《通信电子线路》课程教学课件（讲稿）第02章 通信电子线路分析基础

2017/12/11第2章通信电子线路分折基础*2.1选频网络*2.2非线性电路分析基础IV速信电子线路第2章道信电子线路分折基础Page2.1选频网络引言：■选频网络：选出需要的频率分量并且滤除不需要的频率分量的电路■选频网络在通信电子线路中被广泛运用■选频网络的分类：单振荡回路：串联、并联谐振回路(由L、C组成)耦合振荡回路电路简单LC集中滤波器稳定性好、电性能石英晶体滤波器各种滤波器好、品质因数高、陶瓷滤波器便于微型化声表面波滤波器遵信电子线路第2章速信电子线路分折基铺Page2

2017/12/11 1 LOGO 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #1 第 2 章 通信电子线路分析基础 2.1 选频网络 2.2 非线性电路分析基础   通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #2 2.1 选频网络 引言：  选频网络：选出需要的频率分量并且滤除不需要的 频率分量的电路  选频网络在通信电子线路中被广泛运用  选频网络的分类： 单振荡回路：串联、并联 耦合振荡回路 谐振回路 (由L、C 组成) 各种滤波器 LC 集中滤波器 石英晶体滤波器 陶瓷滤波器 声表面波滤波器 电路简单 稳定性好、电性能 好、品质因数高、 便于微型化

2017/12/112.1-1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串联振荡回路谐振回路具有选频和滤波作用R2.1选频网络串联谐振回路+一、串联谐振回路OL·LC串联回路>串联谐振回路00.7OC元?回路阻抗1.2Z=R+jX=R+00OC[z]e9元2z1z=/R+X?D2OLoCXRΦz=arctanR@0.现信电子线路第2章遥信电子线路分折基销Page#42

2017/12/11 2 2.1-1 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， 就构成串联振荡回路。 谐振回路具有选频和滤波作用。 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #4 2.1 选频网络 串联谐振回路 一、串联谐振回路 • LC 串联回路  串联谐振回路  1. 回路阻抗 1 Z R jX R j L C            2 22 2 1 Z RX R L C             Z arctan X R    Z Z X    L 1 C  0 R 2  2   0 0 L C R Vs I 0 0 z j Z e  

2017/12/112.1选频网络串联谐振回路1X1Z=R+jX=R+OLOLoC感性·の=の时，X=0，Z为纯电阻容性000[最小，电流最大，称为串联谐振·のα,时，X>0，z呈电感性Pz1元22.谐振频率1电路谐振条件：X=0L=0000a,C元0,=f.2LC2元LC[2] 个特征阻抗：谐振时的感抗或容抗品L1Rp=0,L:NCa,CO0V通信电子能路第2章通信电子供路分折基础Page#52.1选频网络串联谐振回路L0. =VLCR3.品质因数Q·是表征储能元件、谐振回路损耗大小的一个质量指标储能元件：电感的感抗与损耗电阻的比值·谐振回路：回路感抗（容抗）与回路损耗电阻的比值p11Q=0lRVCRRO.CRC上的电压：谐振时L、达到最大值，又称电压谐振1=jPv1v = jOL.i= jOL.=jv器件zR耐压S11PVV问题-jov.zjacjacR遥信电子线路第2章遂信电子能路分折基础Page #63

2017/12/11 3 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #5 2.1 选频网络 串联谐振回路 •  = 0 时，X = 0，Z 为纯电阻 |Z| 最小，电流最大，称为串联谐振 •  0 时，X > 0，Z 呈电感性  2. 谐振频率 • 电路谐振条件： • 特征阻抗：谐振时的感抗或容抗 0 0 1 X L 0 C      0 0 1 1 , 2 f LC LC     容性  Z Z X    L 1 C  0 R 2  2   0 0 0 0 1 Z R jX R j L C            感性 0 0 1 L L C C      通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #6 2.1 选频网络 串联谐振回路  3. 品质因数 Q • 是表征储能元件、谐振回路损耗大小的一个质量指标 • 储能元件：电感的感抗与损耗电阻的比值 • 谐振回路：回路感抗 (容抗) 与回路损耗电阻的比值 • 谐振时 L、C 上的电压： 0 0 L 1 Q R CR     L C   S L V V j LI j L Z         1 1 S C V V I jC jC Z         达到最大值，又称电压谐振 VL0 S S j V R jQV       VC0 S S j V R jQV        1 L R R C    0 1 LC   器件 耐压 问题

