哈工大高頻趙雅琴課件第二章

1、SEIT of HITSEIT of HIT 2.2.1 高頻電路中的無(wú)源器件高頻電路中的無(wú)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)SEIT of HIT 高頻電路使用的元器件與低頻電路基本相同，但是高頻電路中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 使用的是元器件的使用的是元器件的高頻特性高頻特性。（電容的影響）。（電容的影響）無(wú)源元件：無(wú)源元件：電阻（器）、電容（器）和電感（器）電阻（器）、電容（器）和電感（器） -都屬于無(wú)源的都屬于無(wú)源的線性元件線性元件有源器件：有源器件：二極管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、集

2、成電路二極管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、集成電路 -完成信號(hào)的完成信號(hào)的放大、非線性變換放大、非線性變換等等無(wú)源網(wǎng)絡(luò)：無(wú)源網(wǎng)絡(luò)：串聯(lián)諧振回路、并聯(lián)諧振回路、耦合諧振回路串聯(lián)諧振回路、并聯(lián)諧振回路、耦合諧振回路 -放大選頻、諧振自激震蕩、變頻調(diào)制解調(diào)選頻放大選頻、諧振自激震蕩、變頻調(diào)制解調(diào)選頻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）2.2.1.1 電阻器電阻器無(wú)源、無(wú)記憶元件、耗能元件無(wú)源、無(wú)記憶元件、耗能元件LRCRR電阻的高頻等效電路電阻的高頻等效電路 CR：分布電容：分布電容LR：引線

3、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。SEIT of HIT2.2.1.2 電感器電感器無(wú)源、記憶元件、儲(chǔ)能元件無(wú)源、記憶元件、儲(chǔ)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(zhǎng)、中、短波頻段長(zhǎng)、中、短波頻段：通常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(guò)導(dǎo)線的交流電流隨著工作頻率的增高，流過(guò)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)

4、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(wú)功功率無(wú)功功率與與有功功率有功功率之比之比設(shè)流過(guò)電感線圈的電流為設(shè)流過(guò)電感線圈的電流為I，則電感，則電感L上的無(wú)功功率為上的無(wú)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)：0022rLrILIQQ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。

5、 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(lái)測(cè)量。表來(lái)測(cè)量。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。pLjRLjr11)(101-2兩端的導(dǎo)納兩端的導(dǎo)納 = = 1-2兩端的導(dǎo)納兩端的導(dǎo)納r0L12RLP12) 1/1 ()1 (220QLLQrRp0rLQ02202rLrQRLLpQ 1RLr220LRrLQ0電感線圈串、并聯(lián)等效電路電感線圈串、并聯(lián)等效電路表明：表明： 若以并聯(lián)形式表示若以并聯(lián)形式表示Q時(shí)，則為并聯(lián)電阻與感抗之比。時(shí)，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

6、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為幾歐的為幾歐的量級(jí)量級(jí)，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。 SEIT of HITCrrCQ112.2.1.3 電容器電容器電容器：電容器：電容特性電容特性+損耗電阻損耗電阻+分布電感。分布電感。米波以下頻段：米波以下頻段：只考慮電容和損耗。只考慮電容和損耗。電容器的串、并聯(lián)等效電路電容器的串、并聯(lián)等效電路rCCpR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

7、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。RCCRQPP1-后期總結(jié)后期總結(jié)無(wú)源、記憶元件、儲(chǔ)能元件無(wú)源、記憶元件、儲(chǔ)能元件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(wàn)的數(shù)量級(jí)，幾千到幾萬(wàn)的數(shù)量級(jí)，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 常忽略不計(jì)。常忽略不計(jì)。)/11/()1 (22QCCQrRp同理，得：同理，得：rCrQR2212CCp表明：表明：電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

8、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 1SEIT of HITID / mAOUonUD / V從原理上看：高頻電路的有源器件，與用于低頻或其他電子線路從原理上看：高頻電路的有源器件，與用于低頻或其他電子線路的器件沒(méi)有根本不同。的器件沒(méi)有根本不同。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，工作頻率

9、高。（電容小，工作頻率高。（2） 還有還有變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管用于振蕩器中。用于振蕩器中。2.2.2.1 二極管二極管) 1(/TUUSeII擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容Cd勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CbSEIT of HIT（1）做小信號(hào)放大的高頻小功率管，主要要求高增益和低噪聲；）做小信號(hào)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2.2.2.2 三極管三極管SEIT of

