选频网络
+ L C 1/G Is – Vo L C R
一、阻抗
一般 L>> R
1 1 R jL R jL jC jL Z 1 1 R jL R j L jC C
L C 1 RC 1 j C L L
B 0
C
1 L
p
1 LC
, fp
1 2 LC
若L R 不成立
1 L jC Z 1 CR R j L 1 C
谐振时Z为实数,故
1 j R L
R jL
1 L j R CR
X L0 X C0
1 0 L 0 C
L
C
退出
2.1 谐振回路
二、谐振特性 1) 0 X 0
Z R 为最小值,且为纯电阻 0 X 0
X L X C呈现感性 0 X 0 X L X C呈现感性
2) 谐振时电流最大且与电源同相 3)
其中:G P R C L 为谐振电导
电纳B 0,回路导纳Y G P为最小值。 R P L R C 为谐振电阻 电压V I / G 相应达到最大值且与 I 同相
0 S P S
退出
2.2并联谐振回路
二、并联谐振特性:
ISRp L I ,V 与I 同相。 B 0时, V S S CR 谐振条件:
L C
一般Q为几十到几百,因此信号源的电流不是很大,而支路 内的电流却是很大。
谐振时电感支路或者电容支路的电流幅值为外加电流源IS的 QP倍。因此,并联谐振又称为电流谐振。
退出
C R p L L 1 1 j C I CP V j C V I Q jQ P IS 0 p 0 p S P jp C P C IQ L I LP V0 R jP L V0 jP L S P P jQ P IS jP L QP Rp
Vs V Vs Q s R r
因此串联谐振时,电感L和电容C上的电压达到最大值且为 输入信号电压的Q倍,故串联谐振也称为电压谐振。因此,必须 预先注意回路元件的耐压问题。
退出
2.1 谐振回路
结论: ①电感线圈与电容器两端的电压模值相等,且等于外加电压 的Q倍。 ②Q值一般可以达到几十或者几百,故电容或者电感两端的 电压可以是信号电压的几十或者几百倍,称为电压谐振, 在实际应用的时候要加以注意。 ③串联谐振时电路中的电流或者电压可以绘成向量图。 注意:损耗电阻是包含在R中的,所以
代入上式:Z
1 R j L C
退出
2.2并联谐振回路
CR 1 为电导,B c 为电纳 L L
其中:G
谐振时的ห้องสมุดไป่ตู้抗特性:
并联谐振时,呈现纯电 阻, 且阻抗为最大值
p , 呈现感性 p , 呈现容性
因此回路谐振时:
f0 Q1> Q2
1
1
L
Q值不同即损耗R不同时,对曲线有很大影响, Q值大曲线尖锐,选择性好,Q值小曲线钝, 通带宽。
退出
1 C R
1 1 j
2.1 谐振回路
六、通频带
当回路外加电压的幅值不变时,改变频率,回路电流I下 1 降到Io 的 2 时所对应的频率范围称为谐振回路的通频带 用B表示, B 2 0.7 2 1或B 2f 0.7 f 2 f1
电路R上消耗的平均功率为:
P
1 2 RI om 2
Q 2
回路储能 每周耗能
退出
2.1 谐振回路
九、信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响
通常把没有接入信号源内阻和负载电阻时回路本身的Q值叫做无 载Q(空载Q值) o L Q Qo 如式
R
把接入信号源内阻和负载电阻的Q值叫做有载Q值,用QL表示: QL
jQV V C0 S
退出
2.1 谐振回路
三、品质因数Q: 谐振时回路感抗值(或容抗值)与回路电阻R的比值称为回路 的品质因数,以Q表示,它表示回路损耗的大小。
1 1 L Q R o cR R R C
当谐振时:
o L
o L
oc
1
Lo v Co I o v
o
o
当 0即失谐不大时:
Q0
2
0
Q0
2 f f0
当谐振时: = 0。
退出
2.1 谐振回路 五、谐振曲线: 串联谐振回路中电流幅值与外加电动势 频率之间的关系曲线称为谐振曲线。 可用N(f)表示谐振曲线的函数。
N(f) Q1
Q2 f
s v 失谐处电流 I N( f ) 谐振点电流 Io R j (L s v R 1 ) C R 1 R j( L ) C