2017/12/11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在谐振时回路中的电流、电压关系如图所示2.1选频网络串联谐振回路P0=.VLCRA4.谐振曲线：回路电流~频率V/z_RRN():N(f)ejV./R7R+jX1+j51相频幅频N()-,=-arctanP; =特性特性V1+$?5.广义失谐系数：偏离谐振程度O,L@X-0卡二OLRRORwc0·①谐振时，5=02(α-0.)24024f②~a时, ~g02f00遥信电子线路第2章送信电子线路分折基础Page8

2017/12/11 4 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。 ③ 在谐振时回路中的电流、电压关系如图所示. 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。 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #8 2.1 选频网络 串联谐振回路  4. 谐振曲线：回路电流 ~ 频率  5. 广义失谐系数  ：偏离谐振程度 • ① 谐振时， = 0 • ②   0 时， 1 1 L R X R C              0  0 2 Q        0 ( ) I N f I    2 1 ( ) 1 N f      i z    arctan 0 1 LC   Q R   L C   0 0 0 L R              0 0 Q             0 0 2 2 f Q Q f         s s V Z R R VR Z R jX      ( 1 1 ) i j N j f e      幅频 特性 相频 特性

2017/12/112.1选频网络串联谐振回路1240=0.24r5~0幅频特性|N(F)f.Ji+$?a. 0个→5(A) 个→N()I尖锐IN(J)-0,>01■6.通频带B0.70701电流下降到最大值的√2/2Q时所对应的频率范围。0 B = , -0, = 2A@, (rad/s)foU5=±1→ B= 2A00.7B=2△fo.,(Hz)(rad/s)22QQ200724fo131·相对带宽：Qfw.·通频带的边界点又称半功率点：I’R2V通信电子线路第2章通信电子概路分折基础Pagee92.1选频网络串联谐振回路RR1元个9N(f)=zR+jx1+js20,>Q1Q1■7.相频特性曲线o.a, =-甲2240元=-arctan~-arctano20,■8.信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响O,L无载Q值：0.=LRRRs.有载Q值：R,0.o,L14Q, =R+R,+R,1+Rs+RRR串联谐振回路适合R.很小（恒压源）和R，不大的电路遥信电子线路第2章送信电子能路分折基础Pages105

2017/12/11 5 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #9 2.1 选频网络 串联谐振回路 • Q    (f )   |N( f )| 尖锐  6. 通频带 B • 电流下降到最大值的 时所对应的频率范围。 • 相对带宽： • 通频带的边界点又称半功率点： 2 1 ( ) 1 N f    0 0 2 2 f Q Q f        N( ) f 0  1 1 2 Q2 Q1 Q2 Q1 2 2 2 1 0.7 B       2 (rad/s) 0.7 0 1 2 (rad/s) Q B         0.7 0.7 0 0 2 2 1 Q f f       0.7 0 2 (Hz) f f Q B   幅频特性 0.707 1 2 2 P IR  通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #10 2.1 选频网络 串联谐振回路  7. 相频特性曲线  8. 信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响 • 无载 Q 值： • 有载 Q 值： • 串联谐振回路适合 RS 很小 (恒压源) 和 RL 不大的电路 1 ( ) 1 R R N f Z R jX j       i z   Q1 Q2 > Q1 2  2     i 0 0 0 L Q R   0 L S L L Q RR R     0 2 arctanQ      arctan   0 1 S L Q R R R R   

