第二章 高频电路分析基础

③ 晶体的谐振频率非常稳定，因为其等效参数由晶体尺 寸决定，受外界的温度、震动等影响较小。
集中滤波器
陶瓷滤波器
① 物理特性 利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器，称为陶瓷滤 波器。它常用锆钛酸铅[Pb(zrTi)O3]压电陶瓷材料(简称PZT)
制成。 ② 等效电路 串联谐振角频率：q
1 Lq Cq
高频电路中的无源网络
①主要无源组件或无源网络： 高频振荡（谐振）回路、高频变压器、谐振器与滤波器 ②作用 它们完成信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。
二、高频电路中的组件
主要无源组件或无源网络： 高频振荡（谐振）回路、高频变压器、谐振器与滤波器。 谐振回路在高频电路中即为选频网络，它能选出我们需要 的频率分量和滤除不需要的频率量。 在高频电子线路中应用的选频网络分为两大类： 第一类是由电感和电容元件组成的振荡回路（也称谐 振回路），它又可分为单谐振回路和耦合谐振回路；
C
U2
C
RL
L
R'L
R'L
从功率相等关系，有
U2 L1 p U L L 1 1 2 RL p 2 RL 2 2 U 1 U 2 RL RL
阻抗的电容抽头接入
接入系数：
1 C1 wC2 p 1 C1 C2 CC w 1 2 C1 C2
RL
I
Ri
L1
U U p T I T pI U IR i I p 2 U T I T R iT I T
例1：图示电路是一电容抽头的并联振荡回路，信号角频率 w 10 10 6 rad / s 试计算谐振时回路电感L和有载QL值。 并计算输出电压与回路电压的相位差.(设线圈Qo值为100)； 解答：根据题意有 o 10 10 6 rad / s
US
QL
无载Q 值为Q0 ( 没有接入负载和电压内阻的Q值 )
有载Q 值为QL ( 接入负载和电压内阻的Q值 )
结论: 回路串联接入的Rs和RL越大，则QL较Q0下降就越多, 串联谐振火炉的选择性变坏，通频带加宽。
串联回路在谐振时的电流、电压关系：
UL
U
I0
UC
并联谐振电路
耦合振荡回路
① 概述 单振荡回路具有频率选择性和阻抗变换的作用。 但是：1、选频特性不够理想 2、阻抗变换不灵活、不方便 为了使网络得到接近于矩形的频率响应特性，或者完成阻 抗变换的需要，需要采用耦合振荡回路。
矩形选频特性
单谐振回路
f0
f
耦合振荡回路
② 耦合振荡回路 耦合振荡回路是将两个振荡回路通过公共阻抗（电抗或电 阻）耦合在一起，能较好的解决通频带和选择性之间的矛盾。 ③ 常见的耦合振荡回路
一、高频电路中元器件
高频电路由有源器件、无源元件和无源 网络组成。 无源器件主要有电阻器、电容器、电感器 ① 电阻器的高频特性：
CR
LR R
②电容器的高频特性
C
LC RC
纯电阻 容抗 感抗
阻抗
0
频率
③电感的高频特性
SRF
阻抗与相角
相角
0
频率
高频电路中的有源器件
① 主要的有源器件： 半导体二极管、晶体管、场效应管、半导体集成电路。 ② 作用： 完成信号的放大、非线性变换等功能。
简单谐振回路
串联谐振电路
+
串联谐振电路的阻抗是：
I
Z r j( X L X C )
谐振角频率为：w0
I I U Z U r
jXL
U
1 LC
r
jXC
-
0
r 1 Z 1 jQ ( w w0 ) w0 w
串联谐振电路的幅频特性
I/I0 Q1>Q2
CM 一般 C1 C2 C， k C CM 电感耦合系数 k M L M L1 L2
若L1 L21 L， k
耦合振荡回路
耦合因子：A kQ 通常将A=1的情况称为临界耦合，而将此时耦合系数称为临 界耦合系数。 1 k0 Q 所以将A>1， 或k>k0称为过耦合；将A<1， 或k<k0 称为欠耦合
基本内容 振荡回路的阻抗变换 LC 网络阻抗变换
串-并联阻抗变换 L型网络阻抗变换
T型和II型网络阻抗变换
变压器阻抗变换 电阻网络阻抗变换
振荡回路的阻抗变换
实现阻抗变换，减小负载对回路的影响 具体方法：部分接入谐振回路 变压器耦合
LC网络阻抗变换
① 串-并联阻抗变换
