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第2章 高频电路基础知识Content 1.高频电路中的无源器件高频电路中的无源器件 2.高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件 3.高频电路中的谐振网络高频电路中的谐振网络高高频频电电路路 高频电路使用的元器件与低频电路基本相同，但是高频电路中高频电路使用的元器件与低频电路基本相同，但是高频电路中 使用的是元器件的使用的是元器件的高频特性高频特性。（电容的影响）。（电容的影响）无源元件：无源元件：无源元件：无源元件：电阻（器）、电容（器）和电感（器）电阻（器）、电容（器）和电感（器）电阻（器）、电容（器）和电感（器）电阻（器）、电容（器）和电感（器）-都属于无源的都属于无源的都属于无源的都属于无源的线性元件线性元件线性元件线性元件有源器件：有源器件：有源器件：有源器件：二极管、晶体管、场效应管、集成电路二极管、晶体管、场效应管、集成电路二极管、晶体管、场效应管、集成电路二极管、晶体管、场效应管、集成电路 -完成信号的完成信号的完成信号的完成信号的放大、非线性变换放大、非线性变换放大、非线性变换放大、非线性变换等等等等无源网络：无源网络：无源网络：无源网络：串联谐振回路、并联谐振回路、耦合谐振回路串联谐振回路、并联谐振回路、耦合谐振回路串联谐振回路、并联谐振回路、耦合谐振回路串联谐振回路、并联谐振回路、耦合谐振回路 -放大选频、谐振自激震荡、变频调制解调选频放大选频、谐振自激震荡、变频调制解调选频放大选频、谐振自激震荡、变频调制解调选频放大选频、谐振自激震荡、变频调制解调选频Content2.1 高频电路中的无源器件高频电路中的无源器件低频段低频段：表现为表现为 电阻特性电阻特性高频段：高频段：表现为表现为 电阻特性电阻特性+电抗特性（高频特性）电抗特性（高频特性）2.1.1 2.1.1 电阻器电阻器电阻器电阻器无源、无记忆元件、耗能元件无源、无记忆元件、耗能元件无源、无记忆元件、耗能元件无源、无记忆元件、耗能元件电阻的高频等效电路电阻的高频等效电路 CR：分布电容：分布电容LR：引线电感：引线电感R：为电阻为电阻 注意：电阻在高频范围内损耗很小，因而被认为是理想元件，注意：电阻在高频范围内损耗很小，因而被认为是理想元件，不考虑其损耗的影响。不考虑其损耗的影响。2.1 高频电路中的无源器件高频电路中的无源器件2.1.2 2.1.2 电感器电感器电感器电感器无源、记忆元件、储能元件无源、记忆元件、储能元件无源、记忆元件、储能元件无源、记忆元件、储能元件高频段高频段高频段高频段：电感：电感：电感：电感L+L+损耗电阻损耗电阻损耗电阻损耗电阻r r00+分布电容。分布电容。分布电容。分布电容。长、中、短波频段长、中、短波频段长、中、短波频段长、中、短波频段：通常忽略分布电容的影响。：通常忽略分布电容的影响。：通常忽略分布电容的影响。：通常忽略分布电容的影响。r0L集肤效应影响：集肤效应影响：集肤效应影响：集肤效应影响：随着工作频率的增高，流过导线的交流电流随着工作频率的增高，流过导线的交流电流随着工作频率的增高，流过导线的交流电流随着工作频率的增高，流过导线的交流电流向导线表面集中向导线表面集中向导线表面集中向导线表面集中-导电的有效面积为导线圆环面积导电的有效面积为导线圆环面积导电的有效面积为导线圆环面积导电的有效面积为导线圆环面积 减小减小减小减小-电阻电阻电阻电阻增大增大增大增大-损耗损耗损耗损耗增大增大增大增大。电感线圈的串联等效电路电感线圈的串联等效电路2.1 高频电路中的无源器件高频电路中的无源器件线圈的线圈的线圈的线圈的品质因数品质因数品质因数品质因数QQ：表示线圈的损耗性能。：表示线圈的损耗性能。：表示线圈的损耗性能。：表示线圈的损耗性能。定义为定义为定义为定义为无功功率无功功率无功功率无功功率与与与与有功功率有功功率有功功率有功功率之比之比之比之比设流过电感线圈的电流为设流过电感线圈的电流为I，则电感，则电感L上的无功功率为上的无功功率为I2L，而，而损耗功率，即电阻损耗功率，即电阻r0的消耗功率为的消耗功率为I2r0，电感的品质因数：，电感的品质因数：Q值：感抗值：感抗L与损耗电阻与损耗电阻r0之比，之比，Q值越高损耗越小值越高损耗越小。通常通常,线圈的线圈的Q值通常在值通常在几十几十一二百一二百左右。左右。可用可用Q表表来测量。来测量。2.1 高频电路中的无源器件高频电路中的无源器件线圈：还可等效成电感与电阻的并联形式。线圈：还可等效成电感与电阻的并联形式。1-2两端的导纳两端的导纳=1-2两端的导纳两端的导纳r0L12RLP12Q 1电感线圈串、并联等效电路电感线圈串、并联等效电路表明：表明：（1）若以并联形式表示若以并联形式表示Q时，则为并联电阻与感抗之比。时，则为并联电阻与感抗之比。（2）串联电阻与并联电阻的乘积等于感抗的平方。