2017/12/11例：一个5uH的电感与可变电容器串联，外加电压值与频率值是固定。*当C=126.6pF时，电路电流达到最大值1A。*当C=100pF时，电流减小为0.5A试求：1）电源频率，心2)Q值文3）外加电压值V通信电子缆路第2章信电子线路分折基础Page1l*例：给定串联谐振回路f。=1.5MHz，C。=100pF,谐振时电阻R=5欧姆，试求Q。和Lo.又假定信号源振幅为Vsm=1mV,求谐振时，回路电流Io和回路元件上的电压VL.和Vco现信电子线路第2章送信电子线路分折基础Page#126

2017/12/11 6 例 ： 一个5uH的电感与可变电容器串联，外加电压 值与频率值是固定。 当C=126.6pF时，电路电流达到最大值1A。 当C=100pF时，电流减小为0.5A 试求： 1）电源频率，  2）Q值  3）外加电压值 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #11 例： 给定串联谐振回路 f0 = 1.5MHz, C0= 100pF, 谐振时电阻R= 5欧姆， 试求Q0和L0 。 又假定信号源振幅为 Vsm = 1mV, 求谐振时 ，回路电流I0 和回路元件上的电压 VL0和Vc0 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #12

2017/12/112.1选频网络串联谐振回路例：串联回路如图所示。信号源频率f=1MHz，电压振幅Vsm= 0.1V·将1-1'端短接，电容C调到100pF时谐振。此时，电容C两端的电压为10V则·将1-1'端开路再串接一阻抗Zx（电阻与电容串联），贝回路失谐；C调到200pF时重新谐振，整个电容两端电压变成2.5V求:LR线圈的电感量L1MHzVs1'0.1V·回路品质因数Q.值Yc·未知阻抗ZxV速信电子线路第2章道信电子线路分折基础Page#13电路计算仿真分析C1InEV1L.131mH1vpkIC-OA60kHz0g2002遥信电子线路第2章遥信电子能路分折基础Page=147

2017/12/11 7 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #13 2.1 选频网络 串联谐振回路  例： • 串联回路如图所示。信号源频率 f0 = 1MHz，电压振幅 Vsm= 0.1V • 将 1-1' 端短接，电容 C 调到 100pF 时谐振。此时，电 容 C 两端的电压为 10V • 将 1-1' 端开路再串接一阻抗 ZX（电阻与电容串联)，则 回路失谐；C 调到 200pF 时重新谐振，整个电容两端电 压变成 2.5V  求： • 线圈的电感量 L • 回路品质因数 Q0 值 • 未知阻抗 ZX 电路计算 仿 真分析 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #14

2017/12/112.1.2并联谐振回路前面讨论了串联谐振回路的谐振特性和频率特性1-14ND图2.1-1中联税荔回路选频特性曲线谐摄频率但是在高频电子线路中，信号源多为工作于放大区的有源器件（晶体管、场效应管），基本上可看做恒流源。ir/mIc/mA可变电脑区击井区饱和区Vas=0Ip2= 80MA重流王放大区B1=40μAT18-0截止区VcE/V0R216HOME2.1选频网络并联谐振回路心二并联谐振回路·信号源内阻较大时，可采用并联谐振回路R,R■1.回路阻抗OLWRL/C(R+joL)/joC1Z =(R+joL) /l11joc(R+joL)+R+joL+jocjoc1R+joL+RCjac1Y~=G,+ jB+ jaC+LjoLL/CLRC1等效并联电路：G,B=OCR,=:RCLOLV遥信电子线路第2章遥信电子线路分折基础Pages168

2017/12/11 8 2.1.2 并联谐振回路 前面讨论了串联谐振回路的谐振特性和频率特性 但是在高频电子线路中，信号源多为工作于放大区的有 源器件（晶体管、场效应管），基本上可看做恒流源。 z  R 0谐振频率 选频特性曲线 Z VS 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #16 2.1 选频网络 并联谐振回路 二、并联谐振回路 • 信号源内阻较大时，可采用并联谐振回路  1. 回路阻抗 • 等效并联电路：   1 Z RjL j C      1 R jL j C Y L C      P RC G L  Is RP C Is C L L + – R Vo L R     1 R j L j C RjL j C         1 L C RjL j C      RC 1 j C L j L      GP   jB P L R RC  1 B C L    