10、 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(shí)：此時(shí)：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(shí)：此時(shí)：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。 輸出呈高阻態(tài)，輸出呈高阻態(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(shí)：

11、此時(shí)：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 受控恒流源受控恒流源IB4IB3IB2IB1IB 0uCEIB截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)ICOiCuCEuBE時(shí)，臨界飽和狀態(tài)時(shí)，臨界飽和狀態(tài)uCEuBE時(shí)，過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，過(guò)飽和狀態(tài)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M(fèi)Hz，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。

12、2.2.2.3 集成電路集成電路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(shí)，電路參數(shù)滿足一定關(guān)系時(shí)，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(hào)作用下，能在電若該電路在某一頻率的交變信號(hào)作用下，能在電抗原件上產(chǎn)生最大的電壓或流過(guò)最大的電流，即具有諧振特性，抗原件上產(chǎn)生最大的電壓或流過(guò)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

13、回路3.耦合諧振回路耦合諧振回路1. 利用他的利用他的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：SEIT of HIT2.3.1 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(hào)角頻率為信號(hào)角頻率為時(shí)，串聯(lián)回路阻抗為：時(shí)，串聯(lián)回路阻抗為：)1(1CLjrCjLjrsZrLC基本串聯(lián)回路電路圖基本串聯(lián)回路電路圖分析其分析其(阻抗阻抗)頻率特性頻率特性r|Zs|O0模模/2-/20O相位相位SEIT of

14、HITrUI.0 當(dāng)當(dāng)r ； 當(dāng)當(dāng)0時(shí)，時(shí)， 回路呈回路呈感性感性，|Zs|r ； 當(dāng)當(dāng)0時(shí)，感抗與容抗相等，時(shí)，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(shí)發(fā)生了我們稱此時(shí)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:LC10XO0容性容性感感性性若在回路兩端加一激勵(lì)信號(hào)若在回路兩端加一激勵(lì)信號(hào) ，則發(fā)，則發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)因生串聯(lián)諧振時(shí)因阻抗最小阻抗最小，流過(guò)電路的流過(guò)電路的電流最大電流最大，稱為，稱為諧振電流諧振電流。 USEIT of HIT在任意頻率在任意頻率下，回路電流下，回路電流 與諧振電流與諧振電流 之比之比)(111110000.r

15、LjrCLjZrrUZUIISS)(1100jQ22)(11000QIICrrLQ001-回路回路品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q2Q1Q1Q20|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。I0I分析其分析其(電流電流)頻率特性頻率特性SEIT of HIT實(shí)際上，外加的頻率實(shí)際上，外加的頻率與回路諧振頻率與回路諧振頻率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?yàn)檎瓗Вㄒ驗(yàn)檎瓗В┊?dāng)當(dāng)與與0很接近時(shí)：很接近時(shí)：0000000022202串聯(lián)回路中，電阻、電感、電容上的電

16、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(shí)電感及電容上的電壓為最大，其值為電阻上串聯(lián)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(shí)此時(shí)電容和電感中儲(chǔ)存的最大能量相等電容和電感中儲(chǔ)存的最大能量相等。SEIT of HIT為為廣義失諧量廣義失諧量，則：，則：0022ffQQ2110IIQffB07 . 02當(dāng)保持外加信號(hào)的當(dāng)保持外加信號(hào)的幅值不變幅值不變而而改變其頻率改變其頻率時(shí)，將回路電流值下時(shí)，將回路電流值下降為諧振值的降為諧振值

17、的 時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱回路的時(shí)所對(duì)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 ，則可以推得，則可以推得=1，從而可得帶寬：，從而可得帶寬：令令211207 . 0ffQ21SEIT of HIT在諧振時(shí)回路中的電流、電壓關(guān)系如圖所示。在諧振時(shí)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。 CU0ILUULUCU0IU/2-/20O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Q2Q1Q20|I/I0|幅頻特性曲線幅頻特性曲線0IUSEIT o

18、f HITLC10串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路諧振時(shí)諧振時(shí)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。0IU 電容和電感中儲(chǔ)存的能量最大，且電容和電感中儲(chǔ)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：QffB07 . 020ISEIT of HIT2.3.2 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路jbgLrLCjLrrCjLjry 1222222CLrsI.-應(yīng)用最廣應(yīng)用最廣分析其分析其（阻抗）頻率

