通信電路課件選頻網(wǎng)絡(luò)

1、通信工程學(xué)院1選 頻 和匹配網(wǎng) 絡(luò)(諧振和匹配網(wǎng)絡(luò))本章為學(xué)習(xí)諧振功率放大器之前的預(yù)備知識，知識點(diǎn)主要集中于教材附錄以及教材pp.97102。通信工程學(xué)院2選頻網(wǎng)絡(luò)（濾波器）的功能：從眾多頻率中選出有用信號，濾除或抑制無用信號；常用濾波器：LC串、并聯(lián)諧振回路；集中參數(shù)濾波器通信工程學(xué)院3基本特性幅頻特性諧振頻率 時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的增益最大 ；通頻帶寬度與傳輸信號有效頻譜寬度相一致；通頻帶外的幅頻特性應(yīng)滿足 。通頻帶 ：增益自 下降3dB(即0.707倍）時(shí)候的上/下限頻率之差。選擇性： 評價(jià)選頻網(wǎng)絡(luò)對處于通頻帶外的各種干擾信號的抑制能力。 0f( )0A f 0A f0.7BW0()A f 0( )

2、/()S fA fA f)()()(AjeAjA通信工程學(xué)院4相頻特性為不引入信號的相位失真，要求在通頻帶范圍內(nèi)選頻電路的群時(shí)延特性為常數(shù)，即相頻特性為線性。理想條件下信號有效頻帶寬度內(nèi)的各頻率分量都延遲一個(gè)相同時(shí)間，這樣才能保證輸出信號中各頻率分量之間的相對關(guān)系與輸入信號完全相同。dd)()()(群時(shí)延：通信工程學(xué)院5通信工程學(xué)院60-/2/2Zf0f通信工程學(xué)院7品質(zhì)因數(shù)Q 物理意義：諧振條件下，回路儲存能量與消耗能量之比。通頻帶與回路的品質(zhì)因數(shù)Q成反比，Q越高，諧振曲線愈尖銳，回路的選擇性越好，通頻帶越窄。 Q=2諧振時(shí)回路總儲能諧振時(shí)一周的耗能通信工程學(xué)院8簡單諧振回路并聯(lián)諧振回路阻抗

3、特性：LrCCIC.IR.R0IL.L0B11/ 2Q1 Q2Q1Q20 /2/2感性Q2Q1Q1 Q2容性Z(a)(b)(c)(d)U.0|zp|/R0I.(a) 并聯(lián)諧振回路; （b）等效電路; （c）阻抗特性; （d）輻角特性00( )1()pLCrZjQ通信工程學(xué)院94個(gè)參數(shù)諧振頻率f0品質(zhì)因素Q值諧振等效阻抗R03dB帶寬B0002000001111,21fQLCLCLQrCrLQRQLCrC0fBQ通信工程學(xué)院10串聯(lián)諧振回路LrCX 00容性感性(a)(b)|ZS|r00(c)0 /20(d)/2串聯(lián)震蕩回路及其特性11( )()SZrj LrjLj CC通信工程學(xué)院114個(gè)參數(shù)

4、諧振等效阻抗r品質(zhì)因素Q值諧振頻率f03dB帶寬B0011,2fLCLC001LQrCrQffB02通信工程學(xué)院12Q1Q2N2222L15.07uHC150pR16.37kR233kR327k00V112VdcC21nR41kC31nV21Vac0Vdc0V諧振回路的應(yīng)用：選頻放大器（ex1）通信工程學(xué)院13例 1 設(shè)一放大器以簡單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載, 信號中心頻率=10MHz, 回路電容C=50 pF, (1) 試計(jì)算所需的線圈電感值。 (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B=0.5 MHz, 則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿足放大

5、器所需帶寬要求?0f通信工程學(xué)院14解 ： (1) 計(jì)算L值。22200115.07(2 )LuCf C(2) 回路諧振電阻和帶寬0031.8RQLkkHzQfB1000(3) 求滿足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L20Q 通信工程學(xué)院15回路總諧振電阻為010010106.376.377.976.37R RRQLkRRRRkR通信工程學(xué)院16帶抽頭接入的阻抗變換網(wǎng)絡(luò)-復(fù)雜諧振網(wǎng)絡(luò)作用：避免直接接負(fù)載，導(dǎo)致諧振回路Q 值大大下降，從而降低選擇性；避免阻抗不匹配。注：阻抗不匹配會引起以下問題負(fù)載