将串联的电阻RS和电抗XS等效地变为并联的电阻RP和电抗XP。
1 RL 2 RL p
信号源的阻抗匹配
R'0
当将 R S 折算到谐振回路两端时 ： Rs Rs / p 2 部分到全部 增大
当将 R0 折算到信号源两端时： R0 p 2 R0 全部到部分 减少
信号源的折合
UT
UT
L2 L C
RL
IT
R iT
L2 L L1 C
a
k>k0
k=k0
k<k0
f f0
滤波器
石英晶体振荡器
① 物理结构
石英是矿物质硅石的一种（也可人工制造），化学成分是 SiO2，其形状为结晶的六角锥体。
Z Y
X X Y Y X Y Y X1
X Y X Y
X
Y (b)
X
(a)
石英晶体振荡器
② 等效电路 石英晶体有两个谐振角频率。一个是左 边支路的串联谐振角频率q，即石英片本 身的自然角频率。另一个为石英谐振器的 并联谐振角频率p。 串联谐振角频率：q
. . U1 I
. I
. . M U1 U2 M
. U2
. I
.. IU 1
. CC U1
C.C U2
. U2
R1
C1 RL1 C1 L2 L1 C2 L2 R C2 1 2
R2
R1
C L1R1 C1 L1 C2 1
C L22
LR2 2
R
(a)
(a)
(b)
(b)
耦合振荡回路
④ 基本参数 为了说明回路间耦合程度的强弱，引入“耦合系数”的概念 并 以 k 表示。 按耦合参量的大小：强耦合、弱耦合、临界耦合 CM 电容耦合系数 k (C1 CM )(C2 CM )
信号源内阻及负载电阻对并联谐振回路的影响
1 1 QL 0 L( g p g s g L ) 0 Lg (1 g s g L ) p gp gp Qo QL gs gL 1 gp gp
结论: 回路并联接入的gs和gL越大(即Rs和RL越小)，则QL 较Q0下降就越多,也就是信号源内阻和负载电阻的旁路作用 越严重。
1 (r jω L) jω C Z 1 (r jω L) jω C r jω L 1 j ω r C ω2LC
+
I
jXL
IL
IC
jXC
U
r
-
实际中线圈的电阻很小，所以在谐振时，有 ω 0 L r
所以得到
Z
jω L 1 1 ω2 LC j ω r C r C j( ω C 1 ) L ωL
第二类是各种滤波器，如LC集中参数滤波器，石英晶 体滤波器，陶瓷滤波器和声表面波滤波等。
高频电路中的谐振回路
谐振回路由电感线圈和电容组成，当外界授予一定能量， 电路参数满足一定关系时，可以在回路中产生电压和电流的周 期振荡回路。若该电路在某一频率的交变信号作用下,能在电抗 原件上产生最大的电压或流过最大的电流，即具有谐振特性， 故该电路又称谐振回路。 1.串联谐振回路 谐振回路按电路的形式分为： 2.并联谐振回路 3.耦合谐振回路 1.利用他的选频特性构成各种谐振发大器 用途： 2.在自激振荡器中充当谐振回路 3.在调制、变频、解调充当选频网络
a Lq JT Cq rq b
xo
C0
1 Lq Cq
并联谐振角频率：
p
Lq 1 C0Cq C0 Cq 1 Lq C
q
O
感 性 容性
p
容性
石英晶体的特点
① 等效电感Lq 特别大、等效电容Cq特别小，因此，石英 晶体的Q值很大，一般为几万到几百万。这是普通LC电路 无法比拟的。
② 由于 C0 Cq ，这意味着等效电路中的接入系数很小, 因此外电路影响很小。
第二章 高频电路分析基础

高频电路元器件 高频电路中的组件 阻抗变换和阻抗匹配 电子噪声 非线性失真
第二章 教学目的
了解电路的基本元器件。 了解电子噪声的概念来源及噪声温度的概念。 掌握LC串并联回路的组成、原理及特性。 掌握LC阻抗变换电路的结构、分析方法。 掌握噪声系数的定义和计算。
③ 基本参数： Q，w0，R0，p（可调节因子或抽头系数）。 抽头系数被定义为接入部分的相应阻抗与振荡回路中相 应总阻抗之比 ； ④ 常见抽头电路
UT
UT
C1
L2
UT
L2
+
U
L L1
C
R0
-
U
+
C2 (B)
L
R0
I
Ri
L L1
C
RL
-
(A)
(C)
阻抗的电感抽头接入
L
U1
Q2
Q1
w0
I I U Z U r
w
回路的品质因数越高， 谐振曲线越尖锐， 回路的选择性越好。