j z = R + jx = R+ j (L – c ) = z e 1 Z R 2 X 2 R 2 (L ) 2 C
arctg
令X 0
X arctg R
L R
1 C
X 0 L 0
1 0 0 C
当 0 时
v I I0 s R
I 1 1 2 Io 2 1 时
1
0 2 0 7 Q
当 而
N(f )
Q
2
I N(f)= I0 1
2
Q2 Q1 (f)
o
所以
也可用线频率f0表示,即 B= 2 f 0 .7
f0 Q
1' 1 2 '2
0 (f0) Q1> Q2
③外加电源只是提供回路电阻所消耗的能量,以维持回路的 等幅振荡,谐振时振荡器回路中的电流最大。
1 2 1 2 1 W P T I R T I R 每一周期时间内消耗在电阻上的能量为: R om om 2 2 fo
WC W L f L 1 o L 1 o Q 1 2 1 WR R 2 R 2 RI om 2 fo 1 2 LI om 2
其中R为回路本身的损耗,RS为信号源内阻,RL为负载
L Rs + – Vs R C RL
0 L R RS R L
可见Q L Q Q L为有载时的品质因数 Q为空载时的品质因数
结论:串联谐振回路通常适用于信号源内阻Rs很小 (恒压源)和负载电阻RL也不大的情况。
退出
2.2并联谐振回路
概述: 对于信号源内阻和负载比较大的情 况,宜采用并联谐振回路。 结构:电感线圈、电容C、外加 信号源相互并联的振荡回路。 Is 如图所示:其中由于外加信号源内 阻很大,为了分析方便采用恒流源。
Vcom I com R 2 2 L2 Vsm R R 2 2 L2 Vsm 1 Q 2
o
超前 V I 0 的角度小于 90 故: L0
退出
2.1 谐振回路 四、广义失谐系数: 广义失谐是表示回路失谐大小的量, 其定义为:
1 L o L o ( 失谐时的抗) X C Qo R R R o
Wc 1 2 I om L cos 2 wt 2
Q
1 R
L C
1 1 1 1 L 2 1 2 2 2 CVcm CQ 2Vsm C 2 Vsm LI 0 m 2 2 2 R C 2
1 2 I om L 2 1 1 2 WL Li 2 LI om sin 2 t 2 2 1 2 WLm I om L 2 1 2 1 2 1 2 W WL WC LI om sin 2 t LI om cos 2 t LI om 2 2 2 Wcm
达到最大
1 LC 1 f0 2 LC
退出
2.1串联谐振回路
x 容性 感性
z
L
x=L– 1 C
z
2 O
0
O
0
– 1 C
R
0
2
当 0时节|z| >R, 1 > =0,x > 0呈感性,电流滞后电压,i < 0 x L c < 0,x<0呈容性,电流超前电压,i > 0 = 0 |z| = R x = 0达到串联谐振。 当回路谐振时的感抗或容抗,称之为特性阻抗。用表示
退出
2.1 谐振回路 七、相频特性曲线:
回路电流的相角随频率变化的曲线。
I 1 1 I o 1 j 1 j x R
o
Q1 2 Q2
回路电流的相频特性曲线为
0
2
o x 2 因为 arctg R arctgQ arctgQ arctg o o
p L R 1 p L R p RC p 1 R2 2 LC L
即谐振电阻为感抗或者容抗的Qp倍,当Qp很大时,这个 电阻值是很大的。
退出
2.2并联谐振回路
p L 三、品质因数: 定义: R
Qp p L R 1 L 1 LC R R
1 R Q p为并联振荡回路品质因 数 p C
s v sm e jo v j ( ) j I I e I e m m j z ze
所以回路电流的相角为阻抗幅角的负值, = –回路电 流的相角是与外加电压相比较而言的。若超前,则 > 0 若滞后,则 < 0。 Q值不同时,相频特性曲线的陡峭 程度不同,Q1>Q2
第3讲-选频网络
0 L 02 L2
0
b
0C
1
0 L
0
0
1 LC
可见,谐振时,回路旳感抗和容抗近似相等。
回路旳品质因数:
.
