【题目编号】MC1-1256
【题目】制作倍频器会用到高性能带通滤波器或是某种选择性优良的 LC 谐振回路。下列 LC 回路中,选择性最佳的是:
【答案】A
[A]松耦合的高 Q 单调谐或同频双调谐回路
[B]紧耦合高 Q 同频双调谐回路
[C]松耦合低 Q 同频双调谐回路
[D]松耦合高 Q 参差调谐回路
考点速览
这道题从倍频器(frequency multiplier)的选频回路切入,问四种 LC 谐振回路里哪一种选择性最好。四个选项的差别只落在两个旋钮上:品质因数 Q 的高低,以及两个回路之间耦合的松紧。真正要判断的,是什么样的谐振曲线能把想要的频率留住、把邻近的频率挡掉。倍频器的做法是用非线性器件产生输入信号的各次谐波,再由谐振回路把需要的那一次挑出来,所以输出回路的选择性直接决定倍频输出的频谱干净程度。选择性差一点,基波和相邻谐波就会漏出去,成了别人耳机里的杂散。业余制作里常见的双调谐回路有互感耦合与电容耦合两种,前者靠两个线圈之间的磁通交链,后者靠一只小容量电容把两个回路连起来,判断优劣的标准是一样的。
品质因数决定谐振曲线有多尖
谐振回路的通频带宽度与品质因数成反比:中心频率一定时,Q 值越高,谐振曲线越尖,三分贝带宽越窄,对邻近频率的抑制越强。回路的 Q 值由线圈损耗、电容的介质损耗和外部负载共同决定,接入电路前后要区分空载 Q 与有载 Q——负载重了,有载 Q 下降,选择性跟着变差。这就是本题里被反复提到的第一层判据:低 Q 意味着损耗大、曲线钝、通带被拉宽,邻频抑制先天吃亏,先把带低 Q 的选项排除,剩下的才有讨论价值。
耦合松紧与参差调谐是两套路子
两个谐振回路通过互感或电容耦合到一起时,耦合系数会改变合成曲线的形状。耦合很松的时候,两个回路互相影响很弱,曲线接近单个回路的样子,只有一个峰;耦合加强到临界值附近,曲线顶部趋于平坦;再继续加紧,顶部裂成双峰,通带变宽、带内出现起伏,邻频抑制随之变坏。松耦合还有一层好处:后级对前级的加载轻,前级回路能保住较高的有载 Q。耦合的松紧可以用耦合系数来描述,它与互感量以及两个回路的电感量有关;达到临界耦合所需的耦合量又和两个回路的 Q 值挂钩,Q 越高,需要的耦合越松。这条关系正好解释了为什么高 Q 配松耦合就能得到又尖又稳的谐振曲线。参差调谐(staggered tuning)走的是相反的路子,故意把各级回路调到略有差异的频率上,用几个相互错开的峰拼出一条又宽又平的通带,它是宽带放大器的常用手法,目标从来不是最好的选择性。
逐项辨析
选项 A 落在高 Q 加松耦合这个组合里:高 Q 保证曲线尖锐,松耦合保证两个回路不互相拖累、不出现双峰,无论按单调谐还是按同频双调谐来理解,选择性都是四者中最好的,这就是本题的答案。
选项 B 的毛病出在紧耦合。紧耦合把合成曲线顶成双峰,带内波动加大,通带被拉宽,靠近通带边缘的邻频抑制明显变差。要记住的是,紧耦合并不等于能量传得更充分就一定更好,选频场合要的恰恰是传准而不是传多。实际调试时判断耦合是否过头的办法也很直白:扫频看曲线顶部有没有凹下去,凹了就是耦合过了临界点。
选项 C 同时踩了两条下坡路。低 Q 让曲线变钝,松耦合虽然避开了双峰,却救不回已经平坦下去的谐振特性。低 Q 回路的三分贝带宽宽,对基波和相邻谐波都压不住,接在倍频器输出端会把不需要的分量一起放行。
选项 D 的参差调谐是宽带手段。把几级回路错开频率,换来更宽的通带和更平坦的带内响应,代价是曲线两侧的过渡带变缓、矩形系数变差,选择性下降。宽带接收前端会这么设计,倍频器选频不会这么设计。
易混淆点
容易被搅在一起的是带宽与选择性这对概念。多级回路级联能把曲线两侧削得更陡,看起来选择性更好,但每一级都会带来加载损耗,级数越多插入损耗越大,总通带也可能被拉窄。判断标准不是级数多少,而是曲线两侧陡不陡、通带里平不平。另一个误判是把双调谐回路一律当成更好的选择:双调谐的优越性建立在临界耦合或接近临界耦合的前提上,耦合一旦过头变成双峰,它反而不如一个调得好的单调谐回路。还有一点常被忽略:回路的插入损耗也是有载 Q 的函数,Q 抬得太高、耦合收得太紧,通带里想留下的那一路信号本身也会被削弱,后级得把这部分损失补回来。
应试要点
三句话记牢:高 Q 胜过低 Q,松耦合胜过紧耦合,同频双调谐比参差调谐更利于选频。看到低 Q 或紧耦合,直接划掉;看到参差调谐,先想到它是为了加宽通带,而不是为了提高选择性。