1、第2章高頻電子線路基礎(chǔ)2.1 2.1 高頻電路中的元器件高頻電路中的元器件一、高頻電路中的無源元件一、高頻電路中的無源元件NoImageRLRCR1 1、電阻的高頻特性、電阻的高頻特性2 2、電感的高頻特性、電感的高頻特性為為損損耗耗電電阻阻，為為分分布布電電容容（可可忽忽略略）為為電電感感，rLLC品質(zhì)因素品質(zhì)因素Q Q：描述系統(tǒng)儲能與耗能之間關(guān)系的參數(shù)。LLLCr有功功率有功功率無功功率無功功率 QrLrILIQ 221221電感品質(zhì)因素：電感品質(zhì)因素：rL并并聯(lián)聯(lián)形形式式的的電電感感和和電電阻阻分分別別為為等等效效、 RLppLRLRRLLrLQ /)/(/22 據(jù)電路等效原理，可以用并

2、聯(lián)等效電路表示可以用并聯(lián)等效電路表示因為QL1，有pLRLRQ / 即RLjRLjrLjp 絕緣電阻和電容絕緣電阻和電容分別為等效的并聯(lián)級間分別為等效的并聯(lián)級間、常忽略）常忽略）為損耗電阻為損耗電阻為電容量，為電容量，pCCRC(r3、電容的高頻特性、電容的高頻特性用品質(zhì)因素Q反映電容器的損耗特性crQ /1 串聯(lián)形式串聯(lián)形式RcQp 并聯(lián)形式并聯(lián)形式CrpCCRccrcRp ，其中，其中，22/1 二、高頻電路中的有源器件二、高頻電路中的有源器件1、二極管、變?nèi)荻O管、二極管、變?nèi)荻O管、PIN二極管二極管2、晶體管、場效應(yīng)管、晶體管、場效應(yīng)管 3、集成電路、集成電路 2.2 諧振回路諧振回

3、路 高頻振蕩回路（諧振回路）高頻振蕩回路（諧振回路） 分類：分類：串聯(lián)諧振回路、并聯(lián)諧振回路、抽頭并聯(lián)諧振回路和耦合諧振回路。 振蕩回路振蕩回路：由電感和電容組成的回路，當(dāng)外界給予一定能量，電路參數(shù)滿足一定關(guān)系時，可以在回路中產(chǎn)生電壓和電流的周期振蕩，電路的這種性質(zhì)稱為振蕩特性，電路為振蕩回路。諧振回路：諧振回路：若振蕩回路在某一頻率的交變信號的作用下，能在電抗元件上產(chǎn)生最大的電壓或流過最大的電流（或者說具有最大、最小阻抗值），則電路具有諧振特性，為諧振回諧振回路路，此時的信號頻率稱為諧振頻率諧振頻率，記為0。作用：高頻電子線路中廣泛應(yīng)用的選頻網(wǎng)絡(luò)作用：高頻電子線路中廣泛應(yīng)用的選頻網(wǎng)絡(luò) 1、并

4、聯(lián)諧振回路、并聯(lián)諧振回路CLr222 Lrrg 電電導(dǎo)導(dǎo)為為：222 LrLcb 電電納納為為：求得電路總導(dǎo)納：jbgrLjcjY 1 b = 0時時 |Y| = g 電路呈純電阻性電路呈純電阻性 b0時時 b0 |Y| g 電路呈容性電路呈容性 b g 電路呈感性電路呈感性 CLrVsI在回路兩端加電流源Is， b=0時Y最小，即回路阻抗最大回路阻抗最大(為純電阻)，端電壓端電壓V將將最大最大，并與Is同相，電路產(chǎn)生并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振，此時振蕩頻率為=0，為諧振頻率諧振頻率 0220200 LrLcb 諧振時回路的感抗和容抗近似相等諧振時回路的感抗和容抗近似相等，稱為回路的特性阻抗特性阻抗cL

5、cL/100 2202, 1LrQL 即即Lc001 得得近近似似諧諧振振條條件件Lc10 則則有有：jbgY 回路品質(zhì)因素回路品質(zhì)因素CLrCrrLrQ 1100 回回路路電電阻阻回回路路特特性性阻阻抗抗諧振阻抗諧振阻抗L諧振時支路工作情況諧振時支路工作情況 CLrVsIrLIcILjrIRLjrVIsprl rLrRp2202 sssrLIjQIjQIrLrLrLjrI )1( 220222020 sspcIjQICRjVCjI 00 電感支路電流約為電源電流的電感支路電流約為電源電流的Q倍，相位滯后倍，相位滯后/2電容支路電流約為電源電流的電容支路電流約為電源電流的Q倍，相位超前倍，相位