19、特性（阻抗）頻率特性222Lrrg222LrLCb電導(dǎo)和電納電導(dǎo)和電納電納部分電納部分b0時(shí)產(chǎn)生時(shí)產(chǎn)生并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振；并聯(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?；芈穬啥穗妷汉洼斎腚娏魍颉EIT of HIT220200LrLC2202LrCL2120)1 (1LCrLC 10LCCLr2當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) IjQIjQIssrL 1在諧振時(shí)：在諧振時(shí)：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/

20、2/2 。UcIsIrLISEIT of HIT代換電路：代換電路：為了分析問(wèn)題方便，常將并聯(lián)諧振電路由左圖變向右圖。為了分析問(wèn)題方便，常將并聯(lián)諧振電路由左圖變向右圖。2222LrLCjLrrYLCjLCrLCjLrY112CLRCLr當(dāng)當(dāng)r遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于L時(shí)，時(shí)，(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。LCrRgp1So：LCggCCLgLrLQppp1000CLgrpSEIT of HIT（電壓）頻率特性：（電壓）頻率特性：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。UjpsUe jgIULC1 gL1Carctg

21、(f)2gL1C1gsI2L1C2gsIU(f)ppppLCgp幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性SEIT of HIT gL1C-11 gI1L1CgIUU(f)N(f)2s22s0pppUOf0U0f將幅頻特性歸一化：將幅頻特性歸一化：SEIT of HIT 考慮：考慮： 和和 ，上式中：，上式中：LC10LgQp01QffffQ QLCLggLCpp0000000 11ffff002211QN(f)式中式中 稱為稱為相對(duì)失諧相對(duì)失諧，于是于是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。 00000202002fff

22、fffffffffffffQ2Q1Q1Q20N( f )當(dāng)失諧不大時(shí)，即離開諧振頻率不太當(dāng)失諧不大時(shí)，即離開諧振頻率不太遠(yuǎn)時(shí)，遠(yuǎn)時(shí)，f + f02f0 ，于是，于是相對(duì)失諧相對(duì)失諧：式中：式中：f = f - f0是相對(duì)于諧振頻率是相對(duì)于諧振頻率 f0的失諧量。的失諧量。202211ffQN(f)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(shí)，時(shí)，(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(shí)，時(shí)，(f)=0，電壓電壓 同相電流同相電流 ,回路呈純電阻回路

23、呈純電阻。arctgQgCarctg(f)L1UsIUsI相頻特性可簡(jiǎn)化為：相頻特性可簡(jiǎn)化為：/ 2/ 20UsI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。SEIT of HIT考慮到信號(hào)源內(nèi)阻考慮到信號(hào)源內(nèi)阻( )和負(fù)載和負(fù)載( )對(duì)并聯(lián)諧振回對(duì)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(hào)源和負(fù)載連接并聯(lián)回路與信號(hào)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：LspgggggsCLgpgLsI.ssgR1LLgR1現(xiàn)設(shè)：現(xiàn)設(shè)：無(wú)載無(wú)載Q值為值為Q0 ( 沒(méi)有接入負(fù)載和電流內(nèi)阻的沒(méi)有接入負(fù)載和電流內(nèi)阻的Q值值 ) 有載有載Q值為

24、值為QL( -接入負(fù)載和電流內(nèi)阻的接入負(fù)載和電流內(nèi)阻的Q值值 )ppLgLRQ0010)(1100LspLgggLLgQpLpsopLpspLspLggggQggggLggggLQ1)1 (1)(100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(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻的旁路作用越也就是信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻的旁路作用越嚴(yán)重。嚴(yán)重。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

25、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(gè)相互矛盾的指標(biāo)來(lái)衡量。矩形系數(shù)則是這兩個(gè)相互矛盾的指標(biāo)來(lái)衡量。矩形系數(shù)則是綜合說(shuō)明這兩個(gè)指標(biāo)的一個(gè)參數(shù)，可以衡量實(shí)際幅頻特性接綜合說(shuō)明這兩個(gè)指標(biāo)的一個(gè)參數(shù)，可以衡量實(shí)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。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。（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(diǎn)在分析化曲線，這一點(diǎn)在分析LC正弦波振蕩電路的穩(wěn)定性時(shí)有很大正弦波振蕩電路的穩(wěn)定性時(shí)有很大作用，而且可以利用曲線的線性部

