谐振(xiézhèn)回路高频元器件及串联谐振(xiézhèn)绪论(xùlùn)第1章谐振(xiézhèn)回路内容提要(nèirónꞬtíyào)1.1高频(ɡāopín)电路中的元器件1.1.1高频(ɡāopín)电路中的元件2.电感线圈的高频特性电感线圈在高频频段除表现出电感L的特性外，还具有一定的损耗电阻r和分布电容。在分析一般长、中、短波频段电路时，通常忽略分布电容的影响。因而，电感线圈的等效电路可以(kěyǐ)表示为电感L和电阻r串联，如图所示。3.电容器的高频特征一个实际的电容器除表现电容特性外，也具有损耗电阻(diànzǔ)和分布电感。在分析一般米波以下频段的谐振回路时，常常只考虑电容和损耗。电容器的等效电路也有两种形式，如图所示。设流过电感线圈的电流(diànliú)为I，则电感L上的无功功率为I2ωL，而线圈的损耗功率，即电阻r的消耗功率为I2r，故由式（1.1.1）得到电感的品质因数电感与电阻串联形式的线圈等效电路转换(zhuǎnhuàn)为电感与电阻的并联形式。由上式，并用式(1.1.2)就可以(kěyǐ)得到由式(1.1.4)看出，r越小R就越大，即损耗(sǔnhào)小，反之，则损耗(sǔnhào)大。一般地，r为几欧的量级，变换成R则为几十到几百千欧。Q也可以用并联形式的参数表示。由式(1.1.4)有上式代入(1.1.2)得为了说明电容器损耗的大小，引入电容器的品质因数Q，用串联(chuànlián)形式表示为：同理，可以推导出上图串、并联(bìnglián)电路的变换式:1.1.2高频电路中的有源器件从原理上看，用于高频电路的各种有源器件，与用于低频或其他电子线路的器件没有根本不同。只是由于工作在高频范围，对器件的某些性能要求(yāoqiú)更高。随着半导体和集成电路技术的高速发展，能满足高频应用要求(yāoqiú)的器件越来越多，也出现了一些专门用途的高频半导体器件。变容二极管(利用PN结的电容效应)的记忆电容Cj（反偏势垒电容）与外加反偏电压U之间呈非线性关系。变容二极管在工作(gōngzuò)时处于反偏截止状态，基本上不消耗能量，噪声小，功率高。将它用于振荡回路中，可以做成电调谐器（如电视机的电调高频头），也可以构成自动调谐电路等；变容管若用于振荡器中，可以通过改变电压来改变振荡信号的频率。这种振荡器称为压控振荡器(VCO)，压控振荡器是锁相环路的一个重要部件；微波变容管（微波二极管），用作非线性电容变频、混频；还有一种是PIN二极管，由P型、I型和N型三种半导体构成，由正向直流电流控制的可调电阻，做成电可控开关、限幅器、电衰减器或电调移相器。2.晶体管与场效应管在高频中应用的晶体管仍然是双极晶体管和多种场效应管，这些管子比用于低频的管子性能更好，在外形结构方面也有所不同。高频晶体管有两大类型：一类是做小信号放大(fàngdà)的高频小功率管，对它们的主要要求是高增益和低噪声；另一类为高频功率放大(fàngdà)管，除了增益外，要求其在高频有较大的输出功率。3.集成电路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,主要分为通用型和专用型两种。通用型宽带集成放大器，工作频率可达一、二百兆赫兹，增益可达五、六十分贝，甚至(shènzhì)更高。用于高频的晶体管模拟乘法器，工作频率也可达一百兆赫兹以上。专用型集成锁相环、集成调制解调器、单片接收机及家电专用电路等。1.2简单谐振(xiézhèn)回路1.2.1串联(chuànlián)谐振回路在实际应用时，外加的频率ω与回路谐振频率ω0之差Δω=ω-ω0表示频率ω偏离谐振频率ω0的程度(chéngdù)，称为失谐。当ω与ω0很接近时若在串联(chuànlián)振荡回路两端加一恒压信号U，则发生串联(chuànlián)谐振时因阻抗最小，流过电路的电流最大，称为谐振电流，其值为归一化电流(diànliú)的模为其中Q被称为(chēnɡwéi)回路的品质因数，它是振荡回路的另一个重要参数。根据式（1.2.3）画出相应的曲线如图所示，称为(chēnɡwéi)谐振曲线。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Q倍，也就是(jiùshì)恒压源的电压值U的Q倍。发生谐振的物理意义是，此时电容和电感中储存的最大能量相等。当保持外加信号的幅值不变而改变其频率时，将回路电流值下降(xiàjiàng)为谐振值的1/21/2时所对应的频率范围称回路的通频带，亦称回路带宽，通常用B表示。令上式等于，则可以推得ξ=±1，从而可得带宽为串联振荡回路的相位特性与其辐角特性相反。在谐振时回路中的电流、电压关系如图所示。图中与同相，和分别