諧振特性與諧振曲線）諧振特性與諧振曲線 5）選頻應(yīng)用）選頻應(yīng)用例例 2-1 設(shè)一放大器以簡(jiǎn)單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載，信號(hào)中心頻率fs=10 MHz，回路電容C=50 pF，(1) 試計(jì)算所需的線圈電感

9、值。(2) 若線圈品質(zhì)因數(shù)為Q=100，試計(jì)算回路諧振電阻及回路帶寬。(3) 若放大器所需的帶寬B0.7=0.5 Hz，則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿(mǎn)足放大器所需帶寬要求? 解解 (1) 計(jì)算L值。由式(2-2)，可得將f0以兆赫茲(MHz)為單位，以皮法(pF)為單位，L以微亨(H)為單位， 上式可變?yōu)橐粚?shí)用計(jì)算公式:將f0=fs=10 MHz代入，得CfCL20220)2(11CfCfL2062022533010121H07. 5L(2) 回路諧振電阻和帶寬。由式(2-12)回路帶寬為k 8 .311018. 3 1007. 510210046700LQRkHz 1000QfB(3) 求滿(mǎn)

10、足0.5 MHz帶寬的并聯(lián)電阻。設(shè)回路上并聯(lián)電阻為R1，并聯(lián)后的總電阻為R1R0，總的回路有載品質(zhì)因數(shù)為QL。由帶寬公式，有此時(shí)要求的帶寬B0.7=0.5 MHz，故回路總電阻為需要在回路上并聯(lián)7.97 k的電阻。7 . 00LBfQ 20LQk 37. 61007. 510220670L1010LQRRRRk 97. 737. 637. 6001RRRv2. 2. 抽頭并聯(lián)振蕩回路抽頭并聯(lián)振蕩回路 v 概念：激勵(lì)源概念：激勵(lì)源或或負(fù)載負(fù)載與回路與回路電感電感或或電電容容部分連接部分連接的的v并聯(lián)振蕩并聯(lián)振蕩回路回路v激勵(lì)源激勵(lì)源與與電電感感部分連接部分連接負(fù)載負(fù)載與與電感電感部分連接部分連接

11、負(fù)載負(fù)載與與電容電容部分連接部分連接激勵(lì)源激勵(lì)源與與電電感感部分連接部分連接負(fù)載負(fù)載與與電容電容部分連接部分連接激勵(lì)源激勵(lì)源與與電電容容部分連接部分連接v功能功能： 頻率選擇頻率選擇v 阻抗變換：阻抗變換： 1）使信號(hào)源內(nèi)阻和回路阻抗匹配使信號(hào)源內(nèi)阻和回路阻抗匹配v 2）減小信號(hào)源和負(fù)載對(duì)諧振回路的影響）減小信號(hào)源和負(fù)載對(duì)諧振回路的影響v接入系數(shù)：接入系數(shù)：與外電路相連的那與外電路相連的那部分電抗部分電抗與本回路參與與本回路參與v 分壓的同性質(zhì)分壓的同性質(zhì)總電抗總電抗之比之比 pv 與外電路相連的那部分電抗上的電壓與本與外電路相連的那部分電抗上的電壓與本 v 回路參與分壓的同性質(zhì)總電抗上的回路

12、參與分壓的同性質(zhì)總電抗上的電壓之比電壓之比vTUUp 接入系數(shù)與阻抗變換公式接入系數(shù)與阻抗變換公式:圖（圖（a）：）：),(11忽略互感回路，高IIQLLLIjILjUUpLLLT接入系數(shù)：接入系數(shù)：RURUT222020202)(RpRUURT（ ）輸入端等效電阻：輸入端等效電阻：R1R思考？思考？圖（圖（b）：）：2112121211CCCCCCCCUUpT接入系數(shù)：接入系數(shù)：0202)(RpRUURT輸入端等效電阻：輸入端等效電阻：1R思考？思考？v 諧振時(shí)的回路電流諧振時(shí)的回路電流I IL L與與I I的比值的比值要小些要小些, , 而不再是而不再是Q。pQIILpIIT電流源折合：電

