选频网络电子类专业高频电子线路第二章教学PPT(1).ppt
《选频网络电子类专业高频电子线路第二章教学PPT(1).ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《选频网络电子类专业高频电子线路第二章教学PPT(1).ppt(94页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、Chapter 2 选频网络,1.选频的基本概念 所谓选频就是选出需要的频率分量并且滤除不需要的频率分量。2.选频网络的分类,单振荡回路,耦合振荡回路,振荡回路(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,Chapter 2 选频网络主要内容,2.1 串联谐振回路 2.2 并联谐振回路 2.3 串、并联阻抗等效互换与回路抽头时的阻抗变换 2.5 耦合回路 2.6 滤波器的其他形式,2.1 串联谐振回路,2-1 概述2.1-2 谐振及谐振条件2.1-3 谐振特性2.1-4 谐振曲线和通频带2.1-5 相频特性曲线2.1-7 信号源内阻及负载对串联谐振回路 的
2、影响,2.1-1 概述,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。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。,2.1-2 谐振及谐振条件,1 阻抗,当 时,达到最大,当 时,电抗与频率的关系 阻抗值与频率的关系,当 0时,|z|R,0,x 0呈感性,电流滞后电压 0,x0呈容性,电流超前电压=0|z|=R x=0达到串联谐振。回路电流与电压同相。当回路谐振时的感抗或容抗,称之为特性阻抗。用表示,2.1-3
3、谐振特性,1),2)谐振时电流最大且与电源同相,3),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。当谐振时: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。,结论:,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。,Q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。,串联谐振时电路中的电流或者电压可以绘成向量图。,在谐振点附近,电流最大,偏离谐振点越多
4、电流越小。换言之谐振点处电阻R是决定电流大小的主要因素;偏离谐振点,电流几乎与R无关。教材17页,串联谐振的矢量图,趋附效应,交变电流通过导体时,由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀,愈近导体表面电流密度越大。这种现象称“趋肤效应”。趋肤效应使导体的有效电阻增加。频率越高,趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时,可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过,这等效于导线的截面减小,电阻增大。既然导线的中心部分几乎没有电流通过,就可以把这中心部分除去以节约材料。因此,在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。,2.1-4 谐振曲线和通频带,串联谐振回路中电流幅值与外加电压频率之间的关系曲线
5、称为谐振曲线。其模为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。,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:,当 0即失谐不大时:当谐振时:=0。,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用B表示,当 时 而 所以也可用线频率f0表示,即,2.15 相频特性曲线,回路电流的相角 随频率变化的曲线。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 电路呈现容性;若滞后,则 Q2,回路电流的相频特性曲线为,通常把没有接入信号
6、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)如式 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:其中R为回路本身的损耗,RS为信号源内阻,RL为负载,3.1-7 信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响,结论:品质因数减小,谐振曲线变秃,选频特性变差。故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。P21,2.2 并联谐振回路,2.2-1 概述2.2-2 谐振条件2.2-3 谐振特性2.2-4 谐振曲线、相频特性曲线和通频带2.2-5 信号源内阻和负载电阻对并联谐振 回路的影响,2.2-1 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
7、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。,如下图所示:其中由于外加信号源内阻很大,为了 分析方便,采用恒流源。P22图,2.2-2 谐振条件,阻抗一般 L R 代入上式:,原来的电路可以等效为下图:,谐振时的阻抗特性:,因此回路谐振时:,回路电压最大且与外加电流同相,这称为回路对外加信号频率发生并联谐振,2.2-3 谐振特性,谐振条件:,若 不成立,谐振时Z为实数,故,品质因数,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。,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。,即谐振电阻为感抗或者容抗的
