1.1選頻電路1.2阻抗變換電路1.3習(xí)題內(nèi)容提要：

·選頻電路的組成

·選頻電路的作用

·阻抗變換電路的組成

·阻抗變換電路的作用天空中存在著各種各樣的無(wú)線電波和干擾噪聲(如閃電、熱輻射等)，在通信中接收機(jī)只有能從眾多的無(wú)線電波和干擾噪聲中選出所需的有用信號(hào)，同時(shí)將其它無(wú)線通信設(shè)備發(fā)射的無(wú)線電波及干擾噪聲濾除掉，才能可靠地通信。而選頻電路恰恰具有選出有用信號(hào)、濾除干擾的功能，因此它是接收機(jī)必不可缺的電路之一。

選頻電路的作用是從眾多的無(wú)線電信號(hào)中選出有用信號(hào)，并濾除或抑制干擾。常用的選頻電路有LC選頻電路和集中選頻濾波器。1.1選頻電路

1.1.1選頻電路的性能指標(biāo)

選頻電路性能的好壞，可用一系列的指標(biāo)來(lái)衡量，理想選頻電路和典型實(shí)際選頻電路的電壓傳輸特性如圖1-1所示。圖1-1(a)為選頻電路的幅頻特性，圖1-1(b)為選頻電路的相頻特性。關(guān)于幅頻特性和相頻特性的概念在模擬電子技術(shù)課程中已經(jīng)講述過(guò)，這里不再重復(fù)。圖1-1選頻電路的電壓傳輸特性

1.中心頻率(f0)

在中心頻率處，選頻電路的電壓傳輸系數(shù)最大(幅頻特性出現(xiàn)最大值)，且相移為零。如果選頻電路為L(zhǎng)C并聯(lián)選頻電路，則中心頻率為L(zhǎng)C電路的固有諧振頻率。

2. 通頻帶BW0.7

幅頻特性下降到最大值(f0所對(duì)應(yīng)的值)的時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍，稱選頻電路的通頻帶。通頻帶也可定義為幅頻特性下降3dB()時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍，因此通頻帶又稱

3dB帶寬。選頻電路的通頻帶應(yīng)足夠?qū)挘员ＷC有用信號(hào)順利通過(guò)，但也不能過(guò)寬，過(guò)寬雖有利于有用信號(hào)通過(guò)，但干擾也會(huì)順利通過(guò)，使電路濾除干擾的能力變差。不同信

號(hào)對(duì)選頻電路通頻帶的要求不同，因此選頻電路通頻帶的大小應(yīng)視具體要求而定。

3.選擇性選擇性是指放大器選出有用信號(hào)、濾除干擾的能力。通頻帶外幅頻特性衰減越快，電路的選擇性越好。通常用矩形系數(shù)描述選擇性的好壞。矩形系數(shù)定義為電壓傳輸系數(shù)下降至最大值的0.1倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍BW0.1與通頻帶之比值，即理想選頻電路的幅頻特性為矩形，其矩形系數(shù)為1，而實(shí)際選頻電路的矩形系數(shù)大于1。矩形系數(shù)越接近1，電路的選擇性越好。(1-1)

4.插入損耗

插入損耗定義為選頻電路插入前負(fù)載獲得的功率與插入后負(fù)載獲得的功率之比，用L表示，即(1-2)由式(1-2)可見(jiàn)，理想情況下L=1，實(shí)際電路的插入損耗大于1。L越大，插入損耗越大。對(duì)于實(shí)際的選頻電路，要求其插入損耗越小越好。

5.帶內(nèi)波動(dòng)

帶內(nèi)波動(dòng)指選頻電路通頻帶內(nèi)幅頻特性的波動(dòng)。在通頻帶內(nèi)，幅頻特性越平坦(波動(dòng)越小)，引起的頻率失真越小。頻率失真指電路對(duì)不同頻率的信號(hào)傳輸能力不同而引起的信號(hào)失真。

6.輸入、輸出阻抗選頻電路的性能指標(biāo)是在輸入、輸出端均匹配條件下的性能，在應(yīng)用時(shí)必須知道其輸入、輸出阻抗，使其處于匹配狀態(tài)，才能得到最佳的濾波效果。

