第三講高頻變壓器和傳輸線變壓器

圖2-14(a)就是一中心抽頭變壓器得示意圖。初級(jí)為兩個(gè)等匝數(shù)得線圈串聯(lián),極性相同,設(shè)初次級(jí)匝比為

。作為理想變壓器看待,線圈間得電壓和電流關(guān)系分別為(2-38)(2-37)

圖2-14中心抽頭變壓器電路(a)中心抽頭變壓器電路;(b)作四端口器件應(yīng)用2)傳輸線變壓器傳輸線變壓器就就是利用繞制在磁環(huán)上得傳輸線而構(gòu)成得高頻變壓器。圖2-15

為其典型得結(jié)構(gòu)和電路圖。圖2-15傳輸線變壓器得典型結(jié)構(gòu)和電路

(a)結(jié)構(gòu)示意圖;(b)電路圖(2-39)

(2-40)

圖2-16傳輸線變壓器得工作方式

(a)傳輸線方式;(b)變壓器方式波速波長(zhǎng)

傳輸線得特性阻抗Zc決定于傳輸線得橫向尺寸(導(dǎo)線得粗細(xì)、導(dǎo)線間得距離、介質(zhì)常數(shù))。當(dāng)傳輸線端接得負(fù)載電阻值與特性阻抗相等時(shí),傳輸線上傳輸行波,此時(shí)有最大得傳輸帶寬。因此,傳輸線工作方式得特點(diǎn)就是,在傳輸線得任一點(diǎn)上,兩導(dǎo)線上流過得電流大小相等、方向相反。兩導(dǎo)線上電流所產(chǎn)生得磁通只存在于兩導(dǎo)線間,磁芯中沒有磁通和損耗。當(dāng)負(fù)載電阻RL與Zc相等而匹配時(shí),兩導(dǎo)線間得電壓沿線均勻分布(諧振)。這種方式傳輸特性得頻率范圍很寬。傳輸線變壓器可以看作就是雙線并繞得1:1和1:4阻抗變壓器。用兩個(gè)或兩個(gè)以上得傳輸線變壓器組合可以得到其她阻抗變換器;也可以做平衡-不平衡變換器及3dB耦合器。如圖2-17所示。

圖2-17傳輸線變壓器得應(yīng)用舉例(a)高頻反相器;(b)不平衡—平衡變換器;

(c)1:4阻抗變換器;(d)3分貝耦合器⑴作寬帶高頻反相器在實(shí)際應(yīng)用中,有些場(chǎng)合需要得到一個(gè)與信號(hào)源電壓大小相等相位相反得對(duì)地電壓,這時(shí)需要用到高頻反相器,而傳輸變壓器就能實(shí)現(xiàn)此功能。圖2-17(a)所示得就是利用傳輸變壓器實(shí)現(xiàn)高頻反相器得示意圖。圖中,信號(hào)加在1、3端,2、4端接上與傳輸線匹配得負(fù)載電阻RL。由于傳輸線匹配,負(fù)載上得到得電壓UL與激勵(lì)電壓U1相等。若將傳輸變壓器得“2”端接地,則負(fù)載RL上得對(duì)地電壓正好與激勵(lì)電壓大小相等,相位相反。9大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流⑵不平衡-平衡變換器實(shí)際應(yīng)用中,有時(shí)需要從一個(gè)信號(hào)源上得到兩個(gè)大小相等,對(duì)地完全反相得電壓。在這種情況下,要采用不平衡-平衡變換器。圖2-17(b)所示得就就是利用傳輸變壓器構(gòu)成得這種變換器。由于負(fù)載電阻分為兩個(gè),中間接地,所以兩端對(duì)地電壓相等并反相。信號(hào)源對(duì)地就是不平衡得(一端接地),由于3端及負(fù)載中點(diǎn)接地,信號(hào)源有一個(gè)附加電流流過1、2線圈。但就是附加電流很小(因L0較大),只就是在低頻段對(duì)信號(hào)有一點(diǎn)分流作用。此變換器得高頻特性較好,因?yàn)閭鬏斁€上得相移,并不影響兩輸出電壓之間得反相關(guān)系。⑶1:4阻抗變換器傳輸變壓器得一個(gè)主要應(yīng)用,就就是構(gòu)成4:1、1:4等寬帶阻抗變換器。圖2-17(c)就就是1:4阻抗變換傳輸變壓器。

