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1、2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU1第一章 主要内容选频回路的主要指标LC串、并联选频回路窄带和宽带无源阻抗变换网络简单介绍常用的集中参数选频滤波器简单介绍集成电感第1页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU21.1 选频回路的指标1、选频回路是做什么用的？选出有用信号，滤除或抑制无用信号即：完成对信号的频谱进行滤波处理的实现电路，也称之为滤波器。2、滤波器的分析方法时域特性：复频域传输函数：第2页/共84页2023/5/1Informa
2、tion&Communication Engineering Dept.XJTU31.1 选频回路的指标n 频率特性 用幅度-频率特性 和相位-频率特性()表示：n 相位时延 (Time Shift)表示为：它表示的是一个角频率为的正弦信号通过滤波器后所产生的延时。n 群时延 (Group Delay)表示为：群延时描述的是一群不同频率的信号通过滤波器后所产生的时间延迟，它是在指定频率范围内，相位-频率特性曲线在不同频率处的斜率。第3页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU41.1 选频回路的指标3、选频回路的性
3、能指标(1)中心频率中心频率(2)通频带通频带 BW3dB(3)带内波动带内波动(4)选择性与矩形系数选择性与矩形系数A、幅频特性、幅频特性(6)输入输出阻抗输入输出阻抗(5)插入损耗插入损耗 RinRout PoutPin选频选频回路回路BW20dB第4页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU51.1 选频回路的指标B、相频特性、相频特性相频特性相频特性斜率斜率：称为称为群时延群时延结果：通频带内不同频率信号延迟相同时间结果：通频带内不同频率信号延迟相同时间要求：在通频带内要求：在通频带内群时延为常数群时延为常
4、数表现：相频特性为表现：相频特性为线性线性不产生相位失真不产生相位失真第5页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU61.1 选频回路的指标4、滤波器的分类按所用器件特点，分为无源和有源滤波器。无源滤波器是由无源器件构成。电阻，电感和电容组成的RLC滤波器；晶体滤波器是利用石英晶体薄片构成；声表面波滤波器(SAW)：利用压电效应构成的。有源滤波器中含有放大器等有源电路。RC有源滤波器（含有运算放大器）；开关电容滤波器(SCF)。按频率特性，分为：低通（LPF）、高通（HPF）、带通（BPF）和带阻（BEF）按处理的
5、信号形式可分为模拟滤波器，数字滤波器和抽样数据滤波器等。第6页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU712 LC串并联谐振回路电阻电阻 r 电导电导G阻抗阻抗Z 导纳导纳Y电感电感L 电容电容C电容电容C 电感电感L电压源电压源VS 电流源电流源IS电流电流 I 电压电压 V电路的对偶性电路的对偶性串联串联 并联并联I第7页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU812 LC串并联谐振回路并联谐振回路标准电路形式标准电路形式回路输入导
6、纳回路输入导纳谐振谐振的定义的定义:为纯电阻为纯电阻谐振频率谐振频率第8页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU912 LC串并联谐振回路2.电压特性电压特性 输出电压最大且与信号源同相输出电压最大且与信号源同相3.品质因数品质因数Q谐振时的特点谐振时的特点1.阻抗特性阻抗特性输入导纳最小，为纯电阻输入导纳最小，为纯电阻特性阻抗第9页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU1012 LC串并联谐振回路幅频特性表达式为：幅频特性表达式为
7、：相频特性表达式为：相频特性表达式为：用电流源激励该回路，可在回路上得到响应电压。改用电流源激励该回路，可在回路上得到响应电压。改变激励电流频率，可以得到该回路的频率特性。下图变激励电流频率，可以得到该回路的频率特性。下图为该电路的幅频特性和相频特性。为该电路的幅频特性和相频特性。第10页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU1112 LC串并联谐振回路特性与参数阻抗特性：谐振时导纳最小称 为回路的特性阻抗电压特性：谐振时电压最大品质因数：品质因数描述回路储能与其能耗之比。对于LC并联谐振回路第11页/共84页2
8、023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU1212 LC串并联谐振回路特性与参数流经电感的电流（IS为电流源激励）流经电容的电流电流特性：谐振时流过电容、电感的电流大小相等，都是电流源电流的Q倍，方向相反。第12页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU1312 LC串并联谐振回路并联谐振回路的选频特性定义广义失谐：（谐振频率附近）第13页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.