串联电阻与并联电阻的乘积等于感抗的平方。（3）r0越小越小R就越大，即损耗小，反之，则损耗大。通常，就越大，即损耗小，反之，则损耗大。通常，r0为几欧的为几欧的量级量级，变换成，变换成R则为几十到几百千欧。则为几十到几百千欧。（4）两种形式中，电感值近似不变。）两种形式中，电感值近似不变。2.1 高频电路中的无源器件高频电路中的无源器件2.1.3 2.1.3 电容器电容器电容器电容器电容器：电容器：电容器：电容器：电容特性电容特性电容特性电容特性+损耗电阻损耗电阻损耗电阻损耗电阻+分布电感。分布电感。分布电感。分布电感。米波以下频段：米波以下频段：米波以下频段：米波以下频段：只考虑电容和损耗。只考虑电容和损耗。只考虑电容和损耗。只考虑电容和损耗。电容器的串、并联等效电路电容器的串、并联等效电路rCCpR品质因数品质因数品质因数品质因数QQ：表征电容器损耗的大小。表征电容器损耗的大小。表征电容器损耗的大小。表征电容器损耗的大小。它等于它等于它等于它等于容抗与串联电阻之比容抗与串联电阻之比容抗与串联电阻之比容抗与串联电阻之比，并联电阻与容抗之比并联电阻与容抗之比并联电阻与容抗之比并联电阻与容抗之比。-自己推导自己推导自己推导自己推导无源、记忆元件、储能元件无源、记忆元件、储能元件无源、记忆元件、储能元件无源、记忆元件、储能元件2.1 高频电路中的无源器件高频电路中的无源器件另外：电容器损耗电阻的大小主要由介质材料决定。另外：电容器损耗电阻的大小主要由介质材料决定。Q值可达值可达 几千到几万的数量级，几千到几万的数量级，与电感线圈相比与电感线圈相比,电容器的损耗常电容器的损耗常 常忽略不计。常忽略不计。同理，得：同理，得：表明：（表明：（1 1）电容器可以等效为串联形式或者并联形式。电容器可以等效为串联形式或者并联形式。（2 2）两种形式中电容值近似不变）两种形式中电容值近似不变 （3 3）串联电阻和并联电阻的乘积等于容抗的平方。串联电阻和并联电阻的乘积等于容抗的平方。Q 12.2 高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件从原理上看：高频电路的有源器件，与用于低频或其他电子线路从原理上看：高频电路的有源器件，与用于低频或其他电子线路从原理上看：高频电路的有源器件，与用于低频或其他电子线路从原理上看：高频电路的有源器件，与用于低频或其他电子线路的器件没有根本不同。的器件没有根本不同。的器件没有根本不同。的器件没有根本不同。高频电路中用途：高频电路中用途：（1）用于检波、调制、解调及混频等非线性变用于检波、调制、解调及混频等非线性变换电路中，工作在低电平，都是利用多数载流子导电机理，极间换电路中，工作在低电平，都是利用多数载流子导电机理，极间电容小，工作频率高。（电容小，工作频率高。（2）还有还有变容二极管变容二极管用于振荡器中。用于振荡器中。2.2.1 2.2.1 二极管二极管二极管二极管扩散电容扩散电容扩散电容扩散电容CCdd势垒电容势垒电容势垒电容势垒电容CCbb2.2 高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件（1 1）做小信号放大的高频小功率管，主要要求高增益和低噪声；）做小信号放大的高频小功率管，主要要求高增益和低噪声；）做小信号放大的高频小功率管，主要要求高增益和低噪声；）做小信号放大的高频小功率管，主要要求高增益和低噪声；（2 2）高频功率放大管，除了增益外要求在高频有较大的输出功率。）高频功率放大管，除了增益外要求在高频有较大的输出功率。）高频功率放大管，除了增益外要求在高频有较大的输出功率。）高频功率放大管，除了增益外要求在高频有较大的输出功率。共射接法输入特性曲线共射接法输入特性曲线死区死区 非线性区非线性区线性区线性区共发射极接法输出特性曲线共发射极接法输出特性曲线2.2.2 2.2.2 三极管三极管三极管三极管饱和区饱和区 iC受受uCE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内uCE的数值较小，的数值较小，一般一般 uCE0.7 V(硅管硅管)。此时：此时：发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏集电结正偏或反偏电压很小或反偏电压很小。输出呈低阻态，相当于开关闭合输出呈低阻态，相当于开关闭合。截止区截止区 iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。的曲线的下方。此时：此时：发射结反偏，发射结反偏，集电结反偏。集电结反偏。输出呈高阻态，输出呈高阻态，ic=0。放大区放大区-iC平行于平行于uCE轴的区域，轴的区域，曲线基本平行等距。曲线基本平行等距。