2017/12/112.1选频网络并联谐振回路■2.谐振频率Y~G,+jBCieL·当 B=0，Y最小，Z最大，为纯电阻R,回路电压取得最大值，与电流源同相1B=O,C=0. ① AL>R①EVLCo,LRL/C1Z~. @ wLwR Op :LLC-R+OLoc·Z特性曲线：(z)·の=のp，X=0，Z为纯电阻容性闪最大，回路电压最大·の0，Z呈电感性@の>のp，X<0，Z呈电容性OpV通信电子线路第2章通信电子线路分折基础Page #172.1选频网络并联谐振回路Z1特征阻抗：福p=0,L:-LCw,C1R3.品质因数1OpLLpQp =RVCRW,CRRL=R·R,=p?:R,RCCRpRpQp,CR,=R,一PVLw,LP谐振时，L、C上的电流：达到最大值，称为电流谐振icp= jo,C.,= jo,C.i,R, = jo,isvvi,Rp-jo,isILp=R+ jo,Ljo,Ljo,L遥信电子线路第2章遂信电子能路分折基础Pages189

2017/12/11 9 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #17 2.1 选频网络 并联谐振回路  2. 谐振频率 • 当 B = 0，Y 最小，Z 最大，为纯电阻 回路电压取得最大值，与电流源同相 • ① LR • ② LR • Z 特性曲线： •  = P ，X = 0，Z 为纯电阻 |Z| 最大，回路电压最大 •  0，Z 呈电感性 •  > P ，X < 0，Z 呈电容性 1 0 P P B C L      1 P LC   2 2 1 P R LC L    Z  P 感性 容性 1 L C Z Rj L C            Y GP   jB Is RP C L 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #18 2.1 选频网络 并联谐振回路 • 特征阻抗：  3. 品质因数 • 谐振时，L、C 上的电流： 1 P P L C L C      1 1 P P P L Q R CR L R RC       P P P P P P P R Q C R L R L R C        P L R RC   CP P P S P 0 P S I j CV      j CIR jQ I    0 0 S P LP PPP P S V V IR I RjL jL jL jQ I          Is C L + – R Vo Is RP C L 达到最大值，称为电流谐振 2   R RP 

2017/12/11一般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。ic并联谐振回路i0谐振时电流电压关系0iV通信电子线路第2章道信电子线路分折基础Page#192.1选频网络并联谐振回路RppY~G,+ jB00,=VLCR01R■4.谐振曲线：回路电压~频率Vis/y_G,GpN()ej9N()Lis/G,YG,+ jB1+1幅频相频N()=-arctangP@特性特性Vi+$?■5.广义失谐系数：偏离谐振程度o,C0@Op05=B-CF.TWLGpWpaO0·①谐振时，5=02(@-0,)24024f.②~,时,5~0fpapOp遥信电子线路第2章遥信电子线路分折基础Page#2010

2017/12/11 10 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。 并联谐振回路 谐振时电流电压关系 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #19 通信电子线路 第 2 章 通信电子线路分析基础 Page #20 2.1 选频网络 并联谐振回路  4. 谐振曲线：回路电压 ~ 频率  5. 广义失谐系数  ：偏离谐振程度 • ① 谐振时， = 0 • ②   p 时， 1 p LC   p p R Q R     Is RP C L 0 1 ) ( 1 ( ) S P P j S P P I Y G G Nf e IG Y V N f V j G jB          v     Y GP   jB 1 1 P P P P P P P P P B C G L C Q G G                                     2 P  2 2 P P P P P P Q f Q f Q               2 1 ( ) 1 N f    幅频   v    y arctan 特性 相频 特性