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1、第2章 高频电路基础第2章 高频电路基础2.1 高频电路中常用的元器件和组件2.1.1 元件 2.1.2 高频电路中的常用电路1. LC谐振电路2. 其它形式的滤波器3. 高频变压器传输变压器4. 衰减器与阻抗变换器1第2章 高频电路基础2.2 电子噪声2.2.1 概述2.2.2 电子噪音的来源与特性1. 内部噪音的特点2. 电阻的热噪音3. 晶体管的噪音4. 场效应管的噪音2第2章 高频电路基础2.2.3 噪音系数与噪音温度 1. 噪音系数的定义2. 以额定功率定义的噪音系数3. 等效噪音温度2.2.4 噪音系数的计算1. 额定功率法2. 开路电压法和短路电流法3. 级联四端网络的噪音系数4
2、. 噪音系数与灵敏度2.2.5 噪音系数的测量3第2章 高频电路基础计划授课学时：本章需要9个学时主要教学内容：高频电路中的一些重要的基础知识，如谐振电路、抽头 电路、传输变压器、电子噪音等。教学目的：让学生熟练掌握各种常用电路，尤其是谐振电路原理、 性能分析、参数计算以及它们的特点和应用。并对电子噪音 的特点、产生原因以及噪音的计算有一定了解和掌握。4第2章 高频电路基础 2.1 高频电路中常用的元器件和组件 2.1.1 元件 1.无源元件(1) 在高频时，电阻的分布电容和引线电感就不可能忽略了 ， 因此必须要考虑其电抗特性，它的高频等效电路如图2-1图 2 -1 电阻的高频等效电路 图 2
3、 - 2 高频电感器的自身谐振频率SRF ab(2)高频电感器与普通电感器一样, 电感量是其主要参数。 电感量 L产生的感抗为jL, 其中, 为工作角频率。高频电感器也具有 自身谐振频率SRF (Self Resonant Frequency)，在该处, 高 频电感的阻抗的幅值最大, 而相角为零, 如图2 2所示5第2章 高频电路基础(3)由介质隔开的两导体即构成电容。 一个电容器的等 效电路却如图2 -3（a）所示。 理想电容器的阻抗1/(jC), 如图2 3（b）虚线所示, 其中, f为工作频率, =2f。当频 率大于SRF时，电容呈现出电感特性。图2 -3 电容器的高频等效电路(a) 电
4、容器的等效电路; （b） 电容器的阻抗特性SRF感性容性6第2章 高频电路基础2 高频电路中的有源器件 (1) 二极管半导体二极管在高频中主要用于检波、 调制、 解调及混频等 非线性变换电路中, 工作在低电平。 (2) 晶体管与场效应管（FET） 在高频中应用的晶体管仍然是双极晶体管和各种场效应管，这 些管子比用于低频的管子性能更好, 在外形结构方面也有所不同 。 高频晶体管有两大类型: 一类是作小信号放大的高频小功率 管, 对它们的主要要求是高增益,和低噪声; 另一类为高频功率放 大管, 除了增益外, 要求其在高频有较大的输出功率。(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
5、成电路少 得多, 主要分为通用型和专用型两种7第2章 高频电路基础 2.1.2 高频电路中的常用电路高频电路中的无源组件或无源网络主要有高频振荡（谐 振）回路、 高频变压器、 谐振器与滤波器等, 它们完成信号的 传输、 频率选择及阻抗变换等功能。(2-1)(2-2)阻抗特性图2-4串联谐振回路1. LC谐振电路(1)串联谐振电路图2-4是一个rLC串联电路8第2章 高频电路基础由当输入信号频率0时，X0，Zsr,回路呈感性， 当r,回路呈容性。当=0时，X=0， Zs=r,回路呈一个纯电阻。因此谐振时电压电流同相位。 且电流最大，阻抗最小。当输入信号频率使得电抗X为零时，电路达到谐振，此时的
