高频电路高频电路基础PPT精品文档

《高频电路高频电路基础PPT精品文档》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频电路高频电路基础PPT精品文档（124页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第2章 高频电路基础第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础 2.1 高频电路中的高频电路中的元器件元器件2.2 高频电路中的高频电路中的组件组件2.3 阻抗变换阻抗变换与与阻抗匹配阻抗匹配2.4 电子噪声电子噪声(了解了解)2.5 非线性失真非线性失真(了解了解)1第2章 高频电路基础2.1 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 与在低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基本相同, 但要注意在高频使但要注意在高频使用时的用时的高频特性高频特性。2.1.1 高频电路中的无源元件高频电路中的无源元件 电阻、电容、电感电阻、电容、电感 （1） 电阻器电阻器 低频时：电阻特

2、性低频时：电阻特性 高频时：电阻特性、高频时：电阻特性、电抗特性电抗特性 高频特高频特性性CR分布电容分布电容LR引线电感引线电感 R电阻电阻2第2章 高频电路基础电阻分布电容越电阻分布电容越小小，引线电感越，引线电感越小小，其高频特性越，其高频特性越好好金属膜电阻金属膜电阻 碳膜电阻碳膜电阻 线绕电阻线绕电阻表面贴装电阻表面贴装电阻 引线电阻引线电阻小尺寸电阻小尺寸电阻 大尺寸电阻大尺寸电阻频率越频率越高高，电阻的高频特性越，电阻的高频特性越明显明显金属膜电阻金属膜电阻 碳膜电阻碳膜电阻 线绕电阻线绕电阻 3第2章 高频电路基础损耗一般用品质因数损耗一般用品质因数QC和损耗角和损耗角 表示：

3、表示：L LC C 分布电感、极间电感分布电感、极间电感 R RC C 极间绝缘电阻极间绝缘电阻理想电容理想电容器器实际电容器实际电容器高频时高频时（2）电容器）电容器等效电路：等效电路：在高频电路中，电容损耗可以忽略不计，在在高频电路中，电容损耗可以忽略不计，在微波微波波段，电容损耗必须考虑波段，电容损耗必须考虑4第2章 高频电路基础小型云母电容器：小型云母电容器：250MHZ圆片型瓷介电容器：圆片型瓷介电容器：300MHZ圆管型瓷介电容器：圆管型瓷介电容器：200MHZ圆盘型瓷介：圆盘型瓷介：3000MHZ小型纸介电容器：小型纸介电容器：80MHZ中型纸介电容器：中型纸介电容器：8MHZ不

4、同类型电容器的不同类型电容器的最高使用频率最高使用频率：5第2章 高频电路基础 损耗电阻：直流电阻、交流电阻损耗电阻：直流电阻、交流电阻（主要的主要的，涡流损耗、磁滞损耗），涡流损耗、磁滞损耗） 分布电容：各匝之间，匝与地之间分布电容：各匝之间，匝与地之间自身谐振频率自身谐振频率SRF：在在SRF上上, 阻抗幅值最大，相角为零阻抗幅值最大，相角为零在实际应用中，常用品质因数在实际应用中，常用品质因数Q表示表示损耗损耗（3）电感）电感Rac Rac 绕组铜损的电阻绕组铜损的电阻Rc Rc 磁心损耗的等效电阻磁心损耗的等效电阻C C 分布电容分布电容6第2章 高频电路基础 2 2高频电路中的有源器

5、件高频电路中的有源器件 二极管、晶体管、场效应管二极管、晶体管、场效应管（1） 二极管二极管 表面势垒二极管表面势垒二极管、点接触式二极管点接触式二极管、变容二极管变容二极管 检波、检波、 调制、调制、 解调、混频解调、混频 非线性变换电路非线性变换电路又称肖特基二极管（又称肖特基二极管（Schottky Barrier Diode，SBD）以贵金属（金、银、铝、铂等）为正极，以以贵金属（金、银、铝、铂等）为正极，以N型半导体为负极。型半导体为负极。表面势垒二极管表面势垒二极管： 100200MHZ用于高频大电流整流二极管、续流二极管或保护二极管用于高频大电流整流二极管、续流二极管或保护二极管

6、7第2章 高频电路基础点接触式二极管：点接触式二极管：300MHZ以上以上接触点小，其接触点小，其PN结的静电容量小，适用于高频电路。结的静电容量小，适用于高频电路。 接接触触面面小小不不能能通通过过大大电电流流，只只适适合合于于小小信信号号的的检检波波、整整流流、调制、混频和限幅，调制、混频和限幅， 一般用于振荡电路中，以取代传统的可变电容，达到调频一般用于振荡电路中，以取代传统的可变电容，达到调频的目的。的目的。变容二极管：变容二极管：是利用是利用PN结电容随外加反向偏压变化的特性制成。结电容随外加反向偏压变化的特性制成。在零偏压时，结电容最大，在零偏压时，结电容最大， 临近击穿时，结电容