9、XJTU1412 LC串并联谐振回路回路输出电压：其中第14页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU1512 LC串并联谐振回路选频回路的幅频特性回路的归一化选频特性：失谐频率对应的输出电压幅度与谐振时的输出电压幅度之比，即归一化选频特性曲线：D Dw w？Q？第15页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU1612 LC串并联谐振回路选择性：对同一失谐频率来说，Q值越大，选择性越好通频带：即3dB带宽，令 计算可得表明：相对带宽越窄
10、，要求回路的Q值越高。很高频率时对Q值的要求很高。矩形系数：根据定义，K0.1=BW0.1/BW3dB=9.96简单并联谐振回路的矩形系数较大，在通频带和选择性二者之间不能兼顾。第16页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU1712 LC串并联谐振回路选频回路的相频特性根据相频特性曲线，有以下几点结论：谐振时，回路呈纯阻状态，输出电压与信号电流源同相。失谐时，当 时，并联谐振回路呈感性当 时，并联谐振回路呈容性相频特性曲线斜率第17页/共84页2023/5/1Information&Communication E
11、ngineering Dept.XJTU1812 LC串并联谐振回路线性相频范围：当 时可近似得：此时 之间呈线性关系。n实际并联谐振回路：n出发点：实际的线圈有损耗，电流通过线圈时会发热第18页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU1912 LC串并联谐振回路若回路中电感的感抗远远大于损耗电阻值并引入R与电容支路并联，其值取则阻抗表达式变为：与简单并联谐振回路的阻抗表达式相同。第19页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU2012
12、 LC串并联谐振回路由此可得结论：若电感支路的感抗远远大于其损耗电阻，则实际并联谐振回路可以简化为简单并联谐振回路，r和R的关系满足式上述结论也可以通过串、并联转换的方法得出，教材上给出了详细的推导，请大家自学。第20页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU2112 LC串并联谐振回路补充说明LC谐振回路中，电场能量磁场能量谐振时，LC部分与外界无能量交换N次谐波的幅频响应（切记，不能用Dw）L的空载品质因数（线圈本身有损耗）第21页/共84页2023/5/1Information&Communication E
13、ngineering Dept.XJTU2212 LC串并联谐振回路n串联谐振回路 串联谐振回路由RLC串联构成,电路如图:串联谐振回路与并联谐振回路是对偶的，即电流表达式与电压表达式对应，阻抗与导纳对应，形式是完全一样的。教材表1.2.2给出了有关的关系。第22页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU2312 LC串并联谐振回路在这里还有几个概念需要强调：并联谐振是电流谐振，C和L支路上的电流相互交换，形成谐振，对外电流交换为0，呈开路状态。串联谐振是电压谐振，C和L支路上的电压相互交换，形成谐振，对外电压交换
14、为0，呈短路状态。并联谐振回路用电流源激励；串联谐振回路用电压源激励。简单并联谐振回路谐振时L、C支路上的电流是外部端口电流的Q倍。串联谐振回路谐振时L、C之路上的电压是外部端口电压的Q倍。第23页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU2412 LC串并联谐振回路例1-1：已知一RLC并联谐振回路的中心频率f0=465kHz,Q0=120,Qe=60,L=100mH试问：回路的C=?,BW3dB=?,并联电阻R=?例1-2：用R、L、C并联谐振回路对SSB上边带信号(载频为c,带宽为W)进行选频，则回路元件值应当
15、满足什么关系式？在载波频率上回路阻抗幅值为何？第24页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU25回顾串、并联谐振回路的电路特性并联谐振是电流谐振，C和L支路对外电流交换为0，呈开路状态；串联谐振是电压谐振，C和L支路对外电压交换为0，呈短路状态。课后题 1-3第25页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU26回顾串并联支路阻抗转换串、并联支路的品质因数串、并联支路的品质因数第26页/共84页2023/5/1Information&C
16、ommunication Engineering Dept.XJTU27回顾品质因数回路的品质因数与谐振频率有关支路的品质因数与工作频率有关并联谐振回路串联谐振回路第27页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU2813 无源阻抗变换网络为什么进行阻抗变换？射频电路各模块或负载需与传输线（具有特性阻抗Z0）相连，当两个网络连接在一起的时候，其阻抗是否匹配对于信号传输的效率会产生很大的影响.ZSVSZLi1V2纯阻复阻当时，负载上得到最大功率。第28页/共84页2023/5/1Information&Communic
17、ation Engineering Dept.XJTU2913 无源阻抗变换网络实际中负载阻抗与信号源阻抗并不一定匹配，往往需要插入电抗网络来进行阻抗变换，以满足匹配的要求。阻抗变换网络的要求：无损耗常用的阻抗变换网络有变压器、自耦变压器、电容抽头电路和电感抽头电路等。采用串并联变换的方法构成的LC选频匹配网络也可以实现这个目标。第29页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU3013 无源阻抗变换网络一、变压器阻抗变换1、理想变压器具有回路电感无穷大、漏磁通为0、损耗为0等特征。经过理想变压器变换，ZL与Zi的关
18、系为：相当于：第30页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU3113 无源阻抗变换网络2、全耦合变压器全耦合变压器与理想变压器相比，回路电感为有限值L，但同样满足前述关系式，可以分析出（见李瀚荪：电路分析基础）能够用图示模型描述，且有得到全耦合变压器阻抗变换电路的变换结果如图。其中：第31页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU3213 无源阻抗变换网络自耦变压器满足电压变换关系自耦变压器满足电压变换关系(L很大，很大，Rs、Is对