6、所獲功率降低；電磁波傳輸過程中產(chǎn)生回波，影響波形。通信工程學(xué)院17三種實(shí)現(xiàn)方式：1、理想變壓器的阻抗變換網(wǎng)絡(luò)；2、電感分壓電路；3、電容分壓電路；LCR0UUT(a)LC2R0UUTC1(b)LR1UC2C1(c)LR1UTC1C2(e)U1R1UT(d)U1LCUTIIL通信工程學(xué)院18L15.07uHC1100pC2100pR131.8k00I10Adc1AacR2100megV仿真實(shí)例(ex2,ex3)：通信工程學(xué)院19L14uHC150pR12k00I10Adc1AacL21.07uHV通信工程學(xué)院20I1LMR2V+2L._+_1ViR電感分壓電路等效原則：設(shè) 無損耗， 則兩端功率相

7、等；設(shè) ；12L ,L2RL2212iVVRR12112i222L +L +2MVIj(L +L +2M) RRL +MVIj(L +M)通信工程學(xué)院21221102201200L =W L ,LW L ,M=WW LLW其中為單匝線圈的電感量，為線圈匝數(shù)22212i2WWRR=n R=(1/p)WR若M0，L1、L2間無互感（為獨(dú)立電感），則：22212i2LLRR=n R=(1/p)LR通信工程學(xué)院22? Ri=?222i12222i12WRR=p R WWLRR=p R LL（互感）（獨(dú)立電感）通信工程學(xué)院23電容分壓電路1CR2V+2C_+_1ViR等效原則：則兩端功率相等；設(shè) ；2R

8、1/(C )22211221i121CCCVVRR=n R=(1/p) RC +CC2212iVVRR通信工程學(xué)院24221i12CRR=p RCC? Ri=?通信工程學(xué)院25歸納總結(jié)：等效阻抗值變大還是變小？阻抗轉(zhuǎn)換也是可逆的，即被折合端和觀察端可以互換。電感分壓與電容分壓的區(qū)別。部分接入，定義 接入系數(shù)當(dāng)外接負(fù)載不是純電阻，包含有電抗成分時(shí)，同樣可以 推導(dǎo)出等效關(guān)系。p=1/n通信工程學(xué)院26回路等效計(jì)算方法 先求接入系數(shù)p 電阻折算 電壓源折算 電流源折算112npnn電感接入（變壓器）：電容接入：112CpCC2TRRpTUUpTIpI注意：計(jì)算的近似性（高Q值下相等）。通信工程學(xué)院2

9、7例2： 如圖所示， 抽頭回路由電流源激勵, 忽略回路本身的固有損耗, 試求回路兩端電壓u(t)的表示式及回路帶寬。C2C12000 pF500R12000 pF10 HLi Icos 107tI1 mAu1(t)通信工程學(xué)院28解:由于 , 因此可以近似算出回路的諧振角頻率 2R1/(C )70110/rad sLC等效到回路兩端的電阻為 121CC2Cn21R=n R =2000回路處于諧振狀態(tài)則電流源端電壓為 7( )2cos10u ttV輸出電壓為71( )( )/cos10u tu tntV通信工程學(xué)院29該等效并聯(lián)回路有載品質(zhì)因數(shù) L0200020100RQL回路帶寬50L5 10

10、/ (79.577)Brad sKHzQ 通信工程學(xué)院300L310uHC22000pC32000pR25000I1IOFF = 0FREQ = 1.5915494megIAMPL = 1ma0V仿真ex4通信工程學(xué)院310L310uHC22000pC32000pR25000I1IOFF = 0FREQ = 1.5914megIAMPL = 1ma0VV通信工程學(xué)院32選頻匹配網(wǎng)絡(luò)作用：將外接 轉(zhuǎn)化成功率管集電極要求的匹配負(fù)載 。選出基波分量，濾除諧波分量。與匹配有關(guān)的名詞：反射系數(shù)，駐波系數(shù)LReR通信工程學(xué)院33串并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換pRpXsRsXppss111RjXRjX22ssps22ssp