13、流源折合：TLQII信號(hào)源折合：信號(hào)源折合：UpUT1電壓源折合：電壓源折合：適合于信號(hào)源與諧振回路部分連接的情況（圖適合于信號(hào)源與諧振回路部分連接的情況（圖2-9 a、b、c）v例例 2-22-2 如圖如圖2 11，抽頭回路由電流源，抽頭回路由電流源激勵(lì)激勵(lì), 忽略回路本身的固有損耗忽略回路本身的固有損耗, 試求回路兩試求回路兩端電壓端電壓u(t)的表示式及的表示式及回路帶寬回路帶寬。C2C12000 pF500R12000 pF10 HLi Icos 107tI1 mAu1(t)v由于忽略了回路本身的固有損耗由于忽略了回路本身的固有損耗, 因此：因此：QpFCCCCC10002121 諧振

14、角頻率為諧振角頻率為 ：sradLC/10170電阻電阻R1的接入系數(shù)：的接入系數(shù)：5 . 0211CCCp回路電容為：回路電容為：0R回路諧振,0RZP解：解：輸出電壓為輸出電壓為 ： 回路有載品質(zhì)因數(shù)回路有載品質(zhì)因數(shù) ：回路帶寬回路帶寬 ：0200020100LQRL2000112RpRtVtputu7110cos)()(回路兩端電壓回路兩端電壓u(t)： sradQBL/10550tVtViRtu773310cos210cos10102)(等效到回路兩端的電阻為：等效到回路兩端的電阻為： 2000112RpR抽頭并聯(lián)諧振回路小結(jié)：抽頭并聯(lián)諧振回路小結(jié)：阻抗變換：阻抗變換：TTZpZRpR

15、22 TTIpIpUU1 信號(hào)源折合：信號(hào)源折合：回路功能：回路功能：2）減小信號(hào)源和負(fù)載對(duì)回路的影響）減小信號(hào)源和負(fù)載對(duì)回路的影響 （諧振電阻諧振電阻，品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)）1）實(shí)現(xiàn)信號(hào)源和負(fù)載阻抗匹配）實(shí)現(xiàn)信號(hào)源和負(fù)載阻抗匹配計(jì)算分析計(jì)算分析：通過(guò)：通過(guò)阻抗變換阻抗變換和和信號(hào)源折合信號(hào)源折合轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成簡(jiǎn)單并聯(lián)諧振簡(jiǎn)單并聯(lián)諧振 回路回路，再進(jìn)行計(jì)算分析，再進(jìn)行計(jì)算分析1 1、概述、概述單振蕩回路具有頻率選擇性的作用，單振蕩回路具有頻率選擇性的作用，但是其選頻特性不夠理想（但是其選頻特性不夠理想（K0.1=9.98，太大?。?。，太大！）。為了使網(wǎng)絡(luò)具有矩形選為了使網(wǎng)絡(luò)具有矩形選頻特性，需要采用

16、耦合頻特性，需要采用耦合振蕩回路。振蕩回路。耦合回路耦合回路由兩個(gè)或由兩個(gè)或者兩個(gè)以上的單振者兩個(gè)以上的單振蕩回路通過(guò)各種不蕩回路通過(guò)各種不同的耦合方式組成同的耦合方式組成 3. 3. 耦合振蕩回路耦合振蕩回路v概念：概念：兩個(gè)兩個(gè)互相耦合的互相耦合的振蕩回路振蕩回路, 也稱(chēng)為也稱(chēng)為雙調(diào)諧回路雙調(diào)諧回路。 v 接有激勵(lì)信號(hào)源的回路接有激勵(lì)信號(hào)源的回路初級(jí)初級(jí)回路回路v 與負(fù)載相接的回路與負(fù)載相接的回路次級(jí)回路次級(jí)回路（負(fù)載回路）（負(fù)載回路）互感耦合回路：互感耦合回路：電容耦合回路：電容耦合回路：初級(jí)回路初級(jí)回路次級(jí)回路次級(jí)回路初級(jí)回路初級(jí)回路次級(jí)回路次級(jí)回路功能：功能：阻抗變換；獲得比簡(jiǎn)單振蕩