7. 相頻特性相頻特性越接近線性越好，相頻特性線性不好會(huì)產(chǎn)生相位失真。對(duì)于傳輸圖像信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的電路，要求其相頻特性好。

1.1.2

LC選頻電路

LC選頻電路是高頻電路中最基本、應(yīng)用最廣泛的選頻電路。在電路基礎(chǔ)課程中已建立了關(guān)于LC電路的基本概念，并詳細(xì)分析了LC串并聯(lián)電路的特點(diǎn)，這里從選頻的角度再次討論LC電路。

1.并聯(lián)LC選頻電路的組成并聯(lián)LC選頻電路如圖1-2所示。其固有諧振頻率，選頻電路兩端的電壓為(1-3)圖1-2并聯(lián)LC選頻電路在實(shí)際應(yīng)用中，總是滿足R＜＜ωL，故上式可化簡(jiǎn)為(1-4)因電路的品質(zhì)因數(shù)，所以式(1-4)可表示為(1-5)

w＝w0時(shí)，LC選頻電路諧振，諧振電壓為(1-6)諧振阻抗為(1-7)將式(1-6)代入式(1-5)得(1-8)式中，Dw＝w－w0。將式(1-8)取模值，得并聯(lián)LC選頻電路的歸一化幅頻特性為(1-9)相頻特性為(1-10)由式(1-9)和式(1-10)可分別畫(huà)出并聯(lián)LC選頻電路的幅頻特性及相頻特性如圖1-3所示，圖中Q1＞Q2。圖1-3并聯(lián)LC選頻電路的傳輸特性

2.并聯(lián)LC選頻電路主要指標(biāo)的計(jì)算

(1)中心頻率。并聯(lián)LC選頻電路的中心頻率為

(2)通頻帶。依據(jù)通頻帶的定義，令式(1-9)等于，得(1-11)由式(1-11)可見(jiàn)，在諧振頻率一定的條件下，Q值越大，通頻帶越窄。而且，由式(1-7)可知，在電感、電容值確定時(shí)，諧振阻抗越大，Q值越大，通頻帶越窄。

(3)選擇性。依據(jù)選擇性的定義，令式(1-9)等于0.1可計(jì)算得并聯(lián)LC選頻電路的矩形系數(shù)遠(yuǎn)大于1，因此其選擇性差。需要指出，由圖1-3(a)可見(jiàn)，LC并聯(lián)選頻電路的Q值越大，曲線越尖銳，通頻帶越窄，選擇性越好，可知通頻帶與選擇性是一對(duì)相互矛盾的指標(biāo)。

3.信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載對(duì)LC選頻電路的影響

圖1-4中，給LC選頻電路接上了輸入信號(hào)和負(fù)載電阻，信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻的接入會(huì)影響選頻電路的性能嗎？答案是會(huì)的。圖1-4實(shí)際選頻電路圖1-4與圖1-2的區(qū)別在于，圖1-4所示電路中接入了信號(hào)源內(nèi)阻Rs和負(fù)載電阻RL，這兩個(gè)電阻的接入使電路的諧振阻抗變成了RP∥Rs∥RL，即總的諧振阻抗減小了。由式(1-7)可知，此時(shí)電路的Q值也隨之減小，通頻帶變寬，選擇性變差,且Rs和RL越小，對(duì)選頻電路的影響越大，電路的選擇性越差。1.1.3集中選頻濾波器

集中選頻濾波器可分為L(zhǎng)C集中選頻濾波器和固體濾波器(包括陶瓷濾波器和聲表面濾波器)兩大類。集中選頻濾波器由廠家精心設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，具有近似理想的選頻特性。集中選頻濾波器的使用，可簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì)與調(diào)整，縮短線路和設(shè)備的設(shè)計(jì)與制作周期。

1.LC集中選頻濾波器

LC集中選頻濾波器通常由一節(jié)或多節(jié)LC電路組成，可根據(jù)系統(tǒng)要求精確設(shè)計(jì)，因此其選頻特性更接近理想要求。其電路組成如圖1-5所示。圖1-5

