高频电路基础并联谐振及滤波器.ppt
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1、2.2.2 高频变压器和传输线变压器 作业:2.2、2.5,第二章 高频电路基础(4时),2.2.1 高频谐振回路 2. 抽头并联谐振回路 3. 耦合谐振回路,2.并联谐振回路,串联谐振回路适用于电源内阻为低内阻的情况或低阻抗电路(恒压源)。 当频率不是非常高时,并联谐振回路应用最广。并联谐振回路适用于电源内阻为高内阻(恒流源) 1. 并联谐振回路原理 并联谐振回路是与串联谐振回路对偶的电路,其等效电路见下图,并联回路的阻抗为:,C,L,r,(2-11),当并联谐振回路电纳部分b0时,回路两端电压 与电流 同相,称为并联谐振。并设并联谐振的角频率为 ,则,式中电导和电纳分别为,并联谐振角频率,
2、并联回路的阻抗为:,(2-1),即,可见,谐振时,回路的感抗和容抗近似相等。,当 远远小于1(即Q大大于1 )时,则,通常将这时感抗和容抗的数值称为回路的特性阻抗,用字母表示。即:,谐振时,由于电纳b=0,总导纳y只包含电导g部分,称为谐振电导,用gp表示,回路的特性阻抗与回路电阻r之比称为回路的品质因数。即:,并联回路的特性阻抗,谐振时,回路两端的电压 与信号源电流 同相,,下面我们分析,当电路谐振时,流过电感支路和电容支路的电流与信号源电流 的相位关系。,其谐振阻抗为,并联回路的谐振阻抗,(上式近似条件: 即高Q 值 ),(2-12),(2-14),谐振时,电感支路的电流为:,( 2-17
3、 ),( 2-17 ),电容支路的电流为:,由式(2-17),(2-17)可知,在谐振时,电感支路的电流在数值上比电源的电流约大倍,相位滞后接近 ;电容支路的电流在数值上比电源电流大倍,但相位超前 。它们的向量关系如下图所示。,并联电路的相位关系 与串联谐振电路相反。,考虑到电感的损耗, 电感支路电流的相位是 略小于900。,频率特性 所谓回路的频率特性就是回路端电压 与频率的关系。如右图所示。,(2-16),(2-15),式(2-15)(2-16)就是并联回路的幅频特性和相频特性,将其幅频特性归一化。,Q1Q2,0,N( f ),f,1,由图可见(见下页) 当f 0( 即 f f0 )时,
4、即电压 滞后电流 , 回路呈容性;,当 f =0 ( 即f = f0 )时, ,即电压 与 同相 位,回路呈纯阻性。,同时还可以看出,Q越高,在 f0 附近,相位频率 特性越陡。,串、并联谐振电路的区别:,1、谐振特性是一样的,即曲线是一样的,谐振频率可以说是一样的,带宽是一样的,选择性是一样的,甚至计算公式都一样; 2、失谐特性不一样,是相反的特性(对偶性),即正向失谐时,串联是感性失谐,并联是容性失谐。所以引起的相移也不一样,正向失谐时,串联的相移为正,表示电压超前电流,并联的相移为负,表示电压滞后电流; 3、使用场合不一样,串联用于恒压源,并联用于恒流源; 4、计算方法不一样,串联用阻抗
5、,并联用导纳。所以Q值的计算公式不一样。,信号源内阻及负载电阻对并联谐振回路的影响 考虑到信号源内阻( )和负载( )对并联谐振回路的影响的电路如图所示,并联回路与信号源和负载连接,令谐振回路总电导为,则,gs,C,L,gp,gL,现设无载Q值为Qo ( 没有接入负载和电流源内阻的Q值 ) 有载Q值为QL( 接入了负载和电流源内阻的Q值 ),则,于是,结论: 回路并联接入的gs和gL越大(即Rs和RL越小),则QL较Q0下降就越多 , 也就是信号源内阻和负载电阻的旁路作用越严重。因此,其信号源必须是高内阻的恒流源。,2.抽头并联振荡电路,(1)自耦变压器(紧耦合)连接 如图,在不考虑自耦变压器
6、的损耗前提下,从1、3两端 看过去阻抗R上所得到的功率P1与2,3端RL所得到的功率P2 相等,并设13端的电压为U1,23端的电压为U2。,Rs,L,C,RL,1,3,可以写出,说明它对回路的影响减小,引入接入系数,以pL表示: (匝数比),P在01之间,调节P的大小可以改变折合电阻的数值。P越小,RL与回路的接入部分越少,对回路影响越小。,或,对于空心线圈(互感很小),接入系数与电容时一样计算。 即,(L2为接入部分电感量),对于有互感M线圈,,(2)双电容抽头耦合连接,电路如图,回路电容值,负载电阻RL接在电容的抽头部分2 3端,同样可以把RL等效折合到1 3端。 RL的折合公式为,上式