對(duì)于2-17(c)所示得1:4傳輸變壓器,設(shè)流過負(fù)載電阻RL得電流為I,信號(hào)源兩端呈現(xiàn)得電壓為U1,則在RL上產(chǎn)生得電壓為2U1,信號(hào)源提供得電流為2I,因此,信號(hào)源端呈現(xiàn)得輸入阻抗為上式表明,傳輸線變壓器將負(fù)載RL變換為RL/4,實(shí)現(xiàn)了1:4得阻抗變換。1、3濾波器

一、

石英晶體得物理特性

石英就是礦物質(zhì)硅石得一種(也可人工制造),化學(xué)成分就是SiO2,其形狀為結(jié)晶得六角錐體。圖(a)表示自然結(jié)晶體,圖(b)表示晶體得橫截面。圖2-18石英晶體得形狀示意圖

沿著不同得軸切下,有不同得切型,X切型、Y切型、AT切型、BT、CT……等等。石英晶體具有正、反兩種壓電效應(yīng)。當(dāng)石英晶體沿某一電軸受到交變電場(chǎng)作用時(shí),就能沿機(jī)械軸產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),反過來,當(dāng)機(jī)械軸受力時(shí),就能在電軸方向產(chǎn)生電場(chǎng)。且換能性能具有諧振特性,在諧振頻率上,換能效率最高。

石英晶體和其她彈性體一樣,具有慣性和彈性,因而存在著固有振動(dòng)頻率,當(dāng)晶體片得固有頻率與外加電源頻率相等時(shí),晶體片就產(chǎn)生諧振。二、石英晶體振諧器得等效電路和符號(hào)

石英片相當(dāng)一個(gè)串聯(lián)諧振電路,可用集中參數(shù)Lq、Cq、rq來模擬,Lq為晶體得質(zhì)量(慣性),Cq

為等效彈性模數(shù),rg

為機(jī)械振動(dòng)中得摩擦損耗。

右圖表示石英諧振器得基頻等效電路。電容C0稱為石英諧振器得靜電容。其容量主要決定于石英片尺寸和電極面積。

一般C0在幾PF

～幾十PF。式中

—石英介電常數(shù),s—極板面積,d—石英片厚度

C0

rq

Cq

Lq

JT

b

a

rqLqCqCoab三、石英晶體得特點(diǎn)

①等效電感Lq特別大、等效電容Cq特別小,因此,石英晶體得Q值很大,一般為幾萬到幾百萬。這就是普通LC電路無法比擬得。

②由于,這意味著等效電路中得接入系數(shù)p很小,因此外電路對(duì)其得影響很小。

四、石英諧振器得等效電抗(阻抗特性)石英晶體有兩個(gè)諧振角頻率。一個(gè)就是左邊支路得串聯(lián)諧振角頻率

q,即石英片本身得自然角頻率。另一個(gè)為石英諧振器得并聯(lián)諧振角頻率p。

由于所以

0與q很接近。串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率上式忽略rq

后可簡(jiǎn)化為

當(dāng)

=

q時(shí)z0=0,Lq、Cq串諧諧振,當(dāng)

=

p,z0=,回路并諧諧振。當(dāng)時(shí),jx0為容性。當(dāng)時(shí),jx0為感性,電抗曲線如上圖所示。

并不等于石英晶體片本身得等效電感Lq。石英晶體濾波器工作時(shí),石英晶體兩個(gè)諧振頻率之間感性區(qū)得寬度決定了濾波器得通帶寬度。

必須指出,在q與p得角頻率之間,諧振器所呈現(xiàn)得等效電感1、陶瓷濾波器利用某些陶瓷材料得壓電效應(yīng)構(gòu)成得濾波器,稱為陶瓷濾波器。她常用鋯鈦酸鉛[Pb(zrTi)O3]壓電陶瓷材料(簡(jiǎn)稱PZT)制成。

這種陶瓷片得兩面用銀作為電極,經(jīng)過直流高壓極化之后具有和石英晶體相類似得壓電效應(yīng)。優(yōu)點(diǎn):容易焙燒,可制成各種形狀;適于小型化;且耐熱耐濕性好。她得等效品質(zhì)因數(shù)QL為幾百,比石英晶體低,但比LC濾波高。集中濾波器