LC集中選頻濾波器

2.陶瓷濾波器

某些陶瓷材料經(jīng)極化后，如果在其兩面加上高頻交流電壓，便會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變，進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)又會(huì)在其兩個(gè)面上產(chǎn)生交變電場(chǎng)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。當(dāng)陶瓷片外加高頻交流信號(hào)的頻率等于陶瓷片的機(jī)械振動(dòng)頻率時(shí)，陶瓷片產(chǎn)生諧振，此時(shí)，陶瓷片的機(jī)械振動(dòng)最強(qiáng)，兩個(gè)面上產(chǎn)生的電荷量最大，外電路電流最大。陶瓷片具有諧振特性，因此具有選頻濾波作用。兩端陶瓷濾波器的電路符號(hào)及等效電路如圖1-6所示。它相當(dāng)于一個(gè)LC并聯(lián)電路，由于工作頻率穩(wěn)定，選擇性好，具有合適的帶寬，常被用做固定的中頻濾波器。三端陶瓷濾波器的電路符號(hào)及等效電路如圖1-7所示。其中，1、3兩端為輸入端，2、3兩端為輸出端。三端陶瓷濾波器相當(dāng)于一個(gè)雙調(diào)諧回路，可用做中頻變壓器，目前廣泛應(yīng)用于集成接收機(jī)中。為了提高濾波效果，可將陶瓷諧振子組合，組成四端陶瓷濾波器，如圖1-8所示。一般情況下，陶瓷片越多，濾波性能越好。圖1-6兩端陶瓷濾波器的電路符號(hào)及等效電路圖1-7三端陶瓷濾波器的電路符號(hào)及等效電路圖1-8四端陶瓷濾波器

3.表面濾波器聲表面濾波器(SWAF)的電路符號(hào)如圖1-9所示。在聲表面濾波器中，信號(hào)經(jīng)過(guò)電—聲、聲—電轉(zhuǎn)換達(dá)到濾波的目的。它具有體積小、重量輕、性能穩(wěn)定、工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在通信、電視、宇航等領(lǐng)域的電子設(shè)備中。圖1-9聲表面濾波器的電路符號(hào)思考與練習(xí)

1.選頻電路的作用是什么？

2.選頻電路通頻帶是如何定義的？選頻電路的通頻帶越寬越好嗎？

3.集中選頻濾波器的性能優(yōu)于LC選頻電路，你知道哪些集中選頻濾波器？

4.外電路的接入對(duì)LC選頻電路的性能有影響嗎？1.2阻抗變換電路

阻抗變換的目的是為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。通過(guò)阻抗匹配，可為負(fù)載提供最大的功率，改善接收機(jī)前端電路的噪聲系數(shù)，使濾波器性能更佳。常用的阻抗變換電路有變壓器阻抗變換電路、部分接入阻抗變換電路等。1.2.1變壓器阻抗變換電路在電路基礎(chǔ)中，已經(jīng)講述了變壓器的相關(guān)知識(shí)，理想變壓器的阻抗變換關(guān)系為(1-12)式中：為變壓器初級(jí)的輸入電阻；N1/N2為變壓器初次級(jí)匝數(shù)比；RL為變壓器次級(jí)。圖1-10變壓器阻抗變換電路1.2.2部分接入阻抗變換電路

1.電容部分接入電路

電容部分接入電路如圖1-11所示。圖1-11電容部分接入電路理想的阻抗變換網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是無(wú)損耗的，故消耗的功率應(yīng)等于RL消耗的功率，即。如果電路滿足條件，則(1-13)式(1-13)中，U1、U2為輸入、輸出電壓的有效值。由式(1-13)可見(jiàn)，負(fù)載RL經(jīng)阻抗變換電路變換后，阻值變換為。

