03.08 諧振電路為何可以用於選頻?

T.P.D.


用於選頻的諧振電路一般為LC諧振電路,這種諧振電路又分為LC串聯諧振電路和LC並聯諧振電路,在選頻放大器中,大都採用LC並聯諧振電路來選頻。LC諧振電路之所以可以用於選頻,是因為這種諧振電路對不同的頻率信號呈現出不同的阻抗。這裡我們以LC並聯諧振電路為例,介紹一下諧振電路是如何用於選頻的。

▲ LC並聯諧振電路的選頻特性

上圖是一個簡單的LC並聯諧振電路,其諧振頻率f=1/(2π√LC),當V1端輸入的交流信號的頻率與LC並聯諧振電路的諧振頻率f相同時,LC並聯諧振電路對外呈現出很大的阻抗(一般可達數十KΩ以上),此時交流信號大部分被LC並聯諧振電路衰減,加至負載電阻R兩端的交流信號很小。若輸入交流信號的頻率與LC諧振電路的諧振頻率不同時,諧振電路處於失諧狀態,此時LC並聯諧振電路對外呈現出的阻抗很小,交流信號可以基本不受衰減的加至R的兩端。

▲ LC選頻放大電路的選頻原理

若將上述的LC並聯諧振電路與三極管放大電路組合便可以構成一個選頻放大器,電路如上圖所示。圖中,LC並聯諧振電路接在三極管的集電極,相當於三極管的集電極負載電阻,Rb為三極管的基極偏置電阻,用來給三極管提供一個合適的偏置電流,Re為發射極負反饋電阻,用來提高放大器的輸入阻抗。放大器輸入端和輸出端的耦合電容省略未畫出。

假設選頻放大器輸入端的交流信號是混有多個頻率的交流信號,當三極管基極輸入的交流信號的頻率與LC諧振電路的諧振頻率(即選頻頻率)不同時,LC並聯諧振電路處於失諧狀態,三極管的集電極負載阻抗很小,放大器的交流增益亦很小,輸入的交流信號基本上不會被放大。當輸入交流信號的頻率與LC諧振電路的諧振頻率相同時,三極管集電極所接的LC並聯諧振電路呈高阻抗狀態,此時放大器的交流增益變得很高,有用的交流成分得到了放大,這樣便可以選出所需的交流信號。

▲ 中波收音機用的465KHz中周

LC選頻電路在實際中用的較多,像上圖所示的465KHz中周,其初級線圈兩端並聯一個數百皮法的電容(不少中周內部一般都帶有這個電容),組成一個465KHz的LC並聯諧振電路,將其接在三極管的集電極即可構成465KHz的中頻選頻放大器,以前分立元件的中波收音機的中頻放大電路就是採用這種電路來選擇放大465KHz的中頻信號的。此外,市售的那種分立元件的亞超聲遙控開關一般也是採用LC並聯諧振電路來對18KHz的亞超聲遙控信號進行選頻的。


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簡單說諧振電路包括電容電感串聯和電容電感並聯兩種。前一種諧振時阻抗最小,後一種諧振時阻抗最大,在一條先路上先將後一種並聯到地再串聯前一種輸出,假設兩種諧振電路的諧振頻率相同,當多頻譜信號經過時偏離諧振頻率的信號被並聯諧振線路衰減到地而符合諧振頻率的信號阻抗最大所以無衰減地向後傳輸,當經過串聯諧振電路時偏離諧振頻率的信號被阻擋而符合諧振頻率的信號阻抗最小無衰減通過,這樣經過兩級濾波就將符合要求的信號選出了。


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諧振電路本身具有一個諧振頻率,該頻率由電路元件參數決定,一般是L、C的參數。當外部輸入的信號的頻率與電路諧振頻率相等或相近時,電路表現的總體阻抗較小,等於諧振頻率時,電路阻抗最小,等於電阻R的阻值。也就是說,諧振電路對不同輸入頻率起到不同的抑制作用,這與濾波器的特點是吻合的。另外,諧振電路還有一個重要的特性,就是諧振電路的品質因數,品質因數越高,通頻帶越窄,選頻特性越好!


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