此时：此时：发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏集电结反偏 受控恒流源受控恒流源uCEuBE时，临界饱和状态时，临界饱和状态uCEuBE时，过饱和状态时，过饱和状态2.2 高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件2.2 高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件 用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成电路少得多，主要分为电路少得多，主要分为通用型通用型和和专用型专用型两种。两种。目前通用型的宽带集成放大器，工作频率可达一、二百目前通用型的宽带集成放大器，工作频率可达一、二百MHz ，增益可达五、六十分贝，甚至更高。，增益可达五、六十分贝，甚至更高。2.2.3 2.2.3 集成电路集成电路集成电路集成电路2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路定义：谐振回路由电感线圈和电容组成。当外界授予一定能量，定义：谐振回路由电感线圈和电容组成。当外界授予一定能量，电路参数满足一定关系时，电路参数满足一定关系时，可以在回路中产生电压和电流的周可以在回路中产生电压和电流的周期振荡回路期振荡回路。若该电路在某一频率的交变信号作用下，能在电若该电路在某一频率的交变信号作用下，能在电抗原件上产生最大的电压或流过最大的电流，即具有谐振特性，抗原件上产生最大的电压或流过最大的电流，即具有谐振特性，故该电路又称谐振回路。故该电路又称谐振回路。分类：分类：1.串联谐振回路串联谐振回路2.并联谐振回路并联谐振回路3.耦合谐振回路耦合谐振回路1.利用他的利用他的选频特性选频特性构成各种构成各种谐振放大器谐振放大器2.在在自激振荡器自激振荡器中充当中充当谐振回路谐振回路3.在在调制、变频、解调调制、变频、解调充当充当选频网络选频网络用途：用途：2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路2.3.1 2.3.1 串联谐振回路串联谐振回路串联谐振回路串联谐振回路r：电感：电感L中的电阻中的电阻 （很小忽略）（很小忽略）C：电容：电容信号角频率为信号角频率为时，串联回路阻抗为：时，串联回路阻抗为：rLC基本串联回路电路图基本串联回路电路图基本串联回路电路图基本串联回路电路图分析其分析其(阻抗阻抗)频率特性频率特性r|Zs|O0模模模模/2-/20O相位相位相位相位2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路 当当r ；当当0时，时，回路呈回路呈感性感性，|Zs|r ；当当0时，感抗与容抗相等，时，感抗与容抗相等，|Zs|最小，并为纯电阻最小，并为纯电阻r，我们称此时发生了我们称此时发生了串联谐振串联谐振，且串联谐振角频率，且串联谐振角频率0为为:XO0容容性性感感性性若在回路两端加一激励信号若在回路两端加一激励信号 ，则发，则发生串联谐振时因生串联谐振时因阻抗最小阻抗最小，流过电路的流过电路的电流最大电流最大，称为，称为谐振电流谐振电流。2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路在任意频率在任意频率下，回路电流下，回路电流 与谐振电流与谐振电流 之比之比-回路回路回路回路品质因数品质因数品质因数品质因数Q2Q1Q1Q20|I/I0|幅频特性曲线幅频特性曲线品质因数越高，谐振曲线越尖锐，回路选择性越好。品质因数越高，谐振曲线越尖锐，回路选择性越好。分析其分析其(电流电流)频率特性频率特性2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路实际上，外加的频率实际上，外加的频率与回路谐振频率与回路谐振频率0之差之差=-0表示频表示频率率偏离谐振频率偏离谐振频率0的程度，称为的程度，称为失谐失谐。（因为窄带）（因为窄带）当当与与0很接近时：很接近时：串联回路中，电阻、电感、电容上的电压值与电抗值成正比。串联回路中，电阻、电感、电容上的电压值与电抗值成正比。因此因此串联谐振时电感及电容上的电压为最大，其值为电阻上串联谐振时电感及电容上的电压为最大，其值为电阻上电压值的电压值的Q倍，也就是恒压源的电压值的倍，也就是恒压源的电压值的Q倍。倍。谐振的物理意义：谐振的物理意义：谐振的物理意义：谐振的物理意义：此时此时此时此时电容和电感中储存的最大能量相等电容和电感中储存的最大能量相等电容和电感中储存的最大能量相等电容和电感中储存的最大能量相等。2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路为为广义失谐量广义失谐量，则：，则：当保持外加信号的当保持外加信号的幅值不变幅值不变而而改变其频率改变其频率时，将回路电流值下时，将回路电流值下降为谐振值的降为谐振值的 时所对应的频率范围称回路的时所对应的频率范围称回路的通频带通频带，亦，亦称称回路带宽回路带宽，用，用 B 表示。