6、超前/2諧振的物理意義諧振的物理意義：電容中儲存的電能和電感中儲存的磁：電容中儲存的電能和電感中儲存的磁能周期性地轉(zhuǎn)換，且兩者儲存的最大能量相等。能周期性地轉(zhuǎn)換，且兩者儲存的最大能量相等。 諧振頻率特性諧振頻率特性 用極坐標(biāo)表示，可求得幅頻特性幅頻特性和相頻特性相頻特性 jseVLcjgIV )/1(利用電路可以求得電壓表達(dá)式）（ 00 QgLc /1arctan V、均為的函數(shù)，可寫為V()和()幅頻特性幅頻特性當(dāng)電流源幅度Is、元件參數(shù)（g、L、C）不變時，改變電流源頻率，可得不同幅度的V值?？勺鞒龇l特性曲線頻特性曲線（或稱諧振特性曲線諧振特性曲線） 0)(V回路對電源頻率諧振時，即=

7、0時，回路端電壓達(dá)最大值，有 V0=Is/g 偏離0時（=-0），端電壓幅值下降 LSLRRrLQ 0 相頻特性相頻特性0 V滯后滯后Is 回路呈容性回路呈容性 0100 cLX 2/2/)(o2、串聯(lián)諧振回路、串聯(lián)諧振回路LccL1100，時時， jXrcLjrZs )1( 回回路路阻阻抗抗為為：cLX 1 CLrsVI jssseIcLjrVZVIV )1(s，回回路路電電流流為為：加加入入正正弦弦電電壓壓rXarctgcLrVIs )1(22諧振條件：諧振條件：CrLCQLQQrQQrrLrgRp 00222021 )1()(1 回路電流最大，回路電流最大，回路諧振回路諧振電路串聯(lián)諧振，

8、0為諧振頻率，此時回路阻抗最小，為純電阻， Is與V同相,為最大值I0 LccL1100，時時， crrLQ001 ssCssLVjQVCrjjCjIVVjQLjrVLj IV000011 可可以以求求得得：000IrVIsVs初初相相角角為為 CLrsVICVLV諧振時電感和電容上的電壓最大，是電阻電壓值的諧振時電感和電容上的電壓最大，是電阻電壓值的Q倍，倍，也就是恒壓源的也就是恒壓源的Q倍，表明電容和電感儲能周期性轉(zhuǎn)換，倍，表明電容和電感儲能周期性轉(zhuǎn)換，而且最大能量相等。而且最大能量相等。 頻率特性頻率特性rXarctgcLrVIs )1(2202/2/)(0)(I0I0 Is滯后滯后V

9、回路呈感性回路呈感性 串聯(lián)和并聯(lián)具有對偶性串聯(lián)和并聯(lián)具有對偶性電源電源阻抗值阻抗值0并聯(lián)并聯(lián)gLc并并ISZ最大最大電感性電感性純電阻最小純電阻最小導(dǎo)納導(dǎo)納g電容性電容性串聯(lián)串聯(lián)rLc串串VSZ最小最小電容性電容性純電阻最小純電阻最小阻抗阻抗r電感性電感性3、諧振回路的性能分析、諧振回路的性能分析失諧失諧：當(dāng)信號頻率偏離0時，稱電路失諧，記為=-0，用來衡量電源頻率偏離諧振頻率的程度。 jLCrLrjLCjggVVgIVs 11)jQ(11 )1()(11)1(002200在并聯(lián)諧振回路中歸一化幅頻特性為：一一般般失失諧諧）為為廣廣義義失失諧諧，或或稱稱為為（其其中中 00 Q串聯(lián)諧振回路中的

10、歸一化幅頻特性串聯(lián)諧振回路中的歸一化幅頻特性0QQL 可可見見，22)/1(LcgIVs 為為回回路路的的諧諧振振頻頻率率又又含含有有電電抗抗成成分分，則則、 LCRCQCCCCCRRLLsLs1 / 1 /300 j 11000000022)(ff 與0很接近時，有為為相相對對失失諧諧稱稱 00 ffQQ 200）（即即 兩兩側(cè)側(cè)不不是是完完全全對對稱稱這這表表明明特特性性曲曲線線在在，可可得得，有有、兩兩側(cè)側(cè)的的若若0212021210 )()(* 選擇性選擇性諧振回路從不同頻率信號中選擇所需信號的特性稱為選擇性，它表明回路對不需要信號的抑制能力。 0Q2Q1Q0210QQQ 其其中中通頻