7、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。,Rs,L,C1,C2,RL,C1,C2,RLS,C1,C2,RL,1,2,3,1,3,2,C,证明:把图中RL与C2的并联形式转换为串连形式,当 时,可得,再把RLS与C1、C2串连形式转换成并联形式,式中, 将1.2.8 代入1.2.9得,由于 ,所以 RLRL , 其接入系数公式为,(1.2.8),(1.2.9),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,同时还起到隔电流作用。 当频率较高时,可将分布电容作为此类电路总的电容,这个方法得到广泛应用。,(3)双
8、电感抽头耦合连接,这里L1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RL折合到13端可得,由于, 则,其接入系数为,因该电路电感需要采用屏蔽措施,故其应用不如前面几种广泛。,Rs,L,L1,L2,RL,Rs,C,L,RL,1,3,2,1,3,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,例如,由上式可知,电阻折合变大,而电容折合变小(实际容抗变大)。从低抽头向高抽头折合时,一般规律是阻抗变大。,C,RL,CL,C,L,RL,CL,等效折合的方法也完全适用于信号流,信号源与负载可以分别采用部分接入形式,右图就是接收机中常用的连接形式。图中,信号源自耦合变压器形式
9、接入,接入系数为p1;负载以变压器的形式接入,接入系数为p2。,L,C,Rs,L,CL,Rl,Rs,C,RP,L,P1,P2,Rs,当电感之间有耦合时,若为紧耦合(中周变压器)则接入系数为它们的线圈匝数比。,部分接入小结:,1、电感间无耦合时,接入系数为分压比,即电感量分配比. P小于1; 2、电感间为紧耦合时,接入系数为分压比,即电感匝数比,P=N1/(N1+N2),P小于1; 3、电感间耦合系数为M时, 4、电容接入时,接入系数为分压比,即电容量分配比,P=C1/(C1+C2),C1为非接入电容,P小于1; 5、低抽头变换到高抽头,阻抗变大 倍;电压源变大1/p倍,电流源变小p倍;,3.耦
10、合振荡回路-又叫双调谐回路。,几种常见的耦合回路,耦合系数k 对于(a)回路 对于(b)回路 对于(c)回路 对于(d)回路 对于(f)回路,分为回路1对回路2的影响,回路2对回路1的影响,定义:两回路的耦合系数为k1与k2的几何平均值,列回路方程,解得:,上两式中,令,Zf1称为次级回路对初级回路的反映阻抗。同样可得到初 级对次级的反映阻抗Zf2,转移阻抗,经化简,得到,对于电容耦合回路,同样可得到,三种耦合: 强耦合 A1,即kko 临界耦合 A=1,即ko=1/Q 弱耦合 A1,即kko,在弱耦合( A1 )状态下,有两个极大值Z21max,且在=0处, 有凹点,曲线呈双峰。可求得归一化
11、转移阻抗,临界耦合下的带宽,(单调谐电路,其矩形系数为9.95),双耦合调谐电路的调谐方法: 1.部分谐振-初级和次级部分调谐。 初级部分调谐:次级参数及耦合量不变,调初级参数使其谐振。 次级部分调谐:初级参数及耦合量不变,调次级参数使其谐振。 2.复谐振-部分调谐基础上调整耦合系数使其匹配。 从初级 复调谐和从次级复调谐是一样的,都能使次级电流最大。 3.全谐振和最佳全谐振-初次级独自谐振为全谐振,在此基 础上再调整耦合量到匹配,即为最佳全谐振。此时次级电流最 大,但耦合量最小,称为临界耦合,2.2.2高频变压器和传输线变压器,高频变压器 与低频变压器的区别是高频损耗小,因此,磁芯 材料采用损耗小的高频磁芯材料,如锰锌铁氧体材 料和镍锌铁氧体等。还具有体积小,线圈匝数少等 特点。其原理与低频变压器相同。 传输线变压器 其工作原理符合变压器和传输线的工作原理,即 工作在两种模式,既可当作1:1变压器又可当作传 输线工作。磁芯也是高频磁芯,但匝数更少。,传输线理论: (1)线圈中对应点所通过的电流 必定是大小相等,方向相反; (2)在满足匹配且无耗的条件下,变压器输入端与输出端电压的幅度相等。,传输线变压器的应用,
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