1、第一章选频放大器 主讲人 赵宏飞Email hfzhao hongfeizhao 电子科技大学电子工程学院 电子科技大学 2 第1章选频放大器 要点 电子科技大学 3 第1章选频放大器 简介 1 实际的通信系统均是有仅仅具有一定带宽的 频谱资源的概念 2 谐振放大器 将低频模拟电路中的阻性负载RL用谐振回路代替 谐振放大器又称 选频放大器 构成 小信号谐振放大器 处理小信号 如接收机 谐振功率放大器 处理大信号 如手机基站 电视发射塔 选频网络 LC谐振回路 最基本的选频回路 收音机 电视机上使用广泛 滤波器 LC 晶体 SAW 介质 同轴 腔体 1 1谐振电路的基本特性 主要内容 串并联谐振
2、回路 简单谐振回路 的主要特性两种谐振回路的阻抗互换及抽头变换了解双调谐耦合谐振回路作用 选频 滤波 作负载 移相网络 相频转换网络 电子科技大学 4 电子科技大学 5 1 1 1串联谐振电路的基本特性 1 电路 由信号源 电容C 电感L构成 2 适用情况 信号源内阻Rs小 恒压源 以及负载电阻RL不太大的情况 有载品质因数QL不能够太小 回路具有较好的选择性 其中r 代表电感L的损耗电阻 电子科技大学 6 1 1 1串联谐振电路的基本特性 阻抗 3 谐振条件 电抗 其中 电子科技大学 7 1 1 1串联谐振电路的基本特性 初相角为零 回路电流 复数 设 电子科技大学 8 1 1 1串联谐振电
3、路的基本特性 X 电子科技大学 9 1 1 1串联谐振电路的基本特性 若令 那么 当 时 有 此时回路电抗X 0 回路电流 最大 电路谐振 因此 称为串联谐振电路的谐振频率 电子科技大学 10 1 1 1串联谐振电路的基本特性 定义品质因数 实际工程电路中 总是满足 品质因数反映了回路中平均储能与平均耗能之间的关系 电子科技大学 11 1 1 1串联谐振电路的基本特性 谐振时电感 电容两端的电压 电感L 电容C 谐振时电感线圈上的电压大小和电容两端的电压大小均为信号源电压的倍 因此串联谐振称为电压谐振 电子科技大学 12 1 1 2并联谐振回路的基本特性 阻抗 工程中总是满足 电子科技大学 1
4、3 1 1 2并联谐振回路的基本特性 其中 电子科技大学 14 1 1 2并联谐振回路的基本特性 并联谐振回路的端电压 电子科技大学 15 1 1 2并联谐振回路的基本特性 B 电子科技大学 16 1 1 2并联谐振回路的基本特性 定义并联谐振回路的谐振电阻 定义并联谐振回路的谐振频率 此时 并联谐振回路阻抗 为纯电阻 并且其模的值达到最大 电子科技大学 17 1 1 2并联谐振回路的基本特性 定义并联谐振回路的品质因数 注意 这些等式成立的条件是 结合可以得到并联谐振品质因数的几个变形 电子科技大学 18 1 1 2并联谐振回路的基本特性 并联谐振时的端电压 谐振时流过电容和电感的电流 谐振
5、时流过电感线圈和电容上的电流大小均为信号源电压的倍 因此并联谐振称为电流谐振 电容C 电感L 1 1 3品质因数的物理意义 电子科技大学 19 品质因数实际上描绘的是系统储能与耗能之间的关系 设 其中 1 1 3品质因数的物理意义 电子科技大学 20 电容两端的电压 电容上存储的能量 电感上存储的能量 系统存储的总能量 1 1 3品质因数的物理意义 电子科技大学 21 电阻消耗的平均功率 一个周期中电阻消耗的能量 1 1 3品质因数的物理意义 电子科技大学 22 系统储能与周期耗能的比 因此品质因素 进一步将代入品质因素的表达式 得 1 1 3品质因数的物理意义 电子科技大学 23 定义特性阻