2.電感部分接入電路

電感部分接入電路如圖1-12所示。與電容部分接入同樣道理，如果電路滿足條件RL＞＞jωL1，則所以(1-14)圖1-12電感部分接入電路

3.L型阻抗變換電路在后面將要學(xué)習(xí)的高頻功率放大電路中，最常用的阻抗匹配電路是L型阻抗變換電路。L型阻抗變換電路為窄帶電路，它不僅有阻抗變換功能，還有濾波功能，其濾波性能的好壞取決于L型電路的Q值。常用的L型阻抗變換電路如圖1-13所示。圖1-13L型阻抗變換電路及其等效電路通過(guò)L型網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換，將負(fù)載RL變換成網(wǎng)絡(luò)輸入端的電阻，且只有(信號(hào)源內(nèi)阻)時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。可見(jiàn)，電路諧振時(shí)才能完成RL與之間的阻抗變換，所以L型網(wǎng)絡(luò)為窄帶網(wǎng)絡(luò)。圖1-13(a)中，L、C、RL組成LC并聯(lián)電路，電路的諧振阻抗即為，由串并變換公式可知，，要實(shí)現(xiàn)匹配應(yīng)滿足:(1-15)由式(1-15)可見(jiàn)，當(dāng)負(fù)載電阻小于信號(hào)源內(nèi)阻時(shí)，適合用圖1-13(a)中的L型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。圖1-13(b)中，電路的諧振阻抗為，匹配即實(shí)現(xiàn)，由串并變換公式可知：由式(1-16)可見(jiàn)，當(dāng)負(fù)載電阻大于信號(hào)源內(nèi)阻時(shí)，適合用圖1-13(b)中的L型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。(1-16)

4.p型和T型網(wǎng)絡(luò)由以上分析可知：對(duì)L型網(wǎng)絡(luò)，若負(fù)載電阻RL和信號(hào)源內(nèi)阻確定，則Q值確定，而阻抗變換電路的濾波性能取決于Q值大小，這就使得阻抗變換電路實(shí)現(xiàn)匹配的同時(shí)，可能無(wú)法滿足濾波性能的要求，此時(shí)可采用p型或T型網(wǎng)絡(luò)。p型和T型網(wǎng)絡(luò)如圖1-14所示。圖1-14p型和T型網(wǎng)絡(luò)電路無(wú)論是p型還是T型網(wǎng)絡(luò)，都可分解成L型網(wǎng)絡(luò)，因此可用L型網(wǎng)絡(luò)的分析方法分析它們。如圖1-14(a)中左圖，若將C分解成兩個(gè)電容C1、C2并聯(lián)，它便由兩個(gè)L型網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)而成。思考與練習(xí)

1.常用的阻抗變換電路有哪些？

2.阻抗變換電路的作用有哪些？

3.L型阻抗變換網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)是什么？

4.請(qǐng)分別畫(huà)一個(gè)L型和T型阻抗變換網(wǎng)絡(luò)。

5.寫(xiě)出變壓器阻抗變換網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換關(guān)系。

6.寫(xiě)出L型阻抗變換網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換關(guān)系。

7.寫(xiě)出部分接入阻抗變換網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換關(guān)系。1.3習(xí)題

1.1電路如圖1-2所示，如果L=10μH，C=40pF,Q=100，求電路的固有諧振頻率f0，諧振電阻RP，通頻帶BW0.7。(RP=

=50kW，f0=7.96MHz，BW0.7=79.6kHz)

1.2電路如圖1-4所示，如果L=10mH，C=40pF，RP=50kW，Rs=25kW，RL=50kW，對(duì)信號(hào)源，求電路的諧振電阻R、電路的諧振頻率f0、Qe及通頻帶BW0.7。將計(jì)算結(jié)果與1.1題結(jié)果比較，你能得到什么結(jié)論？（一般Q表示LC電路本身的品質(zhì)因數(shù)，即空載品質(zhì)因數(shù)，Qe表示外接電路后LC電路的品質(zhì)因數(shù)，即有載品質(zhì)因數(shù)）。(R=12.5kW，f0=7.96MHz，Qe=25，BW0.7=318.4kHz)

1.3電路如題1.3圖所示。已知RL=10kW，RL斷開(kāi)時(shí)，電路的諧振電阻RP=10kW，變壓器初次級(jí)匝數(shù)比為n=100，求電路諧振電阻。接入負(fù)載RL后，LC電路的性能有沒(méi)有受到影響？(

)題1.3圖

1.4電路如題1.4圖所示，L1與L2之間無(wú)互感，即M=0，L1、L2、C組成的LC并聯(lián)電路的諧振電阻RP=121kW，Rs=1kW，L1=100mH，L2=10mH，求接入信號(hào)源后電路的諧振電阻。電路是否匹配?(，匹配