11、sRXRRRXXX在某一頻率點(diǎn)上計(jì)算對應(yīng)等效值在特定頻率點(diǎn)上嚴(yán)格等效在特定頻率點(diǎn)附近近似等效通信工程學(xué)院34轉(zhuǎn)換關(guān)系當(dāng)Qe1時(shí)，則簡化為：SepRQR)1 (221(1)pspSesR RXXQXSPesPXRQRX2peSRQ RpSXX通信工程學(xué)院35利用串/并阻抗轉(zhuǎn)換公式，可推導(dǎo)各種形式的濾波匹配網(wǎng)絡(luò)。LC選頻匹配網(wǎng)絡(luò)有倒L型、T型、 型等幾種不同組成形式，其中倒L型是基本形式。現(xiàn)以倒L型為例，說明其選頻匹配原理。倒L型網(wǎng)絡(luò)是由兩個(gè)異性電抗元件X1、X2組成，常用的兩種電路如圖 (a)、 (b)所示，其中R2是負(fù)載電阻，R1是二端網(wǎng)絡(luò)在工作頻率處的等效輸入電阻。通信工程學(xué)院36通信工程學(xué)

12、院37對于圖 (a)所示電路，將其中X2與R2的串聯(lián)形式等效變換為Xp與Rp的并聯(lián)形式，如圖 (c)所示。在X1與Xp并聯(lián)諧振時(shí)，有X1+ Xp =0, R1=Rp所以R1=(1+Qe2)R21e2RQ =-1R2e22121211e12X =Q R = R (R -R )RRX =RQR -R這種電路可以在諧振頻率處增大負(fù)載電阻的等效值。通信工程學(xué)院38對于圖(b)所示電路，將其中X2與R2的并聯(lián)形式等效變換為Xs與Rs的串聯(lián)形式，如圖(d)所示。在X1與Xs串聯(lián)諧振時(shí)，可求得以下關(guān)系式：122e2e12122e211e11211R =R(1+Q )RQ =-1RRRX =RQR -RX =

13、Q R = R (R -R )這種電路可以在諧振頻率處減小負(fù)載電阻的等效值。通信工程學(xué)院39例: 已知某電阻性負(fù)載為10，請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)，使該負(fù)載在20MHz時(shí)轉(zhuǎn)換為50。 如負(fù)載由10電阻和0.2H電感串聯(lián)組成，又該怎樣設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)?通信工程學(xué)院40解： 由題意可知，匹配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)使負(fù)載值增大，故采用圖 (a)所示倒L型網(wǎng)絡(luò)?？汕蟮盟桦娍怪?1X = 10 (50-10)=2010X =50=2550-10226X20L =0.16uH220 1016111C =318PF X220 1025通信工程學(xué)院41通信工程學(xué)院42L10.16uhC1318pR110I10Adc1Aac000V仿真ex5:通信工程學(xué)院43 由1560pF和318pF兩個(gè)電容組成的倒L型匹配網(wǎng)絡(luò)即為所求，如圖例 (b)虛線框內(nèi)所示。這是因?yàn)樨?fù)載電感量太大， 需要用一個(gè)電容來適當(dāng)?shù)窒糠蛛姼辛?。?0MHz處，1560 pF電容和0.2H電感串聯(lián)后的等效電抗值與(a)圖中的0.16H電感的電抗值相等。 通信工程學(xué)院44T型網(wǎng)絡(luò)和型網(wǎng)絡(luò)各由三個(gè)電抗元件(其中兩個(gè)同性質(zhì)， 另一個(gè)異性質(zhì))組成，如圖 所示，它們都可以分別看作是兩個(gè)倒L型網(wǎng)絡(luò)的組合，用類似的方法可以推導(dǎo)出其有關(guān)公式。通信工程學(xué)院45工程上常用S參數(shù)及阻抗圓圖來分析及計(jì)算匹配通信工程學(xué)院46習(xí)題1：求1uH電感與5