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1、1,第2章 高频电路基础,2.1 高频电路中的元器件 2.2 高频电路中的基本电路 2.3 电子噪声及其特性 2.4 噪声系数和噪声温度,2,2.1 高频电路中的元器件,一、高频电路中的元件,高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用的元器件基本相同，但要注意它们在高频使用时的高频特性。,高频电路中的元件主要是电阻器、电容器和电感器，它们都属于无源的线性元件。,高频电路中的有源器件主要是二极管、晶体管和集成电路，完成信号的放大、非线性变换等功能。,3,2.1 高频电路中的元器件,一、高频电路中的元件,1、高频电阻,高频等效电路：,CR为分布电容，LR为引线电感，R为电阻。,分布电容和引线电感越小
2、，表明电阻的高频特性越好。,4,2.1 高频电路中的元器件,频率越高，电阻器的高频特性表现越明显。,电阻器的高频特性与制作电阻的材料、电阻的封装形式和尺寸大小有密切关系。,1、高频电阻,一般地，金属膜电阻比碳膜电阻的高频特性要好，而碳膜 电阻比线绕电阻的高频特性要好; 表面贴装(SMD)电阻比普通电阻的高频特性要好; 小尺寸的电阻比大尺寸电阻的高频特性要好。,5,2.1 高频电路中的元器件,2、高频电容,高频电路中常常使用片状电容和表面贴装电容。,高频等效电路：,电阻RC为极间绝缘电阻，它是由于两导体间的介质的非理想(非完全绝缘)所致;,电感LC为分布电感或(和)极间电感。,在高频电路中，电容
3、的损耗可以忽略不计，但如果到了微波波段，电容中的损耗就必须加以考虑。,6,2.1 高频电路中的元器件,2、高频电容,电容器阻抗特性,每个电容器都有一个自身谐振频率。,：电容器呈正常的电容特性，,：电容器等效为一个电感。,7,2.1 高频电路中的元器件,3、高频电感,主要用作谐振元件、滤波元件和阻隔元件（称为射频扼流圈 RFC）。,电感线圈的损耗：在高频电路中是不能忽略的。 分布电容的影响：在分析一般的长、中、短波频段电路时，通常可以忽略。,高频等效电路：,8,Q 值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。,Q 定义：高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。,2.1 高频电路中的元器件,3、高
4、频电感,如何表示高频电感的损耗性能？,品质因数 Q,高频等效电路：,9,2.1 高频电路中的元器件,二、高频电路中的有源器件,主要是：,二极管,晶体管,集成电路,完成信号的放大、非线性变换等功能。,10,1、晶体二极管,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。,变容二极管,点接触式二极管、表面势垒二极管(又称肖特基二极管)。,2.1 高频电路中的元器件,高频中常用二极管：,特点：它们的极间电容小、工作频率高。,特点：电容随偏置电压变化。,11,2.1 高频电路中的元器件,2、晶体三极管与场效应管（FET),高频功率放大管要求除了增益外，要有较大的输出功率。,高频晶体管有
5、两大类型:,小信号放大的高频小功率管要求：增益高和噪声低;,小信号的场效应管也能工作在同样高的频率，且噪声更低。,目前双极型小信号放大管，工作频率可达几千兆赫兹，噪声系数为几分贝。,12,2.1 高频电路中的元器件,3、集成电路（IC),（1）目前通用型的宽带集成放大器，工作频率可达一二百兆赫兹，增益可达五六十分贝， 甚至更高。 用于高频的晶体管模拟相乘器，工作频率也可达一百兆赫兹以上。,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。,（2）专用集成电路(ASIC): 集成锁相环、集成调频信号解调器、单片集成接收机以及电视机中的专用集成电路等。,13,
