第2章 滤波电路初稿.ppt

第2章 滤波电路 本章知识架构 本章教学目标与要求 掌握串联滤波电路的原理及其参数的定量分析 掌握并联滤波电路的原理及其参数的定量分析 掌握串并联滤波电路的仿真方法 了解抽头电路的电路形式和工作原理 了解耦合回路的电路形式和工作原理 了解其他类型的滤波器 本章主要章节： 2.1概述 2.2 高频电路中常用的元器件 2.3串联谐振回路 2.4 并联谐振回路 2.5 抽头回路 2.6 耦合回路 2.7常用的滤波器 2.8电路仿真 2.1概述 滤波电路的形式是多种多样的，根据滤波电路在通信系统中的位置不同，其作用也不尽相同。一种滤波电路的作用是用于滤去整流输出电压中的纹波，这种电路一般由电抗元件组成，比如在负载电阻两端并联电容，或与负载串联电感，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。滤波电路利用无源电抗元件对电压或者电流的储能特性达到滤波的目的，具体的来讲就是利用电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，又能储存的能量释放出来，使负载电压比较平 滑，也就是说电容具有平波的作用；而与负载串联的电感,当电源供给的电流增加（由电源电压增加引起）时，它也能把能量储存起来，而当电流减小时，又能把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感也有平波作用。所以无论是电感和电容都可以与负载按照不同的形式进行组合来使得电路具有平波功能，所以这种滤波电路的形式都是用电抗元件与负载组合来完成平波的功能。另外一种滤波电路是用于滤除掉系统所不需要的信号，保留下有用信号的一种功能电路。这种滤波电路的滤除的依据是信号的频率，例如收音机的天线接收各种广播电台的射频波，这些射频波的频率是不同的，为了接收我们所希望接收的节目，必须依照不同电台的频率选择出我们所需要的信号。完成这种功能的滤波电路一般是由异性电抗元件组合而成的，所以也称 之为LC选频电路。LC选频电路除了具有频率选择作用之外，还兼具阻抗变换的功能。它是高频电路当中重要的组成部分。本章所涉及的滤波电路在无特指的情况，一般是指这种LC选频电路。 2.2 高频电路中常用的元器件 高频电路当中所用到的元器件和低频电路中的基本类似,但是由于工作的频率不同,其分析方法和性能与低频时的情况也不一样。 1. 高频电阻 在低频时，一个电阻器主要表现为电阻特性，但在高频的状态下，除了电阻特性之外，高频电阻还体现有电抗特性。高频电阻的电抗特性则体现其高频特性。高频状态下，一个电阻的等效电路如图2.1所示，此时在高频状态下，电阻的分布电容以及电阻的引线电感就不可忽略，R为电阻器的等效电阻值。电阻的高频特性与制作材料、电阻的封装形式和尺寸大小都有密切的关系。另外，频率越高，电阻的高频特性则体现的越明显。在实际应用中，应尽量限制电阻的高频特性，使其体现纯电阻的性质。 2. 高频电感 用绝缘导线绕制的各种线圈称为电感。电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的一种无源元件。对于一个电感来讲，电感量是其最重要的参数，低频时，一个电感量为L的电感所呈现的感抗为 ， 为工作的角频率。在高频状态下，电感器的等效电路如图2.2所示， 3. 高频电容 由介质隔开的两导体即构成电容。一个高频电容的等效电路如图2.3所示，其中，电阻 为极间绝缘电阻，它主要由于组成电容的两导体间未完全绝缘所致；电感 为电容的引线电感。理想状态下，电容的容抗为 ，2.3(b)中虚线所示。直流电 2.2.2高频电路中的有源器件 高频电路中的有源器件主要包括二极管、晶体管和集成电路，完成信号的放大、非线性变换等功能。这些有源器件的特性与在低频时的特性没有很大的区别，只是因为工作的频率升高，对这些有源器件的一些性能要求更高，以满足高频工作状态时的要求。 2. 晶体管与场效应管 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。它们各具特色，但都能够使得高频电子线路的设计简化、性能提高、体积缩小、成本降低、性价比提高。 2.3串联谐振回路 LC选频电路是高频电路中最基本、应用最广泛的基本电路。它一般由电感和电容组成，当外界授予一定能量，电路参数满足一定关系时，可以在回路中产生电压和电流的周期振荡回路。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。在高频电路中，可以利用LC选频电路的选频特性组成各种谐振放大器，也可以在调制、解调或者变频电路中完成滤波功能。根据其不同的电路形式可分为串联谐振回路、并联谐振回路、抽头回路和耦合电路。 2.3.1 滤波原理 串联谐振回路的形式如图2.6中所示，它