17、回路更好的頻率特性阻抗變換；獲得比簡(jiǎn)單振蕩回路更好的頻率特性v應(yīng)用條件：應(yīng)用條件：兩個(gè)回路都對(duì)信號(hào)頻率調(diào)諧；都為高兩個(gè)回路都對(duì)信號(hào)頻率調(diào)諧；都為高Q Q回路回路1CjIE原理和特性（以原理和特性（以互感耦合回路互感耦合回路為例）：為例）：11111RILjCjILjII111111ICRLILjCjICjI1r對(duì)次級(jí)回路對(duì)次級(jí)回路主要分析：轉(zhuǎn)移阻抗特性主要分析：轉(zhuǎn)移阻抗特性IUZ221對(duì)初級(jí)回路：對(duì)初級(jí)回路：2121212()()cccMMkL LL LCkCCCC耦合系數(shù)：耦合系數(shù)：耦合因子耦合因子 ：kQA 2 、耦合系數(shù)、耦合系數(shù)k及耦合因子及耦合因子A()耦合回路的特性和功能與兩個(gè)回路

18、的耦合程度有關(guān)耦合回路的特性和功能與兩個(gè)回路的耦合程度有關(guān)為此，引入為此，引入“耦合系數(shù)耦合系數(shù)”的概念來(lái)說(shuō)明回路間耦合程度的的概念來(lái)說(shuō)明回路間耦合程度的強(qiáng)弱并以強(qiáng)弱并以k表示。表示。按耦合參量的大?。喊瘩詈蠀⒘康拇笮。簭?qiáng)耦合、弱耦合、臨界耦合強(qiáng)耦合、弱耦合、臨界耦合可見(jiàn)，任何電路的耦合系數(shù)不但都是無(wú)量綱的常數(shù)，而且可見(jiàn)，任何電路的耦合系數(shù)不但都是無(wú)量綱的常數(shù)，而且永遠(yuǎn)是個(gè)遠(yuǎn)小于永遠(yuǎn)是個(gè)遠(yuǎn)小于1的正數(shù)。的正數(shù)。經(jīng)簡(jiǎn)化得轉(zhuǎn)移阻抗：經(jīng)簡(jiǎn)化得轉(zhuǎn)移阻抗：jAACQjZ21220212222max21214)1 (2AAZZQQQCCCLLL212121 , ,令：欠耦合欠耦合過(guò)耦合過(guò)耦合臨界耦合臨界耦

19、合Qk10A=A=1 1時(shí)，臨界耦合系數(shù)：時(shí)，臨界耦合系數(shù)：歸一化轉(zhuǎn)移阻抗：歸一化轉(zhuǎn)移阻抗：01kkA 時(shí)，01kkA 時(shí)，4max21214111ZZ臨界耦合時(shí)：臨界耦合時(shí)：2時(shí)，當(dāng)707. 0max2121ZZQfQffB0007.0222QfQffB0001 .05 .42215. 37 . 01 . 01 . 0BBKr矩形系數(shù)矩形系數(shù):時(shí)，當(dāng)1 . 0max2121ZZ5 . 4臨界耦合臨界耦合并聯(lián)諧振回路和串聯(lián)回并聯(lián)諧振回路和串聯(lián)回路的路的Kr0.1=9.96v工作原理：工作原理：同低頻變壓器，同低頻變壓器，靠磁通交鏈靠磁通交鏈, ,靠互感進(jìn)行耦合靠互感進(jìn)行耦合v結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：1 1