6、2.2 高频电路中的基本电路,信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。,高频电路中的基本电路主要有：,高频振荡(谐振)回路,高频变压器,谐振器与各种滤波器,完成功能：,14,2.2 高频电路中的基本电路,一、高频振荡回路,本节主要内容：,1、简单振荡回路,2、抽头并联振荡回路,3、耦合振荡回路,二、高频变压器和传输线变压器,三、石英晶体谐振器,四、集中滤波器,15,2.2 高频电路中的基本电路,一、高频振荡回路,是高频电路中应用最广的无源网络，它是构成高频放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件。,下面分简单振荡回路、抽头并联振荡回路和耦合振荡回路三部分来讨论。,阻抗变换、信号选择与滤波、相频转换
7、和移相等功能，并可直接作为负载使用。,完成功能：,16,2.2 高频电路中的基本电路,1、简单振荡回路,振荡回路就是由电感和电容串联或并联形成的回路。,具有谐振特性和频率选择作用，这是它在高频电子线路中得到广泛应用的重要原因。,组成：,作用：,17,2.2 高频电路中的基本电路,1、简单振荡回路,（1）并联谐振回路,（2）串联谐振回路,18,（1）并联谐振回路,振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最大或最小值的特性称为谐振特性。,谐振特性：,并联阻抗：,谐振条件：,19,（1）并联谐振回路,(a)谐振频率,并联阻抗：,(b)特性阻抗,20,(a)谐振频率,并联阻抗：,(b)特性阻抗,(c)品质因
8、数,i,(d)谐振阻抗,谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比。,并联谐振回路的等效电路？,21,并联谐振回路的等效电路,等效电路,谐振阻抗：,并联阻抗：,22,(a)谐振频率,(b)特性阻抗,(c)品质因数,(d)谐振阻抗,用 r 表示,用 R0表示,23,并联回路谐振时的电流、电压关系,流过 L 的电流是感性电流，它落后于回路两端电压90。,流过 C 的电流是容性电流，超前于回路两端电压90。,流过R0的电流与回路电压同相。,24,并联回路谐振时的电流、电压关系,谐振时IL、IC与 I 的关系：,结论：通过电感线圈的电流 IL 或电容器的电流 IC 比外部电流 I 大得多。,25,（1）并
9、联谐振回路,分析并联回路在谐振频率附近的阻抗特性：,因为,定义广义失谐量:,26,广义失谐量:,分析：,ZP 达最大值：R0,阻抗模值：,阻抗相角：,并联阻抗：,27,阻抗模值：,阻抗相角：,阻抗特性：,相位特性：,28,分析相频特性：,并联LC回路呈容性。,并联LC回路呈感性。,感性,容性,回路谐振，呈纯电阻。,相频特性曲线呈负斜率特性，Q值越高曲线越陡峭。,29,谐振回路的两个重要参数 ,（1）通频带,又称3dB通频带，或半功率点通频带。,定义：阻抗幅频特性下降为谐振值（中心频率处）的 时对应的频率范围。,计算：,得到：,30,（2）矩形系数,衡量谐振回路幅频特性接近矩形的程度。,分析：,
10、理想矩形,并联谐振回路,结论: 单谐振回路的选择性很差。,31,需要注意：,Q Kr0.1 B0.707 三者关系,回路的Q越高，谐振曲线越尖锐，回路的B0.707越窄，但其Kr0.1并不改变。,这说明，对于简单并联谐振回路，回路Q对回路的通频带和高的选择性的矛盾不能兼顾。,32,1、简单振荡回路,（1）并联谐振回路,并联阻抗：,谐振频率：,品质因数：,并联谐振电阻：,通频带宽与矩形系数：,幅频特性与相频特性：,33,并联谐振回路幅频特性,B,求通频带宽：,34,B0.1,B0.707,并联谐振回路 幅频特性,0.1,求矩形系数：,35,二者关系：,空载Q值：,36,例 2-1 设一放大器以简