6、频率为谐振频率0。(2-3)由9第2章 高频电路基础r0 0 |Zs|X00图2-5串联谐振电路的阻抗特性 （a)电抗特性 (b)阻抗特性 (c)谐振时相位关系(c )(b)(a)感性容性10第2章 高频电路基础回路的品质因数定义回路的特性阻抗与回路的损耗电阻之比叫品质因数Q。 它放映了L和C中的储存的能量与电阻r消耗能量的比值。(2-4)谐振特性 (2-5)因此谐振时11第2章 高频电路基础叫广义失谐量因此可以得到串联谐振电路的幅频特性和相频特性。(2-6)(2-7)(2-8)12第2章 高频电路基础Q2Q1Q2Q1B0.7070.7071f0I/I0f0-/2/2ffQ1Q1/2图2-9并
7、联谐振回路的谐振特性 (a)幅频特性， (b)相频特性U/U0(2-17)(2-18)19第2章 高频电路基础并联谐振回路的带宽和选择性20第2章 高频电路基础总之 串联和并联谐振电路都具有选频功能，对带外频率都具 有一定的抑制能力。但单回路的谐振电路的选择性不是很好 ，电路的选择性和带宽是一对矛盾 串联谐振时，电压电流同相位，回路阻抗呈纯阻，阻抗 最小，电流最大；当信号频率大于谐振频率时，电路呈感性 ，而小于谐振频率时，呈容性；电容和电感上的电压大小相 等，方向相反，且为激励电压的Q倍；。 并联谐振时，电压电流同相位，回路阻抗呈纯阻，阻抗 最大，电压最大；当信号频率大于谐振频率时，电路呈容性
8、 ，而小于谐振频率时，呈感性；电容和电感上的电流大小相 等，方向相反，且为激励电流的Q倍。21第2章 高频电路基础 （3）耦合电路的谐振（双调谐回路） 耦合电路的两种基本形式图2-10耦合谐振电路的基本电路 (a)、(c)互感耦合谐振电路及其等效电路, (b)、(d)电容耦合谐振电路及其等效电路22第2章 高频电路基础定义：耦合因子k是耦合回路的电抗的绝对值与初、次级 回路 同性质电抗的几何中项之比。耦合电路的谐振特性（以互感耦合电路为例）23第2章 高频电路基础(2-19)(2-20)次级反射阻抗(2-21)初级反射阻抗从中可以看出反射阻抗具有如下性质： 反射阻抗由反射电阻和反射电抗组成 反
9、射阻抗的性质总与原来的性质相反 当互感为零时，反射阻抗也为零 当初、次级都谐振时，反射阻抗为纯电阻24第2章 高频电路基础从中可以看出反射阻抗具有如下性质：反射阻抗由反射电阻和反射电抗组成反射阻抗的性质总与原来的性质相反当互感为零时，反射阻抗也为零当初、次级都谐振时，反射阻抗为纯电阻25第2章 高频电路基础 部分谐振改变初级（或次级）的电抗参数，而互感M和其它参数 不变，使初级（或次级）发生谐振，叫部分谐振.例如初级发生部分谐振时，有(2-22)(2-23)(2-24)(2-25)26第2章 高频电路基础复谐振在部分谐振的情况下，再改变互感M，使之达到共轭匹 配，就叫复谐振。(2-26)(2-
10、27)27第2章 高频电路基础分析发现，如果初级达到复谐振，次级也必然达到复 谐振，反之奕然。(2-28)(2-29)(2-30)28第2章 高频电路基础 全谐振与最佳全谐振当初级和次级谐振同一频率叫全谐振，如果再达到共轭 匹配，叫最佳全谐振(2- 31 )(2- 32 )(2-33)(2-34)29第2章 高频电路基础可见，最佳全谐振是复谐振的一个特例，但需要的互感要比 复谐振要小，此时互感耦合叫临界耦合，且耦合系数为注意：这里的品质因数Q1和Q2是没有互感时初级和次级回路 的品质因数。当两回路参数完全相同时30第2章 高频电路基础 设初、次级电路参数相同，则从电路中可以求出转移阻抗为 ：3
11、1第2章 高频电路基础32第2章 高频电路基础 A=1时 ,k=k0=1/Q时为临 界 耦合 A1时叫强耦合可以看到，A越 大中间的凹点越深，双 锋偏离f0越远。图2-11耦合谐振电路的谐振特性(2-35)33第2章 高频电路基础 双调谐回路的频带宽度和选择性（临界耦合时）(2-36)34第2章 高频电路基础(2-37)式（2-36）和（2-37）说明双调谐回路的频带宽度是单 调谐回路的1.4倍，而选择性要比单调谐回路好的多。35第2章 高频电路基础图2-12几种常见的抽头电路（4）抽头电路36第2章 高频电路基础定义抽头电路的接入系数为：p=U/UT即与外电路相连的电压与回路两端电压之比。在