表示。令上式等于令上式等于 ，则可以推得，则可以推得=1，从而可得带宽：，从而可得带宽：令令令令2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路在谐振时在谐振时回路中的电流、电压关系如图所示。回路中的电流、电压关系如图所示。图中图中 与与 同相，同相，和和 反相。反相。/2-/20O相频特性曲线相频特性曲线电流相频特性曲线和阻抗的相频特性相反电流相频特性曲线和阻抗的相频特性相反Q2Q1Q20|I/I0|幅频特性曲线幅频特性曲线2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路串联谐振回路串联谐振回路谐振时谐振时的特征：的特征：谐振频率：谐振频率：回路呈纯电阻性，所以回路呈纯电阻性，所以输出电流输出电流 和输入电压和输入电压 相相位相同。位相同。电容和电感中储存的能量最大，且电容和电感中储存的能量最大，且相等相等（输入电压的（输入电压的Q倍）；倍）；回路自身电阻消耗能量回路自身电阻消耗能量最小最小。输出电流输出电流 最大。最大。回路带宽：回路带宽：2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路2.3.2 2.3.2 并联谐振回路并联谐振回路并联谐振回路并联谐振回路CLr-应用最广应用最广应用最广应用最广分析其分析其（阻抗）频率特性（阻抗）频率特性电导和电纳电导和电纳电导和电纳电导和电纳电纳部分电纳部分b0时产生时产生并联谐振并联谐振；并联谐振频率为并联谐振频率为0 0；回路两端电压和输入电流同向。回路两端电压和输入电流同向。2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路当当 时时时时在谐振时：在谐振时：电感支路电感支路的电流在数值上比电流源的的电流在数值上比电流源的电流约大倍，相位滞后接近电流约大倍，相位滞后接近/2/2 ；电容支路电容支路的电流在数值上比电流源电的电流在数值上比电流源电流大倍，但相位超前流大倍，但相位超前/2/2 。2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路代换电路：代换电路：为了分析问题方便，常将并联谐振电路由左图变向右图。为了分析问题方便，常将并联谐振电路由左图变向右图。CLRCLr当当r远远小于远远小于L时，时，(接近接近 0)可见：在谐振情况下，和不变，只是令可见：在谐振情况下，和不变，只是令 即可。即可。So：2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路（电压）频率特性：（电压）频率特性：就是回路端电压就是回路端电压 与频率的关系。与频率的关系。LCgp幅频特性幅频特性幅频特性幅频特性相频特性相频特性相频特性相频特性2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路UOf0U0f将幅频特性归一化：将幅频特性归一化：2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路 考虑：考虑：和和 ，上式中：，上式中：式中式中 称为称为相对失谐相对失谐，于是于是2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路由右图可见：回路由右图可见：回路Q值越高，曲值越高，曲线越尖锐，选择性越好。线越尖锐，选择性越好。Q2Q1Q1Q20N(f)当失谐不大时，即离开谐振频率不太当失谐不大时，即离开谐振频率不太当失谐不大时，即离开谐振频率不太当失谐不大时，即离开谐振频率不太远时，远时，远时，远时，f f+f f0022f f00 ，于是，于是，于是，于是相对失谐相对失谐相对失谐相对失谐：式中：式中：式中：式中：f f=f f-f f00是相对于谐振频率是相对于谐振频率是相对于谐振频率是相对于谐振频率 f f00的失谐量。的失谐量。的失谐量。的失谐量。2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路当当 0(即即 f 0，电压电压 超前电流超前电流 ,回路呈感性回路呈感性；当当 0(即即 f f0)时，时，(f)0，电压电压 滞后电流滞后电流 ,回路呈容性回路呈容性；当当=0(即即 f=f0)时，时，(f)=0，电压电压 同相电流同相电流 ,回路呈纯电阻回路呈纯电阻。相频特性可简化为：相频特性可简化为：相频特性可简化为：相频特性可简化为：/2/20看出：看出：看出：看出：QQ越高，在越高，在越高，在越高，在f f00附近，附近，附近，附近，相位频率特性越陡。相位频率特性越陡。相位频率特性越陡。相位频率特性越陡。