20、）采用導(dǎo)磁率）采用導(dǎo)磁率高、高頻損耗小的軟磁材料作磁高、高頻損耗小的軟磁材料作磁芯。芯。v 2 2）一般用于小信號(hào)場(chǎng)合一般用于小信號(hào)場(chǎng)合, 尺寸小尺寸小, 線圈匝數(shù)較少。線圈匝數(shù)較少。 環(huán)形磁芯 罐形磁芯 雙孔磁芯 2.2.2 2.2.2 高頻變壓器和傳輸線變壓器高頻變壓器和傳輸線變壓器功能：功能：信號(hào)傳輸、信號(hào)傳輸、阻抗變換阻抗變換、隔絕直流、隔絕直流1. 1. 高頻變壓器（工作于幾十高頻變壓器（工作于幾十MHzMHz以下）以下）電路符號(hào)：電路符號(hào)：等效電路：等效電路：LL初級(jí)勵(lì)磁電感初級(jí)勵(lì)磁電感L LS S 漏感漏感C CS S 分布電容分布電容低頻端：低頻端：但但L有分流作用，有分流作用

21、， LS的分壓作用和的分壓作用和CS分流作用可以忽略分流作用可以忽略高頻端：高頻端： LS起分壓作用，起分壓作用，CS起旁路作用，起旁路作用，L的旁路作用可以忽略的旁路作用可以忽略 為了展寬高頻范圍為了展寬高頻范圍，應(yīng)盡量減少，應(yīng)盡量減少LS和和CS，即減少初級(jí)線圈匝，即減少初級(jí)線圈匝數(shù)。數(shù)。v設(shè)：設(shè)：1 1）初級(jí)為兩個(gè)等匝數(shù)的線圈串）初級(jí)為兩個(gè)等匝數(shù)的線圈串聯(lián)聯(lián), , 極性相同極性相同v 2 2）初次級(jí)匝比）初次級(jí)匝比 n =N1/N2。電路圖：電路圖：321nUUU)(213IInI典型應(yīng)用：典型應(yīng)用：作四端口器件應(yīng)用作四端口器件應(yīng)用 中心抽頭變壓器（中心軸變壓器）：中心抽頭變壓器（中心軸

22、變壓器）：概念：概念： 具有具有中心抽頭中心抽頭的的三繞組三繞組高頻變壓器，高頻變壓器，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入信號(hào)的相加或相減可實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入信號(hào)的相加或相減作為理想變壓器看待時(shí)：作為理想變壓器看待時(shí)：v概念：概念：利用繞制在磁環(huán)上的傳輸線而構(gòu)成利用繞制在磁環(huán)上的傳輸線而構(gòu)成的高頻變壓器。的高頻變壓器。典型的結(jié)構(gòu)：典型的結(jié)構(gòu)：電路圖：電路圖：2.2.傳輸線變壓器（工作于幾百傳輸線變壓器（工作于幾百M(fèi)Hz)MHz)特點(diǎn)：特點(diǎn)：高頻專(zhuān)用，工作頻率高，工作頻帶寬高頻專(zhuān)用，工作頻率高，工作頻帶寬功能：功能：阻抗變換阻抗變換、信號(hào)傳輸、信號(hào)傳輸v 1 1）變壓器工作方式）變壓器工作方式注意：注意：在傳輸線的實(shí)際應(yīng)

23、用時(shí)，通常兩種方式同時(shí)存在在傳輸線的實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通常兩種方式同時(shí)存在電路：電路：特點(diǎn)：特點(diǎn)：兩線圈端（兩線圈端（1、2與與3、4）有同相的電壓）有同相的電壓工作方式：工作方式：傳輸線工作方式、變壓器工作方式傳輸線工作方式、變壓器工作方式特點(diǎn)：特點(diǎn)：a. 在傳輸線的任一點(diǎn)上，兩導(dǎo)線上的電流大小相等，在傳輸線的任一點(diǎn)上，兩導(dǎo)線上的電流大小相等， 方向相反方向相反 b. R RL與與Z ZC C相等而匹配時(shí)，兩導(dǎo)線間的電壓沿線均勻分相等而匹配時(shí)，兩導(dǎo)線間的電壓沿線均勻分 布，有最大的傳輸帶寬布，有最大的傳輸帶寬2 2）傳輸線工作方式）傳輸線工作方式原理電路：原理電路：原理：原理：利用導(dǎo)線間的利用導(dǎo)線