Q 0L 1 1 L Is r 0Cr r C
Cr L
谐振时,因为电纳b=0,总导纳只包括电导部分,
称为谐振电导,用gp表达
gp
r2
r
0L2
r
0 L 2
r L
2
r L
Cr L
LC C
其谐振后旳等效阻抗为一种纯电阻,即 Zp Rp
其电路图如图所示:
.
Is
C L RRp
Rp
1 gp
r2
0L2
r
L ( Cr
Q2r)
Y
1 R
j
ωC
1 ωL
Z1
1
Y
1 R
j
ωC
1 ωL
|Z|
φ
Rp
π/ 2
O -π/ 2
O
ω0
ω
ω0
ω
频率特征
所谓回路旳频率特征就是
回路端电压 U 与频率旳关系。
为了取得工作频率高度稳定、带阻衰减特征十 分陡峭旳滤波器,就要求滤波器元件旳品质因数Q 很高。LC型滤波器旳品质因数一般在100~200范 围内,不能满足上述旳要求。用石英晶体切割成旳 石英谐振器,其品质因数可达几万甚至几百万,因 而能够构成工作频率稳定度极高、阻带衰减特征很 陡峭、通带衰减很小旳滤波器。
r
.
C
Is
L
Y
r
1
jL
jC
r2
r
2L2
j C
Chapter2 选频网络
f0 ⋅ L 1 ω0 L 1 = = ⋅ = ⋅Q R 2π R 2π
回路储能 ∴Q = 2π ⋅ 每周耗能
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二、谐振曲线和通频带
谐振曲线: 谐振曲线:串联谐振回路中电流 幅值与外加电动势频 率之间的关系曲线。 率之间的关系曲线。
一般 ωL>> R
Is
.
代入上式 : Z = RC 1 + j(ωC − )
L C G
1
L
ωL
1 RC 1 : = G = 为电导 B = ωC − 为电纳 , 其中 L ωL Rp
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2010-12-23
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3
一、谐振条件、谐振特性 谐振条件、
Zs = R + jX = R + jωL + 1 jωC
2
= R + j(ωL −
1
ωC
) =| Zs | e
jϕ
| Zs |=
R +X
2
2
=
R + (ωL −
谐振时的阻抗特性: 谐振时的阻抗特性:
并联谐振时,回路呈纯电阻性, 并联谐振时,回路呈纯电阻性, 且阻抗为最大值; 且阻抗为最大值; ω < ωp ,呈现感性 . I L C G0 ω > ωp ,呈现容性 因此回路谐振时: 因此回路谐振时:
s
|Z|,Re,Xe
3 选频网络
3选频网络选频网络在高频电子线路中,应用广泛。
它能选出所需要的频率分量和滤除不需要的频率分量。
通常选频网络分为两大类:◆LC振荡回路(单振荡回路和耦合振荡回路)◆各种滤波器(LC集中滤波器、石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表面声波滤波器等。
)3.1串联谐振回路由电感线圈和电容器组成的单个振荡电路,称为单振荡回路。
信号源与电容和电感串接,就构成中联振荡回路。
电感的感抗值(wL)随信号频率的升高而增大,电容的容抗值1/wC则随信号频率的升高而减小。
与感抗或容抗的变化规律不同,串联振荡回路的阻抗在其一特定频率上具有最小值,而偏离特定频率时的阻抗将迅速增大,单振荡回路的这种特性称为谐振特性,这特定的频率称为谐振频率。
因而上述的串联单振荡回路又可称为串联谐振因路。
由于串联谐振回路在谐振时阻抗具有最小值,因而在谐振频率处信号源在串联谐振因路中产生的电流达到最大但,而在其他频率处回路电流都要下降,所以谐振回路有选频或滤波作用。
它在高频电子线路中得到了广泛的应用。
本节重点:串联谐振回路的谐振及谐振条件、谐振特性、谐振曲线和通频带。