2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路考虑到信号源内阻考虑到信号源内阻()和负载和负载()对并联谐振回对并联谐振回路的影响，电路如图。路的影响，电路如图。并联回路与信号源和负载连接并联回路与信号源和负载连接谐振回路总电导为：谐振回路总电导为：gsCLgpgL现设：现设：无载无载Q值为值为Q0(没有接入负载和电流内阻的没有接入负载和电流内阻的Q值值)有载有载Q值为值为QL(-接入负载和电流内阻的接入负载和电流内阻的Q值值)结论结论:回路并联接入的回路并联接入的gs和和gL越大越大(即即Rs和和RL越小越小)，则，则QL较较Q0下降就越多下降就越多,也就是信号源内阻和负载电阻的旁路作用越也就是信号源内阻和负载电阻的旁路作用越严重。严重。（1）LC并联谐振回路幅频曲线并联谐振回路幅频曲线所显示的选频特性在高频电所显示的选频特性在高频电路中有非常重要的作用，其选频性能的好坏可由通频带和选路中有非常重要的作用，其选频性能的好坏可由通频带和选择性择性(回路回路Q值值)这两个相互矛盾的指标来衡量。矩形系数则是这两个相互矛盾的指标来衡量。矩形系数则是综合说明这两个指标的一个参数，可以衡量实际幅频特性接综合说明这两个指标的一个参数，可以衡量实际幅频特性接近理想幅频特性的程度。矩形系数越小，则幅频特性越理想。近理想幅频特性的程度。矩形系数越小，则幅频特性越理想。（2）LC并联谐振回路阻抗的相频特性并联谐振回路阻抗的相频特性是具有斜率的单调变是具有斜率的单调变化曲线，这一点在分析化曲线，这一点在分析LC正弦波振荡电路的稳定性时有很大正弦波振荡电路的稳定性时有很大作用，而且可以利用曲线的线性部分进行频率与相位的线性作用，而且可以利用曲线的线性部分进行频率与相位的线性转换，这在相位鉴频电路中得到了应用。转换，这在相位鉴频电路中得到了应用。同样，同样，LC并联谐振并联谐振回路阻抗的幅频特性曲线中的线性部分也为频率与幅度转换回路阻抗的幅频特性曲线中的线性部分也为频率与幅度转换提供了依据，这在斜率鉴频电路里得到了应用。提供了依据，这在斜率鉴频电路里得到了应用。2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路（3）LC串联谐振回路的选频特性串联谐振回路的选频特性在高频电路中也有应用，在高频电路中也有应用，比如在比如在LC正弦波电路里可作为短路元件工作于振荡频率点，正弦波电路里可作为短路元件工作于振荡频率点，但其用途不如并联回路广泛。但其用途不如并联回路广泛。LC并联回路与串联谐振回路并联回路与串联谐振回路的参数具有对偶关系，在分析和应用时要注意这一点的参数具有对偶关系，在分析和应用时要注意这一点。（4）LC阻抗变换电路阻抗变换电路和和选频匹配电路选频匹配电路都可以实现信号源内都可以实现信号源内阻或负载的阻抗变换，这对于提高放大电路的增益是必不可阻或负载的阻抗变换，这对于提高放大电路的增益是必不可少的。少的。区别在于后者仅可以在较窄的频率范围内实现较理想区别在于后者仅可以在较窄的频率范围内实现较理想的阻抗变换，而前者在较宽的频率范围内实现较理想的阻抗的阻抗变换，而前者在较宽的频率范围内实现较理想的阻抗变换，但各频率点的变换值有差别。变换，但各频率点的变换值有差别。2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路2.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路2.3.3 2.3.3 耦合回路耦合回路耦合回路耦合回路单振荡回路具有单振荡回路具有频率选择性频率选择性和和阻抗变换阻抗变换的作用。的作用。但是：但是：1.选频特性不够理想；选频特性不够理想；2.阻抗变换不灵活、不方便。阻抗变换不灵活、不方便。为了使网络具有矩形选频特性，为了使网络具有矩形选频特性，或者完成阻抗变换的需要，需或者完成阻抗变换的需要，需要采用要采用耦合振荡耦合振荡回路回路。耦合回路：由两个或者两个耦合回路：由两个或者两个以上的单振荡回路通过各种以上的单振荡回路通过各种不同的耦合方式组成。不同的耦合方式组成。单谐振回路单谐振回路矩形选频特性矩形选频特性f0f课后作业课后作业课后作业课后作业2.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路常用的两种耦合回路常用的两种耦合回路耦合回路的特性和功能与两个回路的耦合程度有关。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：按耦合参量的大小：强耦合强耦合、弱耦合弱耦合、临界耦合临界耦合电感耦合回路电感耦合回路电容耦合回路电容耦合回路+L1 R2 L2 M C2 1V&R1 C1 IsG1L1C1C2L2G2CM+-回路间耦合程度的强弱，用回路间耦合程度的强弱，用“耦合系数耦合系数”k 表示。