24、間的分布電容分布電容和和分布電感分布電感組成的組成的電磁波電磁波傳輸系傳輸系統(tǒng)統(tǒng)v1 v2 vi1 i2 i （1 1）高頻）高頻1 1：1 1反相器：反相器：應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：a） 高頻反相器高頻反相器 b）不平衡不平衡平衡變換器，平衡變換器，平衡平衡不平衡變換器不平衡變換器 c）3 3 分貝耦合器、分貝耦合器、 1 1：1 1高頻反相器高頻反相器 d）14 14 阻抗變換器、阻抗變換器、 4141阻抗變換器阻抗變換器（2 2）對(duì)稱(chēng)）對(duì)稱(chēng)不對(duì)稱(chēng)變換不對(duì)稱(chēng)變換 將將對(duì)地對(duì)稱(chēng)的雙端對(duì)地對(duì)稱(chēng)的雙端輸輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為入信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)地不對(duì)稱(chēng)對(duì)地不對(duì)稱(chēng)的單端的單端輸出信號(hào)輸出信號(hào)（3 3）不對(duì)稱(chēng)）不對(duì)稱(chēng)

25、對(duì)稱(chēng)變換對(duì)稱(chēng)變換 將將對(duì)地不對(duì)稱(chēng)的單對(duì)地不對(duì)稱(chēng)的單端端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)地對(duì)地對(duì)稱(chēng)的雙端對(duì)稱(chēng)的雙端輸出信號(hào)輸出信號(hào)（4 4）4 4：1 1 阻抗變換器阻抗變換器ivivR22oLLiRivivR4242（5 5）1 1：4 4 阻抗變換器阻抗變換器ivivR2oLLiRivivR41422v（1）石英晶體）石英晶體 SiO2結(jié)晶體結(jié)晶體v（2）晶片）晶片天然或人工生成的天然或人工生成的石英晶石英晶體切片體切片2.2.3 2.2.3 石英晶體諧振器石英晶體諧振器1.1.石英晶體石英晶體(Quartz-Crystal)諧振器的構(gòu)成諧振器的構(gòu)成在晶片的兩面制作電極在晶片的兩面制作電極將電

26、極與底座的插腳相連將電極與底座的插腳相連最后以最后以金屬殼或玻璃殼封裝金屬殼或玻璃殼封裝電路符號(hào)電路符號(hào)壓電效應(yīng)：壓電效應(yīng)：晶體發(fā)生機(jī)械形變晶體發(fā)生機(jī)械形變對(duì)應(yīng)表面產(chǎn)生正、負(fù)荷，呈對(duì)應(yīng)表面產(chǎn)生正、負(fù)荷，呈 現(xiàn)出電壓?，F(xiàn)出電壓。反壓電效應(yīng)：反壓電效應(yīng)：給晶片施加電場(chǎng)，晶片將延伸或壓縮，發(fā)生形變給晶片施加電場(chǎng)，晶片將延伸或壓縮，發(fā)生形變 諧振原理：諧振原理：在晶體兩端加交變電壓在晶體兩端加交變電壓晶體會(huì)發(fā)生周期性振動(dòng)晶體會(huì)發(fā)生周期性振動(dòng) 電荷的周期性變化電荷的周期性變化交流電流流過(guò)晶體。交流電流流過(guò)晶體。 2.2.諧振原理諧振原理壓電效應(yīng)、反壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)、反壓電效應(yīng) 固有諧振頻率：固有諧振頻率