11、单并联振荡回路为负载，信号中心频率fs=10 MHz，回路电容C=50 pF， 试计算所需的线圈电感值。若线圈品质因数为Q=100，试计算回路谐振电阻及回路带宽。若放大器所需的带宽B0.7=0.5 MHz，则应在回路上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求?,37,（2）串联谐振回路,串联谐振回路是与并联谐振回路对偶的电路，其基本特性与并联谐振回路呈对偶关系，通频带、矩形系数与并联谐振回路相同。,电抗特性：,电路组成：,38,阻抗的幅频特性：,归一化电流的幅频特性：,（2）串联谐振回路,39,2. 抽头并联振荡回路,在实际应用中，常用到激励源或负载与回路电感或电容部分连接的并联振荡回路，即抽头
12、并联振荡回路。,作用：实现回路与信号源的阻抗匹配或者进行阻抗变换。,与外电路相连的那部分电抗与本回路参与分压的同性质总电抗之比。,（1）接入系数 p (或称抽头系数)：,p 也可用电压比表示：,40,回路与信号源的阻抗匹配,进行阻抗变换,41,2. 抽头并联振荡回路,电容分压式接入系数,自耦变压器接入系数,N1,（2）接入系数的计算,42,（3）折算方法,电阻等效折算,结论：电阻从低端向高端折合，阻值变大，是原来的1/P2倍。,U,UT,43,负载电容等效折算,（3）折算方法,电容变小,折算后阻抗变大，对回路的影响减轻！,44,信号源的折合,电压源的折合：,结论：电压源由低端向高端折合，电压变
13、大，是原来的1/P倍。,（3）折算方法,45,电流源的折合,结论：电流源由低端向高端折合，电流变小，是原来的P倍。,折合前后功率不变：,信号源的折合,U,UT,46,（4）在抽头回路中，谐振时的回路电流IL和IC与I的比值要小些，而不再是Q倍。,IL=pQI,接入系数 p 越小，IL 与 I 的比值也越小。,47,例 2-2 如图， 抽头回路由电流源激励，忽略回路本身的固有损耗，试求回路两端电压 u1(t) 的表示式及回路带宽。,48,作业,习题及补充,49,3. 耦合振荡回路,在高频电路中，有时用到两个互相耦合的振荡回路，也称为双调谐回路。,50,（1）进行阻抗转换以完成高频信号的传输; （
14、2）形成比简单振荡回路更好的频率特性。,3. 耦合振荡回路,耦合元件电抗的绝对值，与初次级中同性质元件电抗值的几何平均值之比，即：,耦合振荡回路的主要作用：,耦合系数 k ：,51,3. 耦合振荡回路,US,1）初、次级回路等效电路,定义自阻抗：,初、次级回路方程：,52,3. 耦合振荡回路,1）初、次级回路等效电路,反射阻抗：并不存在实体的反射阻抗，只是用来说明一个回路对另一个相互耦合回路的影响。,US,其中：,53,3. 耦合振荡回路,其 中：,初级回路等效电路：,次级回路等效电路：,54,2）谐振特性,研究输出回路电流 i2 与输入信号 us 比值的频率特性。,转移导纳：,US,3. 耦
15、合振荡回路,55,3. 耦合振荡回路,2）谐振特性,转移导纳：,US,假设：,L1=L2=L, C1=C2=C, Q1=Q2=Q,则，,耦合因数：,56,3. 耦合振荡回路,分析互感耦合回路的谐振特性曲线：,2）谐振特性,转移导纳：,US,求Y21极值：,得,Y21取得最大值：,Y21归一化值：,时，,57,弱耦合,58,3. 耦合振荡回路,分析互感耦合回路的谐振特性曲线：,Y21归一化值：,讨论：,（1）,在,时，即谐振点处，,次级回路电流达最大值。,求通频带：,令,求矩形系数：,令,临界耦合,59,结论： 临界耦合双回路的通频带较宽，选择性也较好。,临界耦合,60,3. 耦合振荡回路,讨论
16、：,（2）,过耦合,求双峰位置：,对 求导，并令其导数为零，得,峰值位置：,求凹陷值：,令,求B0.707,分析最大凹陷点为0.707时的耦合因子,令,谐振特性曲线：,61,过耦合,临界耦合,62,求B0.707,讨论：,（2）,过耦合,得,所以,结论： 过耦合双回路的通频带为单谐振回路的3.1倍。,63,3. 耦合振荡回路,分析互感耦合回路的谐振特性曲线：,Y21归一化值：,讨论：,（3）,欠耦合,在,时，即谐振点处，,次级回路电流未达最大值。,谐振特性曲线：,结论：当 欠耦合时, 曲线较尖，带宽窄，且其最大值也较小(比 时)。通常不工作在这种状态。,64,串并联阻抗等效互换,等效原则： 阻抗不变,结论：,其中：,
