第2章通信电子线路分析基础

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1、第第2章章 通信电子线路分析基础通信电子线路分析基础u选频网络u串联谐振回路u并联谐振回路u串并联阻抗变换与回路抽头阻抗变换u耦合谐振回路u非线性电路分析基础u基本概念与非线性元件u非线性电路的分析方法u非线性电路的应用1教学目的教学目的1.1.掌握谐振回路的基本原理、特性和性能指标掌握谐振回路的基本原理、特性和性能指标2.2.掌握设计谐振回路的基本方法掌握设计谐振回路的基本方法3.3.掌握两种阻抗变换的原理与方法掌握两种阻抗变换的原理与方法4.4.掌握非线性电路的分析方法掌握非线性电路的分析方法22.1 2.1 选频网络选频网络一、选频的基本概念:所谓选频就是选出需要的频率分量和滤除不需要的

2、频率分量。二、分类单振荡回路耦合振荡回路选频网络振荡电路（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3u 滤波器： 用于集成电路中，其优点主要有1. 有利于微型化；2. 稳定性好（由于它仅接在放大器的某一级，晶体管的影响小）3. 电性能好，品质因数好，接在低电平级，使噪声和干扰受到大幅度的衰减；4. 便于大量生产。u谐振回路：主要用于放大器、振荡器、调制解调器、混频器等电路中，优点是能匹配负载、放大电流或电压42.1.1 串联谐振回路串联谐振回路 由电感线圈和电容组成的单个振荡回路在谐振频率和谐振频率附近工作时称为串联或并联谐振回路。 串联振荡回路：由信号源与

3、电容、电感串联构成的振荡回路。一、阻抗2222)C1L(RXRZ1LXCarctgarctgRRLC21fLC10C1LX0X0000令jXRCLjRCjLjRZ11时，称回路发生谐振，此时回路的电流最大，则有谐振角频率谐振频率5当当 0 0，x x 0 0呈感性，电流滞后电压，呈感性，电流滞后电压， i i 0 0当当 0 0，x x0 0 0当当 = = 0 0 ， |z| = R |z| = R ， x x = 0 = 0达到串联谐振，达到串联谐振， i i =0=0当回路谐振时的感抗或容抗，称之为特性阻抗。用当回路谐振时的感抗或容抗，称之为特性阻抗。用 表示表示x容性x=LO感性L1C

4、01CzR0 z 0 O 2 2 2 CLC1LXX00CL002.1.1 串联谐振回路串联谐振回路6二、谐振频率二、谐振频率三、品质因数（三、品质因数（Q Q）LC10谐振角频率：LCf210谐振频率：CLRCRRLRQ1100品质因数分为空载时品质因数Q0和有负载时品质因数QL ，在本例中表示的是Q0。谐振时，电感、电容两端的电压相等，且都等于0000QVRVIVVssCL72.1.1 串联谐振回路串联谐振回路四、广义失谐系数四、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： 有了 的定义，回路的阻抗可以表示为： RCLRX1对上式进行变换，找出广义失谐与品质因数、频偏之间的

5、关系000000111QLCRLCLR000002020)(QQ当失谐不大时，即 ；令 ， 则上式可以等效为00000022ffQQ)1 (jRZ82.1.1 串联谐振回路串联谐振回路五、谐振曲线五、谐振曲线 串联谐振回路中电流幅值与外加电动势频率之间的关系曲线称为谐振曲线。可用N(f) 表示谐振曲线的函数。N(f) 定义为失谐时回路电流幅度与谐振时回路电流幅度之比，即： N(f)ff0Q1Q2Q1 Q22011)1 ()(jRRZRIIfNRVZVss 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。92.1.1 串联谐振回路串联谐振回路六、通频带

6、当回路外加电压的幅值不变时，改变频率使回路电流当回路外加电压的幅值不变时，改变频率使回路电流 I I 下降到下降到I Io o 的的 时时所对应的频率范围称为谐振回路的通频带，用所对应的频率范围称为谐振回路的通频带，用B B 表示：表示： 根据根据 得得 根据通频带根据通频带B B的定义可得的定义可得 1270127022fffBB.或 N(f ) (f) 0 (f0) Q1 Q2 Q1 Q2 N(f)= 0II 1 2 21 1 2 210022ffQQ)/(207 . 07 . 0sradQB)(207 . 07 . 0HzQff0)(IIfN2111)(27 . 0fN17 . 0)()

7、/(00HzQfsradQB102.1.1 串联谐振回路串联谐振回路七、矩形系数 矩形系数是指矩形系数是指N(f)N(f)的值降到的值降到0.10.1时对应的带宽与通频带之间的比值，是衡量谐时对应的带宽与通频带之间的比值，是衡量谐振回路选频性能的重要指标。振回路选频性能的重要指标。通过前面的分析可知通过前面的分析可知 ，所以只需求出，所以只需求出所以矩形系数为：所以矩形系数为：1 . 0K7 . 01 . 01 . 0BBKQfB07 . 01 . 0B10111)(21 . 001 . 01 . 0fNQfBQfB01 . 01 . 09999991 . 0K112.1.1 串联谐振回路串联

8、谐振回路八、相频特性曲线： 相频特性曲线相频特性曲线指回路电流的相角指回路电流的相角 随频率随频率 变化的曲线。变化的曲线。 所以上式的相位为：所以上式的相位为：回路电流的相频特性曲线如右图所示。回路电流的相频特性曲线如右图所示。回路电流的相角是与外加电压相比较而言的。回路电流的相角是与外加电压相比较而言的。当当 时，则有时，则有 ， ，回路呈容性，表示回路电流相位超前电源电压，回路呈容性，表示回路电流相位超前电源电压当当 时，则有时，则有 ， ，回路呈感性，表示回路电流相位滞后电源电压，回路呈感性，表示回路电流相位滞后电源电压当当 时，则有时，则有 ， ，回路谐振，表示回路电流相位同步电源电

9、压，回路谐振，表示回路电流相位同步电源电压Q Q值不同时，相频特性曲线的陡峭程度不同，值不同时，相频特性曲线的陡峭程度不同，Q Q1 1 Q Q2 2 022Q1Q2jjRRZRIIRVZVss11)1 (0arctan000000000122.1.1 串联谐振回路串联谐振回路九、信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响九、信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响结论：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。Rs+CVsRLLR 通常把没有接入信号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），用 表示：把接入信号源内阻和负载电阻时回路的Q值叫做有载Q值

10、，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 0QCRRLQ0001)(100LsLsLRRRCRRRLQ132.1.1 串联谐振回路串联谐振回路对于信号源内阻和负载比较大的情况，宜采用并联谐振回路。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。一、导纳Is1/GCLIsCL+RVopRjBgLCjgLjCjRYppp)1(11其中 为电导， 为电纳。ppRg1pYpgBBgYarctan22LCB1142.1.2 并联谐振回路并联谐振回路二、谐振频率：二、谐振频率：并联谐振回路谐振条件：B=0，即：

11、 或当 时，B0， ，回路呈容性当 时，BQ1 2011)1 (1)(jVVfN0)(VVfN0182.1.2 并联谐振回路并联谐振回路六、通频带：六、通频带： 当回路端电压下降到最大值的 时所对应的频率范围称为通频带。 211270127022fffBB.或 N(f ) (f) 0 (f0) Q1 Q2 Q1 Q2 N(f)= 0II 1 2 21 1 2 0022ffQQ)/(207 . 07 . 0sradQB)(207 . 07 . 0HzQff0)(IIfN2111)(27 . 0fN17 . 0)()/(00HzQfsradQB1192.1.2 并联谐振回路并联谐振回路七、矩形系数