11、帶通頻帶(3dB帶寬帶寬) B與與Q成反比，成反比，Q越高，選擇性越越高，選擇性越好，但通頻帶越窄好，但通頻帶越窄QffBffQ02022 21)/2(1111 即即 0f1ff1212f諧振頻率諧振頻率阻抗（導(dǎo)阻抗（導(dǎo)納）特性納）特性恒流源恒流源恒壓源恒壓源激勵源激勵源并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路電路名稱電路名稱LCS1002011PPQ )(1)(00 PPjQgjY )(1)(00 SjQrjZ品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù) QrLCLrQP01rLCLrQS01串、并聯(lián)諧振回路比較串、并聯(lián)諧振回路比較諧振性質(zhì)諧振性質(zhì)諧振參數(shù)諧振參數(shù)并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路

12、電路名稱電路名稱rVIsmgIVsO通頻帶通頻帶SQfBW0PQfBW0gSLCVQVVgPLCIQII電壓諧振電流諧振諧振特性諧振特性 11)()(0jjIjIarctg 112 11)()(0jjVjVarctg 112結(jié)論：串聯(lián)諧振回路通常適用于信號源內(nèi)阻結(jié)論：串聯(lián)諧振回路通常適用于信號源內(nèi)阻Rs很小很?。ê銐涸矗┖拓?fù)載電阻（恒壓源）和負(fù)載電阻RL也不大的情況。也不大的情況。rLQ00Q 值值為為：電電路路空空載載時時回回路路空空載載LgLc /1arctan 考慮電源內(nèi)阻和負(fù)載后，有載Q值為：4、信號源內(nèi)阻和負(fù)載對串聯(lián)回路的影響、信號源內(nèi)阻和負(fù)載對串聯(lián)回路的影響也也較較大大的的情情況況

13、。很很大大，負(fù)負(fù)載載電電阻阻內(nèi)內(nèi)阻阻并并聯(lián)聯(lián)諧諧振振適適用用于于信信號號源源LSRR，使使負(fù)負(fù)載載所所得得功功率率減減小小，回回路路端端電電壓壓也也將將減減小小、 RIVs2111I =V jC。越小，回路選擇性越差越小，回路選擇性越差、且且故故LsLPLsPLRRQQRRRRRLRQ, / 0 值值為為將將下下降降，有有載載后后，與與負(fù)負(fù)載載電電阻阻、考考慮慮電電源源內(nèi)內(nèi)阻阻QQRRLs1sRsILRLCpRL目的目的：1）使RS、RL經(jīng)變換后，等效電阻增加，與RP并聯(lián)后使R減小不多，保證QL與Qo相差不大。 2)使CS、CL減小，與回路電容C并聯(lián)后，C增 加很少，穩(wěn)定0。 電路電路：常用來

14、實現(xiàn)阻抗變換的電路有：將激勵源或負(fù) 載與回路電抗（電容或電感）部分連接的抽頭并 聯(lián)振蕩回路，以及變壓器耦合電路。5、 并聯(lián)諧振回路的耦合方式并聯(lián)諧振回路的耦合方式阻抗變換電路的引入阻抗變換電路的引入理想變壓器耦合電路理想變壓器耦合電路LRpR2 2121NNvv 21NNp 接入系數(shù)接入系數(shù)LRvRv222221 據(jù)能量守恒原理據(jù)能量守恒原理_ _ 2NLR1N111vC2v1L2LR2/R p同理當(dāng)初級接電阻R時，呈現(xiàn)在次級上的電阻為電感分壓電路電感分壓電路2pRRL 22122121LLLNNNvv 212LLLp 接入系數(shù)接入系數(shù)LRvRv222221 據(jù)能量守恒原理據(jù)能量守恒原理_ _

15、 2NLR1N1vC2v1L2LR忽略互感的影響忽略互感的影響21p由低抽頭向高抽頭轉(zhuǎn)換時，等效阻抗提高 倍2p由高抽頭向低抽頭轉(zhuǎn)換時，等效阻抗降低至電容分壓電路電容分壓電路211CCCp 可得2pRRLL (p1)LLRgR112C1CgI負(fù)載電阻RL 是通過雙電容分壓接入并聯(lián)諧振回路的, 接入系數(shù)接入系數(shù)LgR112C1CgILR2.4 耦合回路耦合回路1、耦合回路形式、耦合回路形式耦合程度通過耦合程度通過耦合系數(shù)反映耦合系數(shù)反映221112XXXk 1V1R2R1C2C1L2L互感耦合串聯(lián)型回路互感耦合串聯(lián)型回路2VMC1R2R1C2C1L2LsI1V 電容耦合并聯(lián)型回路電容耦合并聯(lián)型回