19、分压比影响小对分压比影响小)从变换前后从变换前后Rs，Is上的功率不变，上的功率不变，可得：可得：3、自耦变压器+V1+V2第32页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU3313 无源阻抗变换网络二、部分接入进行阻抗变换采用电抗元件部分接入时，将电阻R接在两个相同性质的电抗元件X1与X2之间，计算其折合到整个并联之路的等效电阻。这种阻抗变换网络一般是窄带的，采用另一个异性电抗与X1与X2的串连电抗谐振，电抗互相抵消，完成纯电阻间的阻抗变换。部分接入折合到全部第33页/共84页2023/5/1Information
20、&Communication Engineering Dept.XJTU3413 无源阻抗变换网络nRX2时其中第34页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU3513 无源阻抗变换网络nR与X2不满足要求：用串并转换公式计算第35页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU36例：某接收机输入回路的简化电路如图。已知：例：某接收机输入回路的简化电路如图。已知：若要求负载与信号源内阻匹配，问变压器线圈匝数比N13/N23应为何值?解解:先
21、把RL折算到电容支路两端得到RL再把RL折算到RS支路两端得到RL第36页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU3713 无源阻抗变换网络三、L网络阻抗变换 L网络是一种常用的窄带网络，能够实现阻抗变换功能，并且可以完成滤波。已知源内阻Rs、负载电阻RL，电路的工作频率 ，应如何设计L网络？第37页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU3813 无源阻抗变换网络 (1)RsRL时：步骤：RL,Rs 其中：第38页/共84页2023/
22、5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU3913 无源阻抗变换网络 (2)Rs0:感性、感性、xL M-B电抗差=C第71页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU72补充：S参数与Smith圆图第72页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU73补充：S参数与Smith圆图第73页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineeri
23、ng Dept.XJTU7414 集中选频滤波器声表面波滤波器（SAW）表面波传播方向声表面波滤波器是一种以铌酸锂、锆钛酸铅或石英等压电材料为基体构成的一种电声换能元件。n 体积小、重量轻。n中心频率可以适合于高频、超高频（几MHz1GHz）工作。幅频特性为：相对通频带有时可以达到50%。n 用与集成电路相同的平面加工工艺。制造简单、重复性好。n 接入实际电路时，必须实现良好的匹配。第74页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU7514 集中选频滤波器集中选频滤波器的特点为：f0:声表面晶体 陶瓷 机械BW0.7
24、/f0:声表面机械晶体=陶瓷插入损耗：声表面机械陶瓷晶体使用时应注意阻抗匹配。与放大器的级联顺序应综合考虑实际情况选择先选频后放大：抗外部干扰好；抗内部噪声和非线性失真差。先放大后选频：抗外部干扰差；抗内部噪声和非线性失真好。第75页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU7615 集成电感集成的必要性：电路小型化；减少电路与外界的连线集成的要求：大电感；高Q值；较高工作频率主要类型：螺旋电感回路损耗大，Q值低连接线电感连接集成电路芯片和引脚的金属线，在高频时可看作电感。损耗电阻小；Q值高第76页/共84页2023
25、/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU77dB,dBW,and dBmdB（功率）ndB（电压）ndBW与dBm第77页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU78补充：S参数与Smith圆图二端口网络的描述n低频参数n阻抗参数 (Impedance Parameters)二端口网 络ZSVSZLi1i2V1V2记：记：则：则：其中其中第78页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept
26、.XJTU79补充：S参数与Smith圆图导纳参数 (Admittance Parameters)其中其中n混合参数 (Hybrid Parameters)nABCD参数第79页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU80补充：S参数与Smith圆图高频参数频率增加，在微波波段（100MHz），电流和电压的测量已比较困难。分布参数的影响凸显电路工作模式变化，功率成为主角。导线上不同位置处电压电流信号瞬时值不再处处相等分布参数模型下信号以波的方式流动S参数 (Scattering Parameters)散射参数，是描
27、述反射波功率b和入射波功率a 之间关系的一组网络参数。第80页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU81补充：S参数与Smith圆图定义：定义：n号端口的归一化入射电压波号端口的归一化入射电压波an和归一化反射和归一化反射电压波电压波bn分别为：分别为：其中，其中，Z0是连接在网络输入、输出端口的传输线的特是连接在网络输入、输出端口的传输线的特性阻抗。性阻抗。第81页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU82补充：S参数与Smith
28、圆图其中其中|an|2为匹配时的最大输入功率，为匹配时的最大输入功率，|bn|2为最大输入功为最大输入功率与实际输入功率之差率与实际输入功率之差反射功率。反射功率。变换得到电压、电流表达式：变换得到电压、电流表达式：第82页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU83补充：S参数与Smith圆图其中：其中：端口端口2匹配匹配端口端口1匹配匹配在射频，让端口满足匹配条件可以很容易做到，比较在射频，让端口满足匹配条件可以很容易做到，比较容易得到容易得到S参数；而测量传统参数时需要开路或短路，参数；而测量传统参数时需要开路或短路，这一条件在射频工作中很难达到。这一条件在射频工作中很难达到。第83页/共84页2023/5/1Information&Communication Engineering Dept.XJTU84感谢您的观看！第84页/共84页