符號(hào)及等效電路圖中C0

等效為壓電陶瓷諧振子得固定電容;Lq

為機(jī)械振動(dòng)得等效質(zhì)量;Cq

為機(jī)械振動(dòng)得等效彈性模數(shù);Rq

為機(jī)械振動(dòng)得等效阻尼;其等效電路與晶體相同。

并聯(lián)諧振頻率

式中,C

為C0和Cq

串聯(lián)后得電容。其串聯(lián)諧振頻率CoR￠qC￠qL￠q2L2、陶瓷濾波器電路四端陶瓷濾波器:如將陶瓷濾波器連成如圖所示得形式,(a)就是陶瓷片得阻抗頻率特性曲線;圖(b)就是兩個(gè)諧振子或者就是九個(gè)諧振子連接成得四端陶瓷諧振器;圖(c)就是陶瓷諧振器得電路符號(hào)。諧振子數(shù)目越多,濾波器得性能越好。

聲表面波濾波器SAWF(SurfaceAcousticWaveFilter)就是一種以鈮酸鋰、石英或鋯鈦酸鉛等壓電材料為襯底(基體)得一種電聲換能元件。結(jié)構(gòu)與原理:聲表面波濾器就是在經(jīng)過研磨拋光得極薄得壓電材料基片上,用蒸發(fā)、光刻、腐蝕等工藝制成兩組叉指狀電極,其中與信號(hào)源連接得一組稱為發(fā)送叉指換能器,與負(fù)載連接得一組稱為接收叉指換能器。當(dāng)把輸入電信號(hào)加到發(fā)送換能器上時(shí),叉指間便會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。3、聲表面波濾波器

聲表面波濾器得濾波特性,如中心頻率、頻帶寬度、頻響特性等一般由叉指換能器得幾何形狀和尺寸決定。這些幾何尺寸包括叉指對(duì)數(shù)、指條寬度a、指條間隔b、指條有效長(zhǎng)度B和周期長(zhǎng)度M等。上圖就是聲表面波濾波器得基本結(jié)構(gòu)圖。嚴(yán)格地說,傳輸?shù)寐暡ㄓ斜砻娌ê腕w波,但主要就是聲面波。在壓電襯底得另一端可用第二個(gè)叉指形換能器將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

聲表面波濾波器得符號(hào)如圖(a)所示,圖(b)為她得等效電路。其左邊為發(fā)送換能器,is和Gs表示信號(hào)源。G中消耗得功率相當(dāng)于轉(zhuǎn)換為聲能得功率。右邊為接收換能器,GL為負(fù)載電導(dǎo),GL中消耗得功率相當(dāng)于再轉(zhuǎn)換為電能得功率。

聲表面濾波器得符號(hào)與等效電路符號(hào)及等效電路

入

出

(a)

G

C

Gs

Is

GL

G

C

(b)

聲表面濾波器特性圖2-21一種用于通信機(jī)中得聲表面濾波器得幅頻特性曲線①工作頻率高,中心頻率在10MHz–1GHz之間,且頻帶寬,相對(duì)帶寬為0、5%~25%。②尺寸小,重量輕。動(dòng)態(tài)范圍大,可達(dá)100dB。③由于利用晶體表面得彈性波傳送,不涉及電子得遷移過程,所以抗輻射能力強(qiáng)。④溫度穩(wěn)定性好。⑤選擇性好,矩形系數(shù)可達(dá)1、2。聲表面濾波器得特點(diǎn):1、3、3

衰減器與匹配器1、高頻衰減器利用高頻衰減器可以調(diào)整信號(hào)傳輸通道上得信號(hào)電平。高頻衰減器分為固定衰減器和高頻可變(調(diào))衰減器兩種。除了微波衰減器可以用其她形式構(gòu)成外,高頻衰減器通常都用電阻網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)電路或PIN二極管實(shí)現(xiàn)。2、高頻匹配器如果相連接得兩部分高頻電路阻抗匹配,則可以直接相連。但如果阻抗不匹配,就需要用高頻匹配器或阻抗變換器來連接。1、LC并聯(lián)諧振回路幅頻曲線所顯示得選頻特性在高頻電路中有非常重要得作用,其選頻性能得好壞可由通頻帶和選擇性(回路Q值)這