16、路MMCCCk CCkM k1)(M2M1MCCCCCK 對電容耦合回路：對電容耦合回路：一般一般C1 = C2 = C通常通常 CM C21LLMk 若若L1 = L2 =L LMk 對電感耦合回路：2、互感耦合回路的阻抗特性、互感耦合回路的阻抗特性2L1L1CM2I1I1V1Z2Z1I2L1L1V22211111CjRZCjRZ1V1Z1122211122122221111) () (ZMZZVMjZI MjIZMZVI L22222222jXRLjZZ 由基爾霍夫定律有：22112112112112112112111121122fffjXRXXRMjRXRMjXRMZMZ)()()()(

17、1222211110IMjZIIMjZIV 初級回路的自阻抗L次級回路的自阻抗11222222222222222222222222221fffjXRXXRMjRXRMjXRMZMZ)()()()(反射阻抗反射阻抗A、從初級回路中向電感看，等效在初級回路中串聯(lián)一個反射阻抗反射阻抗222)(ZM 反射阻抗又叫耦合阻抗耦合阻抗，表示次級電流通過互感的作用在初級回路中的感應(yīng)電動勢對初級電流的影響,可以用一個等效的阻抗來表示：21221122112211cc1QQLLRRLLMk 反射阻抗使初級回路的電阻增加，且反射電抗與反射阻抗使初級回路的電阻增加，且反射電抗與X22異號異號 B、同樣初級回路也產(chǎn)生反

18、射阻抗KQKK c 同樣Rf2和Xf2的性質(zhì)與Rf1和Xf1相同1122211122122221111)()(ZMZZVMjZIMjIZMZVI 反射阻抗的特點反射阻抗的特點（1）反射電阻抗總為正值）反射電阻抗總為正值（2）反射阻抗的性質(zhì)與原回路總電抗的性質(zhì)相反）反射阻抗的性質(zhì)與原回路總電抗的性質(zhì)相反（3）反射電阻與反射電抗的值與耦合阻抗的平方值成正比）反射電阻與反射電抗的值與耦合阻抗的平方值成正比（4）初、次級回路均在信號頻率上諧振時，反射阻抗為純）初、次級回路均在信號頻率上諧振時，反射阻抗為純 電阻電阻只有在只有在M不小，不小，Z22不大的條件下，反射阻抗較大時，不大的條件下，反射阻抗較大

19、時，初級回路的電壓與電流才受次級回路的影響較大。初級回路的電壓與電流才受次級回路的影響較大?；ジ谢ジ蠱很小時，反射阻抗很小很小時，反射阻抗很小當(dāng)當(dāng)Z22很大時，即使很大時，即使M較大，但是反射阻抗仍然很小較大，但是反射阻抗仍然很?。?）次級回路中消耗的功率等于初級回路電流流過反射阻）次級回路中消耗的功率等于初級回路電流流過反射阻抗的電阻部分所消耗的功率?？沟碾娮璨糠炙牡墓β?。2222222222222222221)()(XXRMjRXRMZf 1121121121121121122)()(XXRMjRXRMZf 3、耦合振蕩回路的調(diào)諧、耦合振蕩回路的調(diào)諧部分諧振部分諧振：耦合振蕩回路的初級

20、或次級回路中的一個達(dá)到諧振的情況。 當(dāng)耦合諧振回路的初級等效電路的電抗為零初級等效電路的電抗為零，或次級等效電路的電抗為零次級等效電路的電抗為零或初級和次級回路的電抗初級和次級回路的電抗同時為零同時為零時，回路達(dá)到諧振。復(fù)諧振：復(fù)諧振：在部分諧振條件下，改變互感量，使Rf1R11，實現(xiàn)最大功率傳輸，使I2達(dá)到最大值，稱之為復(fù)諧振，這時初級電路不僅發(fā)生了諧振而且達(dá)到了匹配。全諧振全諧振：當(dāng)兩個回路都單獨達(dá)到與信號源頻率諧振兩個回路都單獨達(dá)到與信號源頻率諧振，回路達(dá)到全諧振，這時X11=0，X22=0，Z11=R11，Z22=R22，如果改變M，使R11 = Rf1，R22 = Rf2，則稱為最佳全諧振?？汕蟮米罴讶駮r的互感為：最佳全諧振時初、次級間的耦合稱為臨介耦合臨介耦合，與此相應(yīng)的耦合系數(shù)稱為臨介耦合系數(shù)臨介耦合系數(shù)，以kc表示。;12,012為為最最大大