27、：晶體是彈性固體，對(duì)于某一種振動(dòng)方式，有一晶體是彈性固體，對(duì)于某一種振動(dòng)方式，有一個(gè)機(jī)械的諧振頻率。與切割方位、形狀、大小有關(guān)，且十分穩(wěn)個(gè)機(jī)械的諧振頻率。與切割方位、形狀、大小有關(guān)，且十分穩(wěn)定。定。共振現(xiàn)象：共振現(xiàn)象： 當(dāng)當(dāng)高頻交流電壓高頻交流電壓加于晶片兩端時(shí)，晶片將隨交變信號(hào)的變化而產(chǎn)生加于晶片兩端時(shí)，晶片將隨交變信號(hào)的變化而產(chǎn)生機(jī)機(jī)械振動(dòng)械振動(dòng)，當(dāng)其振蕩頻率與晶片固有振蕩，當(dāng)其振蕩頻率與晶片固有振蕩頻率相等頻率相等時(shí)，機(jī)械時(shí)，機(jī)械振動(dòng)幅度最大振動(dòng)幅度最大，流過(guò)晶片的流過(guò)晶片的電流最大，電流最大，產(chǎn)生電能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，在電路上表現(xiàn)出產(chǎn)生電能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，在電路上表現(xiàn)出電諧振電諧振。多諧

28、性：多諧性： 石英晶片的共振具有多諧性，即除可以石英晶片的共振具有多諧性，即除可以基頻共振基頻共振外，還可以外，還可以諧頻共振諧頻共振，通常把利用晶片的基頻共振的諧振器稱(chēng)為通常把利用晶片的基頻共振的諧振器稱(chēng)為基頻（基音）諧振器基頻（基音）諧振器，利用晶片，利用晶片諧頻共振的諧振器稱(chēng)為諧頻共振的諧振器稱(chēng)為泛音諧振器泛音諧振器。 25MHz25MHz以下以下的晶體工作在的晶體工作在基音基音上上25MHz25MHz以上以上的靜態(tài)工作在的靜態(tài)工作在泛音泛音上（上（3 3、5 5、7 7次泛音）次泛音）諧振頻率附近諧振頻率附近的等效電路的等效電路串并聯(lián)的振蕩回路串并聯(lián)的振蕩回路C0：晶體作為電介質(zhì)的：晶

29、體作為電介質(zhì)的靜態(tài)電容，靜態(tài)電容，大約大約2 5 pF rq ：機(jī)械摩擦和空氣阻尼引起的損耗，：機(jī)械摩擦和空氣阻尼引起的損耗，動(dòng)態(tài)電阻，動(dòng)態(tài)電阻，很小很小Lq：機(jī)械共振經(jīng)壓電轉(zhuǎn)換而呈現(xiàn)的：機(jī)械共振經(jīng)壓電轉(zhuǎn)換而呈現(xiàn)的動(dòng)態(tài)電感，動(dòng)態(tài)電感，很大很大 低頻低頻晶體晶體較厚較厚，質(zhì)量較大，動(dòng)態(tài)電感，質(zhì)量較大，動(dòng)態(tài)電感較大較大 高頻高頻晶體晶體較薄較薄，質(zhì)量較小，動(dòng)態(tài)電感，質(zhì)量較小，動(dòng)態(tài)電感較小較小100H（100 kHz） 1H（1 MHz） 10 mH（10 MHz）Cq ：機(jī)械共振經(jīng)壓電轉(zhuǎn)換而呈現(xiàn)的：機(jī)械共振經(jīng)壓電轉(zhuǎn)換而呈現(xiàn)的動(dòng)態(tài)電容動(dòng)態(tài)電容，大約大約0.005 0.1 pF ，很小很小包括基音、泛