26、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，這在相位鑒頻電路中得到了應(yīng)用。轉(zhuǎn)換，這在相位鑒頻電路中得到了應(yīng)用。 同樣，同樣，LC并聯(lián)諧振并聯(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)換提供了依據(jù)，這在斜率鑒頻電路里得到了應(yīng)用。提供了依據(jù)，這在斜率鑒頻電路里得到了應(yīng)用。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(diǎn)，正弦波電路里可作為短路元件工作于振蕩頻率點(diǎn)，但其用途

27、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(duì)偶關(guān)系，在分析和應(yīng)用時(shí)要注意這一點(diǎn)的參數(shù)具有對(duì)偶關(guān)系，在分析和應(yīng)用時(shí)要注意這一點(diǎn)。（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(shí)現(xiàn)信號(hào)源內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)源內(nèi)阻或負(fù)載的阻抗變換，這對(duì)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(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)較理想的阻抗變換，而前者在較寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)較理想的阻抗變

28、換，但各頻率點(diǎn)的變換值有差別?？棺儞Q，但各頻率點(diǎn)的變換值有差別。 SEIT of HIT2.3.3 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(gè)或者兩個(gè)耦合回路：由兩個(gè)或者兩個(gè)以上的單振蕩回路通過(guò)各種以上的單振蕩回路通過(guò)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

29、單諧振回路矩形選頻特性矩形選頻特性f0f課后作業(yè)課后作業(yè)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(gè)回路的耦合程度有關(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)。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 1V R1 C1 IsG1L1C1C2L2G2CM+-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。SEIT of HIT對(duì)對(duì)電容耦合回路電容耦合回路：)(M2M1MCCCCCk一般一般C1 =

30、 C2 = C：MMCCCk通常通常 CM 0)時(shí)，則時(shí)，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?yàn)椋瑹o(wú)論是初級(jí)回路反射這是因?yàn)?，無(wú)論是初級(jí)回路反射到次級(jí)回路，還是從次級(jí)回路反射到初級(jí)回路，反射電阻總到次級(jí)回路，還是從次級(jí)回路反射到初級(jí)回路，反射電阻總是代表一定能量的損耗。是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成正比成正比。當(dāng)互感量。當(dāng)互感量M=0時(shí)，反射阻抗也等于零。這就是單回時(shí)，反射阻抗也等于零。這就是單回路的情況。

31、路的情況。 4）當(dāng)初、次級(jí)回路同時(shí)調(diào)諧到與激勵(lì)頻率諧振（即當(dāng)初、次級(jí)回路同時(shí)調(diào)諧到與激勵(lì)頻率諧振（即X11=X22=0）時(shí)，反射阻抗為純阻）時(shí)，反射阻抗為純阻。其作用相當(dāng)于在初級(jí)回路中增其作用相當(dāng)于在初級(jí)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。222RM)(SEIT of HIT考慮了反射阻抗后的耦合回路如下圖?？紤]了反射阻抗后的耦合回路如下圖。對(duì)于耦合諧振回路，凡是達(dá)到了初級(jí)等效電路的電抗為零，或次級(jí)等效對(duì)于耦合諧振回路，凡是達(dá)到了初級(jí)等效電路的電抗為零，或次級(jí)等效電路的電抗為零或初級(jí)回路的電抗同時(shí)為零，都稱為回路達(dá)到了諧振電路的電抗

32、為零或初級(jí)回路的電抗同時(shí)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(jí)回路的電抗，調(diào)節(jié)次級(jí)回路的電抗及兩回路調(diào)諧的方法可以是調(diào)節(jié)初級(jí)回路的電抗，調(diào)節(jié)次級(jí)回路的電抗及兩回路間的耦合量。由于互感耦合使初、次級(jí)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(jí)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 Zf

33、1 Z11 sV Z11=R11+jX11 Zf1= Rf1+jXf1 1I jMI1 2I SEIT of HIT1）部分諧振部分諧振：如果固定次級(jí)回路參數(shù)及耦合量不變，調(diào)節(jié)初如果固定次級(jí)回路參數(shù)及耦合量不變，調(diào)節(jié)初級(jí)回路的電抗使初級(jí)回路達(dá)到級(jí)回路的電抗使初級(jí)回路達(dá)到x11 + xf1 = 0。即。即回路本身的電抗回路本身的電抗 = 反射電抗反射電抗，我們稱初級(jí)回路達(dá)到部分諧振，這時(shí)初級(jí)回路的我們稱初級(jí)回路達(dá)到部分諧振，這時(shí)初級(jí)回路的電抗與反射電抗互相抵消，初級(jí)回路的電流達(dá)到最大值電抗與反射電抗互相抵消，初級(jí)回路的電流達(dá)到最大值:22222211s1Rz)M(RVImax初級(jí)回路在部分諧振時(shí)