表示。2.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路对对电容耦合回路电容耦合回路：一般一般C1=C2=C：通常通常 CM 0)时，则时，则Xf1呈容呈容(Xf10)；反之，当；反之，当X22呈容性呈容性(X220)。1 1）反射电阻永远是正值反射电阻永远是正值。这是因为，无论是初级回路反射这是因为，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。是代表一定能量的损耗。2.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路 3）反射电阻和反射电抗的值与耦合阻抗的平方值（反射电阻和反射电抗的值与耦合阻抗的平方值（M）2成成正比正比。当互感量。当互感量M=0时，反射阻抗也等于零。这就是单回路时，反射阻抗也等于零。这就是单回路的情况。的情况。4）当初、次级回路同时调谐到与激励频率谐振（即当初、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）时，反射阻抗为纯阻。其作用相当于在初级回路中增其作用相当于在初级回路中增加一电阻分量加一电阻分量 ，且反射电阻与原回路电阻成反比。，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。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，都称为回路达到了谐振电路的电抗为零或初级回路的电抗同时为零，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）映阻抗）,所以耦合谐振回路的谐振比单谐振回路的谐振现象要复杂。所以耦合谐振回路的谐振比单谐振回路的谐振现象要复杂。根据调谐参数不同，可分为根据调谐参数不同，可分为部分谐振、复谐振、全谐振部分谐振、复谐振、全谐振三种情况。三种情况。(2)耦合回路的调谐耦合回路的调谐 Zf2 Z22 Zf1 Z11 sV&Z11=R11+jX11 Zf1=Rf1+jXf1 1I&jwMI1 2I&2.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路1）部部分分谐谐振振：如如果果固固定定次次级级回回路路参参数数及及耦耦合合量量不不变变，调调节节初初级级回回路路的的电电抗抗使使初初级级回回路路达达到到x11+xf1=0。即即回回路路本本身身的的电电抗抗=反反射射电电抗抗，我我们们称称初初级级回回路路达达到到部部分分谐谐振振，这这时时初初级级回回路路的的电电抗与反射电抗互相抵消，初级回路的电流达到最大值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，即规定次级回路参数及耦合量不变的条件调谐条件下达到的，即规定次级回路参数及耦合量不变的条件下所达到的电流最大值，并非回路可能达到的最大电流。下所达到的电流最大值，并非回路可能达到的最大电流。2.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路若初级回路参数及耦合量固定不变，调节次级回路电抗使若初级回路参数及耦合量固定不变，调节次级回路电抗使x x2222 +x xf2f2=0=0，则次级回路达到部分谐振，次级回路电流达最大，则次级回路达到部分谐振，次级回路电流达最大值值 次级电流的最大值并不等于初级回路部分谐振时次级电次级电流的最大值并不等于初级回路部分谐振时次级电流的最大值。流的最大值。耦合量改变或次级回路电抗值改变，则初级回路的反映电耦合量改变或次级回路电抗值改变，则初级回路的反映电阻也将改变，从而得到不同的初级电流最大值。此时，次级阻也将改变，从而得到不同的初级电流最大值。此时，次级回路电流振幅为回路电流振幅为 也达到最大值，这是相对初级也达到最大值，这是相对初级回路不是谐振而言，但并不是回路可能达到的最大电流。回路不是谐振而言，但并不是回路可能达到的最大电流。2.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路2）复谐振复谐振：在部分谐振的条件下，再改变互感量，使反射电阻在部分谐振的条件下，再改变互感量，使反射电阻Rf1等于等于回路本身电阻回路本身电阻R11，即满足最大功率传输条件，使次级回路电，即满足最大功率传输条件，使次级回路电流流I2达到可能达到的最大值，称之为复谐振，这时初级电路不达到可能达到的最大值，称之为复谐振，这时初级电路不仅发生了谐振而且达到了匹配。反映电阻仅发生了谐振而且达到了匹配。反映电阻Rf1将获得可能得到将获得可能得到的最大功率，亦即次级回路将获得可能得到的最大功率，所的最大功率，亦即次级回路将获得可能得到的最大功率，所以次级电流也达到可能达到的最大值。