12、分析抽 头电路时，假定回路电流要远远大于外部支路电流，即可以 忽略外部电路的影响，当Q值比较大时就满足这样的条件。对（a）电路(2-38)37第2章 高频电路基础对于（b）中的电路，其接入系数为(2-39)(2-40)38第2章 高频电路基础对于外部电路是电压源或电流源的抽头电路，也可以进行 折合。对于一个电压源来说，显然折合后的电压源为：U=pUT而对于图2-13的电路来说：设接入端的电压为U，回路两端电 压为UT，那么：图2-13电流源的折合注意：阻抗或导纳的折合等效是p2 关系，而电源的折合等效 是p 的关系。(2-41)39第2章 高频电路基础 （5）信号源内阻及负载对谐振电路的影响（
13、a） （b） 图2-14考虑内阻和负载的谐振回路 (a)带内阻和负载的并联回路，(b)带内阻和负载的串联回路对于并联谐振电路（a），总电导为g,40第2章 高频电路基础对于串联谐振电路（b）,它的有载品质因数为 ： 可以发现，对于带负载或电源内阻的谐振电路，电路的Q 值降低了，因此把这个品质因数叫有载品质因数QL，而没 有负载或内阻的品质因数记为Q0。(2-43)(2-42)因此对于并联谐振电路（a）,它的有载品质因数为：41第2章 高频电路基础例2-1 如图2-15所示，抽头回路由电流源激励，忽略回路本 身的固有损耗，试求回路两段电压u(t)的表示式及回路带宽。图2-15 例2-1的电路解：
14、忽略回路的固有损耗，意味着Q0为无穷大。42第2章 高频电路基础可以看出，电路正好发生谐振，因此回路电压为：输出电压：有载品质因数：回路带宽：43第2章 高频电路基础例2-2 有一耦合回路如图2-16所示 ，已知信号源频率为1MHz , f01=f02=1MHz,初次级回路的特性阻 抗为1=2=1K，R1=R2=20,耦合 因子A=1.试求：(1)回路参数L1、L2、C1、C2和M(2)a-b两端的等效阻抗Z(3)初级回路的等效品质因数QL1(4)回路的通频带B0.7(5)如果调整C2，使f02为950kHZ（ 信号源频率仍为1MHz）,反射到初 级的阻抗呈容性还感性。图2-16 例2-2的电
15、路44第2章 高频电路基础解：因为两个回路参数相同，因此电路处于最佳全谐振 状态，故有：a-b等效阻抗回路电容回路电感互感45第2章 高频电路基础回路无载品质因数初级回路的等效品质因数回路的通频带当调整次级回路的谐振频率低于原来的谐振频率时，证明 电容C2比原来变大，故，在1MHz时次级回路呈容性，反射 到初级的反射阻抗成感性。 46第2章 高频电路基础2其它形式的滤波器随着无线电技术的飞速发展，在高频电子线路，特别是 高频集成模块中，对滤波器性能的要求越来越高，比如要求 非常高的频率稳定度，阻带衰减特性陡峭；因此采用普通的 LC滤波器的性能不可能满足要求。在高频电路系统中除了使 用LC谐振电
16、路外，目前还经常使用一些集中参数滤波器作为 选频电路，以改善电路的稳定性，及其系统性能以及电路的 微型化。目前常用的集中参数滤波器有：石英晶体滤波器(SiO2)陶瓷滤波器声表面滤波器等（Surface Acoustic Wave)。47第2章 高频电路基础（1）石英晶体滤波器石英晶体的物理特性压电效应:当石英晶体受外力作用而变形时（如伸缩、切变、扭曲等），它的表面上将产生正、负电荷，即产生电压；反之，如在晶体两端加上电压时，它将发生机械变形。这就叫 当外加电信号的频率接近晶体的固有机械谐振频率时，就会发生谐振现象。晶体谐振器的谐振频率与晶片的材料、几何形状、尺寸、切片方式等有关。48第2章 高频电路基础图2-17石英晶体谐振器（a）晶体形状、（b）切割方式、（c）晶振结构、（e）晶振符号(a)