3.1.1基本原理(如图1所示)图3.1.1 串联谐振回路及其矢量图由图知:()wCwLjRZ/1-+=ϕj eZ=2222)1(wCwLRXRZ-+=+=X=wCwL/1-,RwCwL/1arctan-=ϕjXRVjwCjwLRVZVI SSS+=-+==∙∙∙∙/1★在其一特定角频率w0时,若回路电抗满足下列条件X=wCwL/1-=0, Z为最小值R,则电流I max=I0=Vs/R为最大值,回路发生谐振。
所以式X=0称为串联谐振回路的谐振条件。
★由此可以导出回路发生串联谐振的角频率w0和频率f0分别为LCw/1=,LCfπ21=谐振时,L和C上的电压大小相等,相位差180O,外加电压∙SV等于R上的电压降∙RV。
根据图3.1.1 可知,当w<w0时,wL<1/wC,∙∙<CLVV,此时,电流∙I超前∙SV,ϕ<0。
第2章选频网络
L ( 1 )2
2
1 f02C
10 6
25330 f02C
将f0=fs=10 MHz代入, 得 L 5.07u
(2) 回路谐振电阻和带宽。
Rp Q0L 100 2 107 5.07106 3.18104
31.8k
X1 R1
R2 X2
00:13
第2章 选频网络
R1
R2 1(R2 /
X
)2
2
R2 1 Q2
L1
R2 (1 QL21)R1
X1
X2 1(X 2 /
R2)2
X2
1
1 Q2
L1
X2
X(1 1
1 Q2
)
L1
如果QL1值较大(大于10或更大),则
R2
Q R 2 L1 1
X2 X1
00:13
第2章 选频网络
1、串、并联阻抗等效互换
等效互换 等效互换前的电路与等效互换后的电路阻抗相等
R1
jX1
R2 ( jX 2 ) R2 jX 2
R2
X
2 2
R22
X
2 2
j
R2 2
X
2
R22
X
2 2
=
所以2
X
2 2
X1
R2 2
X
2
R22
X
2 2
串联电路的有效品质因数为:QL1
4)电流源的折合公式
第3章选频网络
= R[ 1 + j
ωo L ω ωo ( − )] R ωo ω
1 ) ωC
又由于: 又由于 Q =
ωo L
R
,而
∴
其中: 其中 : ∆ω = ω −ωo Rp Rp = Zp = = Z 2∆ω 1+ jξ 00:23 + jQ 1 ωo
ω 2 − ω o2 ( ω − ω 0 )(ω + ω o ) 2∆ω ω ωo ( − )= ≈ = ωo ω oω ωo ω ω oω
00:23
= jQii
电容端电压: 1 ui uc = ii =−j = − jQui jω oC ω oCR
7.谐振曲线
定义: 定义: 谐振回路: 并联 谐振回路: 回路电压与工作频率之间的关系
ii Z p ui 1 αp = = = uio ii Z po 1+ξ 2
第3章 选频网络 章
谐振回路: 串联 谐振回路 : 回路电流与工作频率之间的关系
ui uio
由定义可得: ξ = Q 由定义可得:
ωo
或=
fo Q
1
1 2
ii iio
1
1 2
00:23
ωo
ω
ωo
ω
第3章 选频网络 章
概论 列表
00:23
第3章 选频网络 章
3.2 串并联阻抗的等效互换
LC串、并联谐振回路在高频率低阻负载工作时,难以达到良好的 串 并联谐振回路在高频率低阻负载工作时, 阻抗匹配与选频作用,因此还必须采用这类电路的变形电路, 阻抗匹配与选频作用,因此还必须采用这类电路的变形电路,其设计基 础是串、并联阻抗的等效互换与回路抽头时的阻抗变换。 础是串、并联阻抗的等效互换与回路抽头时的阻抗变换。
选频网络
2.1.1谐振及谐振条件
x 容性 感性
z
L
x=L– 1 C
O
0
– 1 C
R
0
串联振荡回路电抗与频率的关系
阻抗模值与频率的关系
> 0 ,x > 0,电路呈感性
< 0,x < 0,电路呈容性 = 0,x = 0,|z| = R,电路达到串联谐振