30、音在內(nèi)的等效電路：包括基音、泛音在內(nèi)的等效電路：（1）等效電路）等效電路3. 3. 等效電路及阻抗特性等效電路及阻抗特性（2 2）阻抗特性）阻抗特性001)1()1(1CjCLjrCLjrCjZqqqqqqe阻抗的一般表示式：阻抗的一般表示式：220220111qeeCjjXZ忽略忽略r rq q后：后：串聯(lián)諧振頻率：串聯(lián)諧振頻率：Lq,Cq組成的串聯(lián)諧振組成的串聯(lián)諧振回路的諧振頻率回路的諧振頻率并聯(lián)諧振頻率：并聯(lián)諧振頻率：Co,Lq,Cq組成的并聯(lián)諧振回路的諧振頻率組成的并聯(lián)諧振回路的諧振頻率C0Cq, ,所以所以 0 0很靠近很靠近 q q，5MHz的晶體：的晶體： f0fq 6.5 kH

31、z電抗特性曲線：電抗特性曲線：品質(zhì)因數(shù)：品質(zhì)因數(shù)：0CCpqqqqqrLQ很大很大接入系數(shù)：接入系數(shù)：很小很小fq fo 之間為高之間為高 Q 電感電感fq 附近為串聯(lián)諧振，相當(dāng)于短路附近為串聯(lián)諧振，相當(dāng)于短路fo 附近為并聯(lián)諧振，附近為并聯(lián)諧振，Ze220220111qeeCjjXZ曲線特點(diǎn)：曲線特點(diǎn)：v4.4.晶體諧振器的特點(diǎn)晶體諧振器的特點(diǎn)v （1 1）并聯(lián)諧振阻抗高）并聯(lián)諧振阻抗高v （2 2）品質(zhì)因數(shù)非常高）品質(zhì)因數(shù)非常高上萬(wàn)上萬(wàn)v （3 3）接入系數(shù)非常小）接入系數(shù)非常小1010-3-3v （4 4） fq和和f0非常穩(wěn)定非常穩(wěn)定5.5.晶體諧振器的應(yīng)用晶體諧振器的應(yīng)用 （1 1）

32、應(yīng)用于晶體振蕩器中）應(yīng)用于晶體振蕩器中 （2 2）應(yīng)用于高頻窄帶濾波器）應(yīng)用于高頻窄帶濾波器2.3 2.3 阻抗變換與阻抗匹配阻抗變換與阻抗匹配若若RS RL，阻抗不匹配，傳輸效率不高，阻抗不匹配，傳輸效率不高 信號(hào)源信號(hào)源/前級(jí)單元電路前級(jí)單元電路 負(fù)載負(fù)載/ 后級(jí)單元電路后級(jí)單元電路RS（RO）RL（Ri）RL（Ri）若若RS= RL ，阻抗匹配，傳輸效率高，阻抗匹配，傳輸效率高 信號(hào)源信號(hào)源/前級(jí)單元電路前級(jí)單元電路 負(fù)載負(fù)載/ 后級(jí)單元電路后級(jí)單元電路RS（ZO）RL（Ri）阻抗變換阻抗變換網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)1. 1. 串串并聯(lián)等效轉(zhuǎn)換公式并聯(lián)等效轉(zhuǎn)換公式 2.3.2 LC2.3.2 LC網(wǎng)絡(luò)阻

33、抗變換網(wǎng)絡(luò)阻抗變換品質(zhì)因數(shù)：品質(zhì)因數(shù)：SSSRXQ PPPXRQ 主要分析的問(wèn)題：主要分析的問(wèn)題： RP 、XP 、QP 與與 XS 、RS、 QS 之間的關(guān)系之間的關(guān)系等效原則：變換前后電路總等效原則：變換前后電路總阻抗不變：阻抗不變：)()(jZjZps要使要使ps，必須滿(mǎn)足：，必須滿(mǎn)足：SSSPRXRR22SSPPjXRjXR111SSSPXXRX22PPPXRQ 品質(zhì)因數(shù)相等品質(zhì)因數(shù)相等)1 (2QRRSP)11 (2QXXSP時(shí)在1QSPRR SPXX 電阻、電抗之間的電阻、電抗之間的 關(guān)系關(guān)系SSSQRX2. L2. L型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò)L-I L-I 型：型：負(fù)載電阻負(fù)載電阻與

