二-高频电路基础PPT课件.ppt
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1、 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础2.2 高频电路中的基本电路2.2.1 高频振荡回路高频振荡回路是高频电路中应用最广的无源网络,也是构成高频放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件,在电路中完成阻抗变换、信号选择等任务,并可直接作为负载使用。下面分简单振荡回路、抽头并联振荡回路和耦合振荡回路三部分来讨论。2 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础 并联谐振回路储能元件(电感和电容)并联电流驱动,电压输出传输函数具有阻抗的量纲1.简单振荡回路串联谐振回路:电压驱动,电流输出LCLC谐振回路是最简单也是最基本的LCLC滤波器电路。3 高高 频频 电电 子子 线
2、线 路路第二章 高频电路基础自由振荡现象:R、L、C电路具有自由振荡现象。1)R=0,等幅振荡;2)R0,减幅振荡(R ,没有振荡。4 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础为回路自然角频率。1)R=0,等幅振荡5 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础2 2)R0R0,减幅振荡(R )6 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础3 3)R0R ,没有振荡。8 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础(1)电路特点 回路电感元件的固有损耗电阻R RS S(包括电感线圈 导线的欧姆电阻、由趋肤效应引起的高频损耗电阻)9 高高 频频 电电
3、 子子 线线 路路第二章 高频电路基础n传输函数(传输阻抗)n谐振:回路电压与输入激励电流同相位回路呈纯阻特性10 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础n 回路空载(固有)品质因数 Q Q (易测量)意义:表征回路谐振过程中一个周期的电抗元件的储能与电阻元件耗能状况的比值。当 Q 1 时(忽略电感的损耗):n 回路谐振角频率:忽略电容的损耗:为回路无阻尼振荡角频率。11 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础n 特性阻抗 :12 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础使网络阻抗(ZP(j)相等进行等效串联与并联回路Q值相同P13 高高 频频 电
4、电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础(2)并联回路端阻抗的模和相角随频率变化的关系为:14 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础并联回路的阻抗特性 =0,呈纯电阻且阻值最大 0,呈容性 0,呈感性15 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础串联回路的阻抗特性 =0,呈纯电阻且阻值最小 0,呈感性16 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础(3)谐振特性并联回路谐振时,流过其电抗支路的电流I IL L、I IC C 比激励电流I Ig g大Q Q倍,故并联谐振又称电流谐振。所以品质因数 Q Q 易测量。并联谐振时(Q Q值很高),输出最大电压
5、:并联回路在谐振时的电流、电压相位关系如图所示。17 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础 串联回路谐振时,电抗上电压是激励电压的 Q Q 倍,故串联谐振又称电压谐振。所以品质因数 Q Q 易测量。串联回路谐振时,回路呈纯电阻,且阻值最小,回路电流最大。串联回路在谐振时的电流、电压相位关系如图所示。18 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础(4)频率特性、通频带和谐波抑制度 频率特性:以 =时的输出电压 对 归一化,可得并联谐振回路的相对幅频特性与相频特性,其值分别如下:19 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础并联谐振回路的相对幅频特性和
6、相对相频特性Q Q值增大选择性更好Q Q值增大斜率的绝对值增大单位谐振曲线可表示选择性好坏。20 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础串联谐振回路的相对幅频特性和相对相频特性Q Q值增大选择性更好Q Q值增大斜率的绝对值增大21 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础 广义失谐n通频带(BW):当保持外加信号的幅值不变而改变其频率时,将并联回路端电压值(串联回路电流值)下降为谐振值的 时对应的频率范围称为回路的通频带。在实际应用中,外加信号的频率与回路谐振频率0 0之差=-0 0表示频率偏离谐振的程度,称为失谐。当与0很接近时,令:则:22 高高 频频 电电
7、子子 线线 路路第二章 高频电路基础=1,则:则:令:23 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础n 谐波抑制度 例:若Q=100,二次谐波抑制度24 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础为了衡量实际幅频特性曲线接近理想幅频特性曲线的程度,提出了“矩形系数”这个性能指标。矩形系数0.1:为单位谐振曲线()值下降到.时的频带范围0.1与通频带0.7之比,即:n 矩形系数K25 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础 0.1是一个大于或等于的数,其数值越小,则对应的幅频特性越理想。26 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础解:取