当 0时,|z| >R 当 = 0时,|z|min =R
五、通频带
回路外加电压的幅值不变时,改变频率,回路电流 I 下降 到 Io 的 时所对应的频率范围称为谐振回路的通频带。 1 2
B0.7 20.7 2 1或B0.7 2f0.7 f2 f1
通信电子线路(Ⅱ)
第二章 选频网络
第二章 选频网络
• 2.1 串联谐振回路
• 2.2 并联谐振回路 • 2.3 串并联阻抗等效互换和抽头变换 • 2.4 谐振回路的相频特性—群时延特性 • 2.5 耦合回路 • 2.6 滤波器的其它形式
2选频网络
• 超外差式接收机方框图
2选频网络
选频的基本概念:
各种滤波器 石英晶体滤波器
陶瓷滤波器 声表面波滤波器
2.1串联谐振回路
由电感线圈和电容器组成的单个振荡
电路,称为单振荡回路。
信号源、电容和电感串联连接,就构 成串联振荡回路。 串联振荡回路的阻抗在某一特定频率 上具有最小值,而偏离这个特定频率 的时候阻抗将迅速增大。单振荡回路 的这种特性称为谐振特性,这个特定 频率就叫做谐振频率。 谐振回路具有选频和滤波作用。
1)谐振时阻抗最小,且为纯电阻 0 X 0
Z R 为最小值,且为纯电阻
选频网络
X L0
X C0
0L
1 0C
L C
2.1.3 谐振特性
1) 0 X 0
Z R 为最小值,且为纯电阻
0 X 0
X L XC呈现感性
0 X 0
X
L
X
呈
C
现
容
性
2) 谐振时电流最大且与电压源同相 3)
VL0
I0
j0 L
VS R
P
P
QP
p p P
QP
2 p
在小失谐时:
V V0
结论:
1
1
QP
2 P
2
a
r
c
t
aQn p
2 p
1)当
时
p
:
0
V V0 1为最大, 0为纯阻性
2)当
到 G最P为大最值小且值与I。S同
相
其 RP
中:L GRPC为R谐C
L为谐振 振电阻
电
导
2.2.3 谐振特性
2.谐振频率 f0
B 0时,回路端电 压
ISRp
L CR
IS,V与IS同 相。
谐振条件:
B 0
C 1 L
p
1 LC
,
fp
2
1 LC
若 L R 不成立
谐振时回路端电压
vo Is Rp Is / GP
由此可作出谐振曲线
选频网络
1 ωL − X ωC ϕ = arctan = arctan R R
幅角: 幅角:
感性和容性
§3.1 串联谐振回路
二、谐振及谐振条件
设外加电压: 设外加电压:vs=Vsmsinω t 回路电流: 路电流: 谐振条件: 谐振条件:
ɺ ɺ Vs Vs ɺ I = = = 1 R + jX Z R + j( ω L − ) ωC 1 X = ω0 L − =0 ω 0C ɺ Vs
§3.2 并联谐振回路
三、谐振特性
CR 电纳B 最小(G 为谐振电导,= ♦电纳 = 0,导纳 = Gp ,最小 p为谐振电导,= ) . ,导纳Y L
电压达到最大,并且与电流相同. 电压达到最大,并且与电流相同.
品质因数: 品质因数: p = Q
1 1 L L ( 特性阻抗). = = ρ ,特性阻抗 . R ωpCR R C C 2 2 1 L ωp L 1 1 谐振电阻: 谐振电阻: Rp = = = = Qpωp L = 2 2 = Qp Gp CR R ωp C R ω pC =
§3.1 串联谐振回路
六、能量关系(谐振时) 能量关系(谐振时)
2 w 上的瞬时能量(磁能): 电感L上的瞬时能量(磁能): L = 1 Li 2 = 1 LI 0m sin 2 ωt 2 2
wC = 1 CVC = 1 CVC2m cos2 ωt 上的瞬时能量(电能): 电容C上的瞬时能量(电能): 2 2
和电容C并联组成 ♦由电感L和电容 并联组成,电阻 由电感 和电容 并联组成,电阻R 通常为电感线圈损耗的等效电阻. 通常为电感线圈损耗的等效电阻.