34、與網(wǎng)絡(luò)電抗網(wǎng)絡(luò)電抗并聯(lián)并聯(lián)L-IIL-II型：型：負(fù)載電阻負(fù)載電阻與與網(wǎng)絡(luò)電抗網(wǎng)絡(luò)電抗串聯(lián)串聯(lián)L-IIL-II型型由由兩個(gè)性質(zhì)相異的電抗兩個(gè)性質(zhì)相異的電抗元件組成元件組成L-IL-I型型LCLC網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)有有3 3種類(lèi)型：種類(lèi)型：L L型、型、T T型、型、IIII型型L-I L-I 型匹配網(wǎng)絡(luò)：型匹配網(wǎng)絡(luò)：要分析的問(wèn)題：要分析的問(wèn)題：已知已知 R Rs s、R RL L，根據(jù)匹配要求確定，根據(jù)匹配要求確定 X XS S 、 X XP P匹配要求：匹配要求：（1）匹配后的負(fù)載電阻等于信號(hào)源內(nèi)阻）匹配后的負(fù)載電阻等于信號(hào)源內(nèi)阻,即即: :R Re e= R= Rs s（2）匹配后的網(wǎng)絡(luò)）匹配后的網(wǎng)

35、絡(luò)對(duì)工作頻率諧振對(duì)工作頻率諧振信信 號(hào)號(hào) 源源Re匹配后的負(fù)載電阻匹配后的負(fù)載電阻設(shè)：設(shè)：RL負(fù)載電阻負(fù)載電阻 RS信號(hào)源內(nèi)阻信號(hào)源內(nèi)阻當(dāng)當(dāng)RSRL時(shí)，采用時(shí)，采用L-I型網(wǎng)絡(luò)匹配型網(wǎng)絡(luò)匹配1eLRRQ)(eLeeSRRRQRXLeLLLPRRRRQRX)1 (2QRRSLSSXXeSRR 由匹配要求，應(yīng)有：由匹配要求，應(yīng)有：由由得出：得出：SSRXQ 由由得出：得出：PLXRQ 由由得出：得出：Re匹配后的負(fù)載電阻匹配后的負(fù)載電阻L-IL-I型網(wǎng)絡(luò)適合于型網(wǎng)絡(luò)適合于RSRL時(shí)，采用時(shí)，采用L-II型網(wǎng)絡(luò)匹配型網(wǎng)絡(luò)匹配要分析的問(wèn)題：要分析的問(wèn)題：已知已知 R Rs s( (R Re e) )、

36、R RL L，根據(jù)匹配要求，求，根據(jù)匹配要求，求X XS S 、 X XP P1LeRRQ)(LeLLSRRRQRXLeLeePRRRRQRX)1 (2QRRLPPPXXePRR由匹配的要求，應(yīng)有：由匹配的要求，應(yīng)有：由由得出：得出：LSRXQ 由由得出：得出：PPXRQ 由由得出：得出：Re匹配后的負(fù)載電阻匹配后的負(fù)載電阻L-IIL-II型網(wǎng)絡(luò)適合于型網(wǎng)絡(luò)適合于Re RL的情況的情況Re串并轉(zhuǎn)換串并轉(zhuǎn)換)1 (2QRRLe由由三個(gè)電抗三個(gè)電抗元件元件( (兩個(gè)同性質(zhì)兩個(gè)同性質(zhì)，一個(gè)異性質(zhì)一個(gè)異性質(zhì)) )組成組成2. T 2. T 和和型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò)T T型型型型1）網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)受信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻的大小關(guān)系的影響）網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)受信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻的大小關(guān)系的影響2）品質(zhì)因數(shù)）品質(zhì)因數(shù)Q不可控，不能兼顧濾波要求不可控，不能