34、所達(dá)到的電流最大值，僅是在所規(guī)定的初級(jí)回路在部分諧振時(shí)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(jí)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(jí)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，并非回路可能達(dá)到的最大電流。 SEIT of HIT若初級(jí)回路參數(shù)及耦合量固定不變，調(diào)節(jié)次級(jí)回路電抗使若初級(jí)回路參數(shù)及耦合量固定不變，調(diào)節(jié)次級(jí)回路電抗使x x2222 + + x xf2f2 = 0 = 0，則次級(jí)回路達(dá)到部分諧振，次級(jí)回路電流達(dá)最大，則次級(jí)回路達(dá)到部分諧振，次級(jí)回路電流達(dá)最大值值 次級(jí)電流的最大值并不等于初級(jí)回路

35、部分諧振時(shí)次級(jí)電次級(jí)電流的最大值并不等于初級(jí)回路部分諧振時(shí)次級(jí)電流的最大值。流的最大值。1121122211s22211smax2)(RzMRzMVRRzVMIf 耦合量改變或次級(jí)回路電抗值改變，則初級(jí)回路的反映電耦合量改變或次級(jí)回路電抗值改變，則初級(jí)回路的反映電阻也將改變，從而得到不同的初級(jí)電流最大值。此時(shí)，次級(jí)阻也將改變，從而得到不同的初級(jí)電流最大值。此時(shí)，次級(jí)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(duì)初級(jí)也達(dá)到最大值，這是相對(duì)初級(jí)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。2212zMIISEIT of HIT2）復(fù)諧振復(fù)

36、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(jí)回路電，即滿足最大功率傳輸條件，使次級(jí)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(shí)初級(jí)電路不達(dá)到可能達(dá)到的最大值，稱之為復(fù)諧振，這時(shí)初級(jí)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(jí)回路將獲得可能得到的最大功率，所的最大功率，亦即次級(jí)回路將獲得可能得到的最大功率，所以次級(jí)電流也達(dá)到可能達(dá)到的最大值。可以推導(dǎo)以次級(jí)電流也達(dá)到可能達(dá)到

37、的最大值?？梢酝茖?dǎo) 注意，在復(fù)諧振時(shí)初級(jí)等效回路及次級(jí)等效回路都對(duì)信號(hào)源注意，在復(fù)諧振時(shí)初級(jí)等效回路及次級(jí)等效回路都對(duì)信號(hào)源頻率諧振，但單就初級(jí)回路或次級(jí)回路來(lái)說(shuō)，并不對(duì)信號(hào)源頻率諧振，但單就初級(jí)回路或次級(jí)回路來(lái)說(shuō)，并不對(duì)信號(hào)源頻率諧振。這時(shí)兩個(gè)回路或者都處于感性失諧，或者都處于頻率諧振。這時(shí)兩個(gè)回路或者都處于感性失諧，或者都處于容性失諧。容性失諧。2211s22RRVImaxSEIT of HIT 3）全諧振全諧振： 調(diào)節(jié)初級(jí)回路的電抗及次級(jí)回路的電抗，使兩個(gè)回路都單調(diào)節(jié)初級(jí)回路的電抗及次級(jí)回路的電抗，使兩個(gè)回路都單獨(dú)的達(dá)到與信號(hào)源頻率諧振，即獨(dú)的達(dá)到與信號(hào)源頻率諧振，即x11 = 0，x2

38、2 = 0，這時(shí)稱耦合，這時(shí)稱耦合回路達(dá)到全諧振。在全諧振條件下，兩個(gè)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(gè)回路的阻抗均呈電阻性。阻性。 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(shí)，此時(shí)， 2211211222)()(21RRMRRRMRff或次級(jí)電流達(dá)到可能達(dá)到的最大值次級(jí)電流達(dá)到可能達(dá)到的最大值22l1s22RRVImax可見，可見，最佳全諧振時(shí)次級(jí)回路電流值與復(fù)諧振時(shí)相同最佳全諧振時(shí)次級(jí)回路電流值與復(fù)諧振時(shí)相