L R
C ɺ Ic
−
♦信号源为电流源,适合信号源内阻 信号源为电流源, 很大的情况. 很大的情况.
g第三章选频网络
选频网络能够实现对信号频率的快速选择和切换,提高电子对抗系 统的快速响应能力。
抗干扰能力
通过选频网络,可以有效地滤除干扰信号,提高电子对抗系统的抗干 扰能力。
04
选频网络的性能指标
选择性
01
选择性
选频网络的选择性是指其区分不同频率信号的能力。选择性好的选频网
络能够有效地抑制相邻频带的干扰信号,提高通信系统的抗干扰能力。
雷达系统
目标检测
选频网络在雷达系统中用于选择特定频率的信号,实现对目标的 有效检测和跟踪。
分辨率
通过选频网络,可以实现对目标距离和速度的高分辨率测量。
抗干扰能力
选频网络能够滤除干扰信号,提高雷达系统的抗干扰能力。
电子对抗系统
信号处理
选频网络在电子对抗系统中用于选择特定频率的信号进行接收和处 理,以实现有效的电子侦察和干扰。
06
选频网络的未来发展
新材料的应用
高性能材料
采用具有优异电磁性能的新型材料,如高导电率 金属、介质陶瓷等,以提高选频网络的性能。
复合材料
利用复合材料的特性,将不同材料组合在一起, 实现多功能的选频网络。
低损耗材料
研究低损耗材料,降低信号传输过程中的能量损 失,提高信号传输效率。
新结构的设计
微型化设计
调谐电路的基本原理
当输入信号的频率与调谐电路的固有频率相同时,电路发 生谐振,此时输入信号能够顺利通过电路,实现信号的选 择性传输。
LC振荡回路
LC振荡回路
由电感(L)和电容(C)组成的振荡回路,通过电磁感应和电场作用实现能量的储存和释放, 形成振荡。
LC振荡回路的分类
根据振荡频率的不同,可以分为低频振荡回路和高频振荡回路;根据用途的不同,可以分 为信号发生器、滤波器、放大器等。
选频网络
其中,
阻抗变换网络
• 电容分压器
由等功率得到:
R等效到输入端的等效电阻
例题分析
求:电路的:1、谐振频率; 2、通频带; 3、电压放大倍数。
例题分析
画出该电路的交流等效图
例题分析
画出折算网络等效图
例题分析
通过折算网络得到:
I = n1Y feVi
'
C = n Coe
' oe 2 1
其中,
W12 W12 n1 = = W12 + W23 W13 W45 n2 = W13
最终得到:Vo
Y fe = g m
作业:
2、某接收机的中频放大电路如图所示,已知晶体管3DG6的参数如 下:
Y fe = 40ms
Rie = 500Ω Roe = 4 KΩ
Cie = 12 pF Coe = 4 pF
试求: (1)放大器工作时中心频率f0。 (2)谐振回路的有载品质因数Qe。(Q0=100) (3)放大器的通频带。 (4)放大器的电压增益。 (5)当信号偏离谐振频率(f0)10KHz时,此时电压增益为多少?
ωp =
1 r2 r 2 1 − 2 = ω0 1 − ( ) = ω0 1 − ( )2 LC L Q0 ω0 L
其中,ω 0 =
1 LC
ω0为回路自然谐振角频率,Q0为L的固有品质因数。 上面的分析表明,r的存在,造成了并联谐振回路的谐振角频率 不等于ω0,且ωp< ω0。 Q0>10时,两者才接近。
Vs ∵ I0 = Rs + RL + r
调谐放大电路
四、串联谐振网络分析 Vs ( jω 0 ) jω 0 L ∴VL ( jω 0 ) =