8、Qp倍,当Qp很大时,这个电阻值是很大的。,P25 图2.2.3,1 谐振曲线 串联回路用电流比来表示,并联回路用电压比来表示。回路端电压 谐振时回路端电压 由此可作出谐振曲线,2.2-4 谐振曲线、相频特性曲线 和通频带,广义失谐 表示回路失谐大小的量,在小失谐时:,结论:,相角:,2 相频特性,串联电路里是指回路电流与信号源电压的相角差。而并联电路是是指回路端电压对信号源电流Is的相角差。=p 时=0 p 时 0 感性 相频曲线如图所示 以上讨论的是Q较高的情况,Q值低时分析见28。,当回路端电压下降到最大值的 时所对应的频率范围 即 绝对通频带,相对通频带,3 通频带,2.2-5 信号源
9、内阻和负载电阻对并联谐振 回路的影响,串、并联回路的比较,2.3 串、并联阻抗等效互换与抽头变换,1 串并联阻抗的等效互换,所谓等效就是指电路工作在某一频率时,不管其内部的电路形式如何,从端口看过去其阻抗或者导纳是相等的。,若要将串联阻抗转换为并联阻抗:,令实数、虚数部分对应相等,所以等效互换的变换关系为:,当品质因数很高(大于10或者更大)时则有,由于串联电路的有载品质因数与并联电路的有载品质因数相等,串并联等效互换分析:,2)串联电抗 化为同性质的并联电抗 且:,3)串联电路的有效品质因数为,1)小的串联电阻 化为大的并联电阻 且:,Z2,并联谐振时:,略去分子中的电阻:,代入:,对比:,
10、则:,接入系数:,2 回路抽头时阻抗的变化(折合)关系,根据公式:Ab端:db端:,则:,对信号源内阻根据能量等效的原则:因此:所以:,信号源内阻折合至并联回路两端:如:写成导纳形式:,1)在不考虑 之间的互感M时:,当抽头改变时,p值改变,可以改变回路在db两端的等效阻抗,2)当考虑 之间的互感M时接入系数,3)电压源的折合关系:,电容抽头电路而言,接入系数根据:,电压源和电流源的变比是 而不是 P33 谐振频率,由于 从ab端到bd端电压变换比为1/P,在保持功率相同的条件下,电流变换比就是P倍。即由低抽头向高抽头变化时,电流源减小了P倍。,电流源的折合:右图表示电流源的折合关系。因为是等
11、效变换,变换前后其功率不变。,抽头的目的是:减小信号源内阻和负载对回路和影响。,负载电阻和信号源内阻小时应采用串联方式;负载电阻和信号源内阻大时应采用并联方式;负载电阻信号源内阻不大不小采用部分接入方式。,3.5 耦合回路,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,为了使网络具有矩形选频特性,或者完成阻抗变换的需要,需要采用耦合振荡回路。,耦合回路由两个或者两个以上的单振荡回路通过各种不同的耦合方式组成P34图2.4.1,2、常用的两种耦合回路,耦合系数k:耦合回路的特性和功能与两个 回路的耦合程度有关,按耦合参量的大小:强耦
12、合、弱耦合、临界耦合,互感耦合串联回路,电容耦合并联回路,初级回路、次级回路,对电容耦合回路:,一般C1=C2=C:,通常 CM C:,k1,对电感耦合回路:,若L1=L2=L,互感M的单位与自感L相同,高频电路中M的量级一般是uH,耦合系数k的量级约是百分之几。由耦合系数的定义可知,任何电路的耦合系数不但都是无量纲的常数,而且永远是个小于1的正数。,2.互感耦合回路的一般性质,现以下图所示的互感耦合串联回路为例来分析耦合回路的 阻抗特性。在初级回路接入一个角频率为的正弦电压V1,初、次级回路中的电流分别以i1和i2表示,并标明了各电流和电压的正方向以及线圈的同名端关系。,初、次级回路KVL方
13、程可写为,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。,解上列方程组可分别求出初级和次级回路电流的表示式:,称为次级回路对初级回路的反射阻抗,上两式中,,称为初级回路对次级回路的反射阻抗,而 为次级开路时,初级电流 在次级线圈L2中所感应的电动势,用电压表示为,必须指出,在初级和次级回路中,并不存在实体的反射阻抗。所谓反射阻抗,只不过是用来说明一个回路对另一个相互耦合回路的影响。例如,Zf1表示次级电流通过线圈L2时,在初级线圈L1中所引起的互感电压对初级电流的影响,且此电压用一个在其上通过电流的阻抗来代替,这就是反射阻抗的物
14、理意义。,将自阻抗Z22和Z11各分解为电阻分量和电抗分量,分别代入上式,得到初级和次级反射阻抗表示式为,考虑到反射阻抗对初、次级回路的影响,最后可以写出初、次级等效电路的总阻抗的表示式:,以上分析尽管是以互感耦合路为例,但所得结论具有普遍意义。它对纯电抗耦合系统都是适用的,只要将相应于各电阻的自阻抗和耦合阻抗代入以上各式,即可得到该电路的阻抗特性。,由上两式可见,反射阻抗由反射电阻Rf与反射电抗Xf所组成。由以上反射电阻和反射电抗的表示式可得出如下几点结论:1)反射电阻永远是正值。这是因为,无论是初级回路反射到次级回路,还是从次级回路反射到初级回路,反射电阻总是代表一定能量的损耗。,2)反射
15、电抗的性质与原回路总电抗的性质总是相反的。以Xf1为例,当X22呈感性(X220)时,则Xf1呈容性(Xf10)。,3)反射电阻和反射电抗的值与耦合阻抗的平方值(M)2成正比。当互感量M=0时,反射阻抗也等于零。这就是单回路的情况。4)在次级回路中所消耗的功率等于初级回路电流流过反射电阻部分所消耗的功率。5)当初、次级回路同时调谐到与激励频率谐振(即X11=X22=0)时,反射阻抗为纯阻。其作用相当于在初级回路中增加一电阻分量,且反射电阻与原回路电阻成反比。,考虑了反射阻抗后的耦合回路如下图。对于耦合谐振回路,凡是达到了初级等效电路的电抗为零,或次级等效电路的电抗为零或初级回路的电抗同时为零,
16、都称为回路达到了谐振。调谐的方法可以是调节初级回路的电抗,调节次级回路的电抗及两回路间的耦合量。由于互感耦合使初、次级回路的参数互相影响(表现为反映阻抗)。所以耦合谐振回路的谐振现象比单谐振回路的谐振现象要复杂一些。根据调谐参数不同,可分为部分谐振、复谐振、全谐振三种情况。,3.耦合回路的调谐,(1)部分谐振:如果固定次级回路参数及耦合量不变,调节初级回路的电抗使初级回路达到x11+xf1=0。即回路本身的电抗=反射电抗,我们称初级回路达到部分谐振,这时初级回路的电抗与反射电抗互相抵消,初级回路的电流达到最大值,初级回路在部分谐振时所达到的电流最大值,仅是在所规定的调谐条件下达到的,即规定次级
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 网络 电子 类专业 高频 电子线路 第二 教学 PPT
链接地址:https://www.31ppt.com/p-2721053.html