39、同。由于由于最佳全諧振既滿足初級(jí)匹配條件，同時(shí)也滿足次級(jí)匹配條件，最佳全諧振既滿足初級(jí)匹配條件，同時(shí)也滿足次級(jí)匹配條件，所以最佳全諧振是復(fù)諧振的一個(gè)特例。所以最佳全諧振是復(fù)諧振的一個(gè)特例。 SEIT of HIT由最佳全諧振條件可得最佳全揩振時(shí)的互感為由最佳全諧振條件可得最佳全揩振時(shí)的互感為： 最佳全諧振時(shí)初、次級(jí)間的耦合稱為最佳全諧振時(shí)初、次級(jí)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(shí)時(shí) 2211cRRM21221122112211cc1QQLLRRLLMkQK1cSEIT of

40、 HIT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(duì)強(qiáng)弱耦合諧振回路耦合相對(duì)強(qiáng)弱的一個(gè)重要參量。的一個(gè)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(duì)雙諧振回路才可只能對(duì)雙諧振回路才可 定義定義 。KQKKcSEIT of HIT4）耦合回路的頻率特性：）耦合回路的頻率特性： 當(dāng)初，次級(jí)回路當(dāng)初，次級(jí)回路 01 = 02 = 0，Q1 = Q2 = Q時(shí)，時(shí)， 廣義失調(diào)廣義失調(diào) ，可以證明次級(jí)回路電流比，可以證明次級(jí)回路電流比

41、 212222max224)1 (2II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。SEIT of HIT當(dāng)回路諧振頻率當(dāng)回路諧振頻率 = 0時(shí)，時(shí)， 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。12;1,01;12,012為最大值為最大值時(shí)時(shí)稱為臨介耦合稱為臨介耦合為最大值為最大值時(shí)時(shí)若若稱為弱耦合稱為弱耦合aff0h 1不應(yīng)小于21SEIT

42、of HIT5）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(shí)可導(dǎo)出時(shí)可導(dǎo)出 若若 = 1時(shí)，時(shí)， 一般采用一般采用 稍大于稍大于1，這時(shí)在通帶內(nèi)放大均勻，而在通，這時(shí)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。21max22IIQff.0270122Qff.07022SEIT of HITRLN1N2M+u1- -+u2- -CRL初、次級(jí)電感線圈的圈數(shù)為初、次級(jí)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(jì)，則

43、，線圈損耗忽略不計(jì)，則等效到初級(jí)回路的電阻等效到初級(jí)回路的電阻RL上消耗的功率應(yīng)上消耗的功率應(yīng)和次級(jí)負(fù)載和次級(jí)負(fù)載RL上消耗功率相等上消耗功率相等，即即 或或L22L21RuRu 2221LLuuRR 變壓器初次級(jí)電壓比變壓器初次級(jí)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 L221LR)NN(R 可通過(guò)改變可通過(guò)改變 N1/N2的值來(lái)調(diào)整的值來(lái)調(diào)整RL的大小。的大小。 SEIT of HIT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(guò)去阻抗兩端看過(guò)去阻抗R上所得到的功率上所得到的功率P1與與2，3端

44、端RL所得到的功率所得到的功率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。RsCN1N2RLRsLLCRLsI.sI.12313U2SEIT of HIT可以寫出可以寫出222211PRURUPLL2212212221 NNUUUURR LLLLRNNR221 121NN LLRR 說(shuō)明它對(duì)回路的影響減小。說(shuō)明它對(duì)回路的影響減小。引入接入系數(shù)，以引入接入系數(shù)，以p表示：表示：12NNp 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。的大小可以改變折合電阻的數(shù)值。P越小

45、，越小，RL與回路與回路的接入部分越少，對(duì)回路影響越小，的接入部分越少，對(duì)回路影響越小，RL就越大。就越大。LLRPR21LLgPg2或或SEIT of HIT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2121CCCCC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的折合公式為的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。LLRCCCR2121sI.RsLC1C2RLC1C2RLsC1C2RL123132CSEIT of HIT證明：把圖中證明：把圖中RL與與C2的并聯(lián)形式轉(zhuǎn)換為串連形式的并聯(lián)形式轉(zhuǎn)換為串連形式當(dāng)當(dāng) 時(shí)，可得時(shí)，可得21CRLLLSRCR2221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LSLRCR221式中，式中， ，得，得2121CCCCCLLSLR