6、抗 那么 品质因素特征阻抗反映了系统存储能量的能力 而电阻r则反映了系统消耗能量的能力在线圈损耗相同的条件下 Q正比于特性阻抗为了保证高Q值 谐振回路必须保证足够的电感量为了保证电路稳定 谐振回路电容不能太小 1 1 4归一化抑制比与广义失谐 电子科技大学 24 为了更好的描述简单谐振电路的频率特性 定义参数 归一化抑制比 在串联谐振回路中 归一化抑制比定义为任意频率下的回路电流与谐振时回路电流的比值在并联谐振回路中 归一化抑制比定义为任意频率下的回路端电压与谐振时回路端电压的比值 1 1 4归一化抑制比与广义失谐 串联谐振归一化抑制比 电子科技大学 25 1 1 4归一化抑制比与广义失谐 并
7、联谐振归一化抑制比 电子科技大学 26 1 1 4归一化抑制比与广义失谐 电子科技大学 27 串联谐振与并联谐振的归一化抑制比具有相同的形式 为了进一步定义广义失谐系数 串联谐振广义失谐系数 并联谐振广义失谐系数 1 1 4归一化抑制比与广义失谐 归一化抑制比的意义 幅频 适用于任何一种简单的谐振回路只与频率和品质因素有关 其最大值始终为1曲线的锐度只与Q值相关 Q值越大 曲线越尖锐 电子科技大学 28 1 1 4归一化抑制比与广义失谐 归一化抑制比的意义 相频 任何一种简单谐振回路相频特性一样谐振时回路的电流 电压 相移为零相频特性的陡度与Q值有关 Q值越大 曲线越陡 电子科技大学 29 1
8、 1 4归一化抑制比与广义失谐 广义失谐广义失谐与相对频率偏移成正比相频特性的陡度与Q值有关 Q值越大 曲线越陡广义失谐实际上就是回路阻抗虚部跟实部的比 电子科技大学 30 实际工作中工作频率总是接近谐振频率的 因此 电子科技大学 31 1 1 4谐振电路的通频带与选择性 定义谐振回路的3dB带宽为 定义谐振回路的6dB带宽为 电子科技大学 32 1 1 4谐振电路的通频带与选择性 根据3dB带宽的定义 有 从而3dB带宽 因此3dB带宽与谐振回路品质因素成反比 品质因素越高 3dB带宽越窄 电子科技大学 33 1 1 4谐振电路的通频带与选择性 谐振回路的选择性是指选择有用信号排除干扰信号的
9、能力 定义矩形系数 电子科技大学 34 1 1 4谐振电路的通频带与选择性 矩形系数是描述谐振回路 滤波器 选频能力的一个重要概念 Kr 1矩形系数Kr越接近于1 选频能力越好对于简单回路 矩形系数与Q值无关 是一个常数 电子科技大学 35 1 1 5有载品质因素QL 串联型谐振回路有载品质因数 电子科技大学 36 1 1 5有载品质因素QL 并联型谐振回路有载品质因数 1 1 5有载品质因素QL 有载品质因素有载品质因素QL总是小于空载品质因素Q0由于QL Q0 因此电源内阻和负载会引起电路通频带的变宽 从而使得电路的选频能力下降 电子科技大学 37 1 1 5有载品质因素QL 考虑有载品质
10、因素QL时谐振频率广义失谐归一化抑制比3dB通频带矩形系数 电子科技大学 38 电子科技大学 39 1 1 6串并联阻抗互换 注意 这里X1是电容或者电感 电子科技大学 40 1 1 6串并联阻抗互换 串联谐振回路的有载品质因素 并联谐振回路的有载品质因素 于是 令 1 1 6串并联阻抗互换 串并联互换电抗的性质不会改变有载品质因素不变如果QL 1 那么 电子科技大学 41 电子科技大学 42 1 1 6串并联阻抗互换 1 1 7回路抽头时阻抗的变比关系 采用部分接入一方面可降低信号源内阻及负载电阻对谐振回路的影响 提高回路的有载品质因素 另一方面也可进行阻抗匹配 电子科技大学 43 电子科技