8、用类似于求通频带0.7的方法可求得:一个单谐振回路的矩形系数是一个定值,与其回路值和谐振频率无关,且这个数值较大,接近,说明单谐振回路的幅频特性不大理想。例:求并联谐振回路的矩形系数0.1。27 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础(5)信号源內阻和负载电阻对并联谐振回路的影响影响谐振回路谐振频率。减小 通频带加宽 选择性变坏。有载品质因数影响:28 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础 在有信号源內阻和负载电阻情况下,为了对并联谐振回路的影响小,需要应用阻抗变换电路。并联谐振回路希望用恒流源激励。结论:串联谐振回路希望用恒压源激励。29 高高 频频 电电
9、子子 线线 路路第二章 高频电路基础(1)(1)全耦合变压器等效从功率等效角度证明:理想变压器无损耗:接入系数:2.抽头并联振荡回路30 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础部分接入法:负载电阻 RL是通过双电容分压接入并联谐 振回路的,称为部分接入法。令接入系数:可得:(2)(2)双电容耦合电路u 由低抽头向高抽头转换,阻抗提高。31 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础接入系数功率守恒32 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础(3)(3)双电感抽头耦合电路(忽略了互感M M)负载电阻R RL L是通过双电感抽头接入并联谐振回路的,为部分
10、接入法。令接入系数:得:,(P1时,则简化为:Rp Q2Rs Xp Xs结论:2)串联电抗变为同性质的并联电抗。1)小的串联电阻变为大的并联电阻。当品质因数足够高时40 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础 对于复杂的并联谐振回路,其谐振频率和谐振阻抗的计算一般更为繁琐。然而,当整个电路满足高Q条件时,计算可以大大化简。两个支路都有电阻两个支路都有电阻的并联回路的并联回路并联电路的并联电路的广义形式广义形式41 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础损耗电阻 对于高Q值并联谐振回路,其谐振频率与串联谐振回路相近,谐振阻抗可以通过串联支路的串并联互换得到。42
11、高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础当品质因数足够高时 对于高Q值并联谐振回路,其谐振频率与串联谐振回路相近,谐振阻抗可以通过串联支路的串并联互换得到。43 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础44 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础45 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础46 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础补充题1 1:串联回路如下图所示。信号源频率 F=1MHz,电压有效值 V=0.1V。将1-1端短接,电容C 调到100PF时谐振。此时,电容 C 两端电压有效值为10V。如1-1端开路再串
12、接一阻抗 Z(电阻和电容串联),则回路失谐,电容 C 调到200PF时重新谐振。此时,电容 C 两端的电压有效值为2.5V。试求:线圈的电感 L,串接阻抗Z前后的回路品质因数 Q 以及未知阻抗 Z。47 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础 并联回路如下图所示。已知:L1=L2=5uH,(固有)Q=100。C1=C2=8PF,信源内阻:Rg=40K,负载电阻:RL=10K。提示:考虑电感本身的损耗。补充题 2 2:试求:无阻尼谐振频率;等效谐振电阻 R;通频带 。不接 ,如何变?48 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础 耦合回路是由两个或两个以上的电路形成
13、的一个网络,两个电路之间必须有公共阻抗存在,才能完成耦合作用。3.耦合振荡回路49 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础 在耦合回路中接有激励信号源的回路称为初级回路,与负载相接的回路称为次级回路。说明回路间的耦合程度,常用耦合系数来表示,它的定义是:耦合回路的公共电抗(或电阻)绝对值与初、次级回路中同性质的电抗(或电阻)的几何中项之比,即 耦合振荡回路在高频电路中的主要功用:一是用来进行阻抗转换以完成高频信号的传输;一是形成比简单振荡回路更好的频率特性。通常应用时都满足下述两个条件:一是两个回路都对信号频率调谐;另一个是都为高Q电路。50 高高 频频 电电 子子 线线 路路
14、第二章 高频电路基础 在高频电子线路中,常采用两种耦合回路。()为互感耦合串联型回路;()为电容耦合并联型回路。51 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础互感耦合回路的一般形式互感耦合回路的一般形式由基尔霍夫定律得出回路电压方程为 式中,Z11为初级回路的自阻抗,即Z11=R11+jX11,Z22为次级回路的自阻抗,即Z22=R22+jX22。52 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础由基尔霍夫定律得出回路电压方程为解得53 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章 高频电路基础初级等效电路初级等效电路 反射阻抗,又称为耦合阻抗,它的物理意义是:次级电流通过
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