可以推导以次级电流也达到可能达到的最大值。可以推导 注意，在复谐振时初级等效回路及次级等效回路都对信号源注意，在复谐振时初级等效回路及次级等效回路都对信号源频率谐振，但单就初级回路或次级回路来说，并不对信号源频率谐振，但单就初级回路或次级回路来说，并不对信号源频率谐振。这时两个回路或者都处于感性失谐，或者都处于频率谐振。这时两个回路或者都处于感性失谐，或者都处于容性失谐。容性失谐。2.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路 3）全谐振全谐振：调节初级回路的电抗及次级回路的电抗，使两个回路都单调节初级回路的电抗及次级回路的电抗，使两个回路都单独的达到与信号源频率谐振，即独的达到与信号源频率谐振，即x11=0，x22=0，这时称耦合，这时称耦合回路达到全谐振。在全谐振条件下，两个回路的阻抗均呈电回路达到全谐振。在全谐振条件下，两个回路的阻抗均呈电阻性。阻性。z11=R11，z22=R22，但，但R11 Rf1，Rf2 R22。如果改变如果改变M，使，使R11=Rf1，R22=Rf2，满足匹配条件，则称为满足匹配条件，则称为最佳全谐振最佳全谐振。此时，此时，次级电流达到可能达到的最大值次级电流达到可能达到的最大值可见，可见，最佳全谐振时次级回路电流值与复谐振时相同最佳全谐振时次级回路电流值与复谐振时相同。由于由于最佳全谐振既满足初级匹配条件，同时也满足次级匹配条件，最佳全谐振既满足初级匹配条件，同时也满足次级匹配条件，所以最佳全谐振是复谐振的一个特例。所以最佳全谐振是复谐振的一个特例。2.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路由最佳全谐振条件可得最佳全揩振时的互感为由最佳全谐振条件可得最佳全揩振时的互感为：最佳全谐振时初、次级间的耦合称为最佳全谐振时初、次级间的耦合称为临介耦合临介耦合，与此相应的与此相应的耦合系数称为耦合系数称为临介耦合系数临介耦合系数，以以k kc c表示。表示。Q1=Q2=Q 时时 2.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路我们把耦合谐振回路两回路的耦合系数与临界耦合系数之我们把耦合谐振回路两回路的耦合系数与临界耦合系数之比称为比称为耦合因数耦合因数 是表示是表示耦合谐振回路耦合相对强弱耦合谐振回路耦合相对强弱的一个重要参量。的一个重要参量。1称为称为强耦合强耦合。*各种耦合电路都可定义各种耦合电路都可定义k，但是，但是只能对双谐振回路才可只能对双谐振回路才可 定义定义。2.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路4）耦合回路的）耦合回路的频率特性：率特性：当初，次级回路当初，次级回路 01=02=0，Q1=Q2=Q时，时，广义失调广义失调 ，可以证明次级回路电流比，可以证明次级回路电流比 为广义失谐，为广义失谐，为耦合因数，为耦合因数，表示耦合回路的频率特性。表示耦合回路的频率特性。2.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路当回路谐振频率当回路谐振频率 =0时，时，1称为强耦合，谐振曲线出现双峰称为强耦合，谐振曲线出现双峰，谷值，谷值 1,在在 处，处，x11+xf1=0,Rf1=R11回路达到匹配，相回路达到匹配，相当于复谐振，谐振曲线呈最大值，当于复谐振，谐振曲线呈最大值，=1。aff0h 1不应小于212.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路5）耦合回路的通）耦合回路的通频带 根据前述单回路通频带的定义，根据前述单回路通频带的定义，当当 ，Q1=Q2=Q，01=02=时可导出时可导出 若若 =1时，时，一般采用一般采用 稍大于稍大于1，这时在通带内放大均匀，而在通，这时在通带内放大均匀，而在通 带外衰减很大，为较理想的幅频特性。带外衰减很大，为较理想的幅频特性。2.3 2.3 高频电路中的谐振回路高频电路中的谐振回路RLN1N2M+u1-+u2-C变压器耦合阻抗变换电路变压器耦合阻抗变换电路 RL初初、次次级级电电感感线线圈圈的的圈圈数数为为N1、N2，且且全全耦合耦合(k=1)，线圈损耗忽略不计，则，线圈损耗忽略不计，则等等效效到到初初级级回回路路的的电电阻阻RL上上消消耗耗的的功功率率应应和次级负载和次级负载RL上消耗功率相等上消耗功率相等，即即 或或变压器初次级电压比变压器初次级电压比u1u2等于相应圈数比等于相应圈数比N1N2，故有，故有 可通过改变可通过改变 N1/N2的值来调整的值来调整RL的大小。的大小。2.4 2.4 抽头并联振荡电路抽头并联振荡电路自耦变压器耦合连接自耦变压器耦合连接在不考虑自耦变压器的损耗前提下，在不考虑自耦变压器的损耗前提下，从从1、3两端看过去阻抗两端看过去阻抗R上所得到的功率上所得到的功率P1与与2，3端端RL所得到的功率所得到的功率P2相等相等，设，设13端的电压为端的电压为U1，23端的电压为端的电压为U2。