11、大学 44 1 1 7电感抽头时阻抗的变比关系 忽略电感L1与L2之间的互感 那么总的电感量L L1 L2 图 a 可以看成一个由L r C组成的串联谐振电路 从而谐振频率 电子科技大学 45 1 1 7回路抽头时阻抗的变比关系 于是 其中 串联谐振电路 a 可以用并联谐振电路 b 来等效电路 b 的谐振频率 电子科技大学 46 1 1 7回路抽头时阻抗的变比关系 谐振时从端口ab看进去的阻抗 谐振时从端口db看进去的阻抗 电子科技大学 47 1 1 7回路抽头时阻抗的变比关系 定义接入系数 从而谐振时 由低抽头 Zab 向高抽头 Zdb 转换时 等效阻抗提高倍 反之 由高抽头向低抽头转换时
12、等效阻抗降低至倍 电子科技大学 48 1 1 7回路抽头时阻抗的变比关系 电子科技大学 49 1 1 7回路抽头时阻抗的变比关系 电子科技大学 50 1 1 7回路抽头时阻抗的变比关系 谐振时 因此接入系数 电子科技大学 51 1 1 7回路抽头时阻抗的变比关系 电子科技大学 52 1 1 7回路抽头时阻抗的变比关系 电子科技大学 53 1 1 7回路抽头时阻抗的变比关系 电子科技大学 54 1 1 7回路抽头时阻抗的变比关系 1 1 8双调谐耦合谐振回路 简单调谐回路元件少 结构简单 但是矩形系数远大于1 选频能力差使用两个或两个以上的简单谐振回路通过一定形式的耦合 可以有效提高选频能力 这
13、种回路称为耦合谐振回路两个简单调谐回路的耦合谐振回路称为双调谐耦合谐振回路 电子科技大学 55 电子科技大学 56 1 1 8双调谐耦合谐振回路 双调谐耦合谐振回路的两种基本形式 互感耦合靠M M变化回路谐振频率也变化 互容耦合靠CM 一般CM C1 CM C2 因此CM对回路谐振频率影响较小 根据耦合程度可分为 强 临界 弱三种种耦合 电子科技大学 57 1 1 8双调谐耦合谐振回路 定义耦合系数 其中 表示耦合元件电抗 表示与耦合元件同性质的初级回路中的总电抗 表示与耦合元件同性质的次级回路中的总电抗 电子科技大学 58 1 1 8双调谐耦合谐振回路 互感耦合 若 则 互容耦合 若 则 且
14、 电子科技大学 59 1 1 8双调谐耦合谐振回路 定义耦合因子 双调谐次级回路的归一化抑制比 1 1 8双调谐耦合谐振回路 耦合因子时 归一化抑制比曲线出现两个值为1的峰 并且关于对称 此时双调谐耦合称为强耦合 耦合因子时 归一化抑制比曲线只有一个峰 并且其峰值为1 此时双调谐耦合称为临界耦合 耦合因子时 归一化抑制比曲线也只有一个峰 并且其峰值小于1 此时双调谐耦合称为弱耦合 在实际电路中基本不会出现这种情况 电子科技大学 60 1 1 8双调谐耦合谐振回路 电子科技大学 61 临界耦合的通频带与矩形系数 通频带 矩形系数 1 1 8双调谐耦合谐振回路 电子科技大学 62 强耦合的通频带与矩形系数 通频带 矩形系数 1 1 8双调谐耦合谐振回路 电子科技大学 63 与简单调谐回路相比 双调谐回路更宽的通频带更好的矩形系数 也就是更好的频率选择性更多的元件和更复杂的结构 第一次作业 电子科技大学 64 1 11 41 51 61 71 9 谢谢大家