RsCN1N2RLRsLLCRL12313U22.4 2.4 抽头并联振荡电路抽头并联振荡电路可以写出可以写出说明它对回路的影响减小。说明它对回路的影响减小。引入接入系数，以引入接入系数，以p表示：表示：它表示在总圈数它表示在总圈数N1中接入中接入N2所占比例。所以所占比例。所以P在在01之间，之间，调节调节P的大小可以改变折合电阻的数值。的大小可以改变折合电阻的数值。P越小，越小，RL与回路与回路的接入部分越少，对回路影响越小，的接入部分越少，对回路影响越小，RL就越大。就越大。或或2.4 2.4 抽头并联振荡电路抽头并联振荡电路双电容抽头耦合连接双电容抽头耦合连接电路如图，回路电容值电路如图，回路电容值负载电阻负载电阻RL接在电容的抽头部分接在电容的抽头部分2 3端，同样可以把端，同样可以把RL等效折合等效折合到到1 3端。端。RL的折合公式为的折合公式为上式可以用功率相等的方法证明，也可以用串、并联等效代换公上式可以用功率相等的方法证明，也可以用串、并联等效代换公式导出。现在用这种方法证明。式导出。现在用这种方法证明。RsLC1C2RLC1C2RLsC1C2RL123132C2.4 2.4 抽头并联振荡电路抽头并联振荡电路证明：把图中证明：把图中RL与与C2的并联形式转换为串连形式的并联形式转换为串连形式当当 时，可得时，可得再把再把RLS与与C1、C2串连形式转换成并联形式串连形式转换成并联形式式中，式中，得，得由于由于 ，所以，所以 RLRL,其接入系数公式为其接入系数公式为2.4 2.4 抽头并联振荡电路抽头并联振荡电路虽然双电容抽头的连接方式多了一个电容元件，但是，它避虽然双电容抽头的连接方式多了一个电容元件，但是，它避免了绕制变压器和线圈抽头的麻烦，调整方便，同时还起到免了绕制变压器和线圈抽头的麻烦，调整方便，同时还起到隔电流作用。隔电流作用。在频率较高时，可将分部电容作为此类电路总的电容，这个在频率较高时，可将分部电容作为此类电路总的电容，这个方法得到广泛应用。方法得到广泛应用。2.4 2.4 抽头并联振荡电路抽头并联振荡电路双电感抽头耦合连接双电感抽头耦合连接这里这里L1与与L2是没有耦合的，它们各自屏蔽起来，串连组成回路电感，若将是没有耦合的，它们各自屏蔽起来，串连组成回路电感，若将RL折折合到合到13端可得端可得由于，由于，则，其接入系数为则，其接入系数为 因该电路电感需要采用屏蔽措施，故起应用不如前面几种广泛。因该电路电感需要采用屏蔽措施，故起应用不如前面几种广泛。RsLL1L2RLRsCLRL132132.4 2.4 抽头并联振荡电路抽头并联振荡电路当外接负载不为纯阻，还包含电抗部分时，上述等效关系当外接负载不为纯阻，还包含电抗部分时，上述等效关系仍然成立仍然成立例如例如由上式可知，电阻折合由上式可知，电阻折合变大，而电容折合变小变大，而电容折合变小(实际容抗变大实际容抗变大)。充电。充电位低端向高端折合的一位低端向高端折合的一般规律式阻抗变大。般规律式阻抗变大。CRLCLCLRLCL2.4 2.4 抽头并联振荡电路抽头并联振荡电路等效折合的方法也完全适用于信号流等效折合的方法也完全适用于信号流信号流与负载可以分别采用部信号流与负载可以分别采用部分接入形式，右图就是接收机分接入形式，右图就是接收机中常用的连接形式。图中，信中常用的连接形式。图中，信号流自耦合变压器形式接入，号流自耦合变压器形式接入，接入系数为接入系数为p1；负载以变压器的；负载以变压器的形式接入，接入系数为形式接入，接入系数为p2。LCRsLCLRlRsCRPLP1P2Rs2.4 2.4 抽头并联振荡电路抽头并联振荡电路 接入系数（抽头系数）接入系数（抽头系数）条件：条件：回路处于谐振或失谐不大，且外电路分流很小可以忽略回路处于谐振或失谐不大，且外电路分流很小可以忽略的情况下，有的情况下，有2.4 2.4 抽头并联振荡电路抽头并联振荡电路为分析电路方便，常需把串联为分析电路方便，常需把串联电路变换为并联电路。其中：电路变换为并联电路。其中：X1 为电抗元件（纯电感或纯电容）为电抗元件（纯电感或纯电容）r1 为与为与X1串联的外接电阻串联的外接电阻X2 为转换后的电抗元件为转换后的电抗元件R2 为转换后的电阻为转换后的电阻串并联等效变换有关知识串并联等效变换有关知识等效互换原理分析等效互换原理分析ContentContent 1.高频电路中的无源器件高频电路中的无源器件 2.高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件 3.高频电路中的谐振网络高频电路中的谐振网络Harbin Institute of TechnologySchool of Electronics&Information Engineering