7、最小。临近击穿时，结电容最小。8第2章 高频电路基础（2） 晶体管与场效应管（晶体管与场效应管（FET） 特点（和低频相比）特点（和低频相比）：工作原理相同，性能好：工作原理相同，性能好 在外形结构方面也有所不同在外形结构方面也有所不同 高频晶体管：高频晶体管：特征频率大于特征频率大于30MHZ 高频小功率管：小信号放大，要求高增益、低噪声高频小功率管：小信号放大，要求高增益、低噪声 高频功率放大管：功率放大，要求有较大的输出功率高频功率放大管：功率放大，要求有较大的输出功率 一般情况下，硅管大多数是高频管，锗管大多数是低一般情况下，硅管大多数是高频管，锗管大多数是低 频管。频管。 （3）集成

8、电路）集成电路种类比低频少得多：种类比低频少得多：通用型、专用型通用型、专用型9第2章 高频电路基础2.2 2.2 高频电路中的组件高频电路中的组件 主要组件主要组件: : a) a) 高频振荡（谐振）回路高频振荡（谐振）回路（重点）（重点） b) b) 高频变压器和传输线变压器高频变压器和传输线变压器（部分重点）（部分重点） c) c) 石英晶体谐振器石英晶体谐振器（重点）（重点） d) d) 滤波器、高频衰减器（自学）滤波器、高频衰减器（自学）主要功能主要功能： a) a) 信号的传输信号的传输 b) b) 频率选择频率选择 c) c) 阻抗变换阻抗变换10第2章 高频电路基础分类：分类：

9、a) 串联振荡回路串联振荡回路 b) 并联振荡回路并联振荡回路 c) 抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路 d) 耦合振荡回路（耦合振荡回路（了解了解） 2.2.1 2.2.1 高频振荡回路高频振荡回路（重点）（重点） 定义：定义：由由电感电感和和电容电容串联或并联形成的回路串联或并联形成的回路LC谐振回路谐振回路最为常用的无最为常用的无源网络源网络简单振荡回路简单振荡回路（单振荡回路）（单振荡回路）功能：功能：a)阻抗变换、信号选择阻抗变换、信号选择（工作在谐振状态）（工作在谐振状态）高频小信号放大器高频小信号放大器、高频功率放大器高频功率放大器的输出回路的输出回路 b)频幅转换、频相转换频幅转

10、换、频相转换（工作在失谐状态）（工作在失谐状态）斜率鉴频、相位鉴频电路斜率鉴频、相位鉴频电路11第2章 高频电路基础振荡回路就是由振荡回路就是由L和和C串联或并联形成的回路。串联或并联形成的回路。1. 简单振荡回路简单振荡回路谐振特性谐振特性：简单振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有阻：简单振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有阻抗最大和最小值的特性。特定频率为抗最大和最小值的特性。特定频率为谐振频率谐振频率。串联串联并联并联12第2章 高频电路基础1 1）串联谐振回路）串联谐振回路 损耗电阻，损耗电阻，通常很通常很小小回路阻抗：回路阻抗：电路结构：电路结构： 纯阻性纯阻性13第2章 高频电路基础

11、相移为零相移为零阻抗最小阻抗最小14第2章 高频电路基础用于信号选择用于信号选择谐振频率谐振频率:谐振时的信号频率谐振时的信号频率谐振电阻：谐振电阻： 回路谐振时的电阻值回路谐振时的电阻值 谐振电流：谐振电流： 回路谐振时流过的电流回路谐振时流过的电流谐振特性：谐振特性： 串联振荡回路信号为串联振荡回路信号为 时：时： （1）回路的）回路的电抗为零、纯阻性、相移为零、阻抗值最小电抗为零、纯阻性、相移为零、阻抗值最小 （2）流过电路的）流过电路的电流最大电流最大 （3）电流电压同相电流电压同相15第2章 高频电路基础 串联回路谐振时的串联回路谐振时的电流电流、 电压电压关系：关系： 16第2章

12、高频电路基础 谐振曲线：谐振曲线：串联振荡回路两端串联振荡回路两端电压信号电压信号幅值不变，幅值不变，回路回路 电流与谐振电流与谐振电流之比的模电流之比的模随频率变化的曲线。随频率变化的曲线。 令：令：品质因数品质因数17第2章 高频电路基础特点：特点：品质因数越大，曲线越尖锐，带宽越窄，回路选择性越好品质因数越大，曲线越尖锐，带宽越窄，回路选择性越好通频带通频带回路带宽（通频带）回路带宽（通频带）：广义失谐：广义失谐： 回回路路电电流流值值下下降降为为谐谐振振值值的的1/ 2时对应的频率范围时对应的频率范围18第2章 高频电路基础负载负载 在在实实际际选选频频应应用用时时，串串联联回回路路适

13、适合合于于信信号号源源和和负负载载串串联联连连接接，使使有用信号有用信号通过回路有效地传送给负载。通过回路有效地传送给负载。串联谐振回路的选频应用串联谐振回路的选频应用 串串联联振振荡荡回回路路两两端端输输入入幅幅值值相相同同、频频率率不不同同的的电电压压信信号号时时，只只有有频频率率在在通通频频带带内内部部的的信信号号在在回回路路中中产产生生的的电电流流较大。较大。19第2章 高频电路基础内容小结内容小结：1）电路结构、阻抗特性）电路结构、阻抗特性 3）谐振特性、谐振时电压电流关系）谐振特性、谐振时电压电流关系 4）谐振曲线）谐振曲线 5）选频应用选频应用讨论：讨论：1）串联谐振回路中，哪些

14、参数反映回路本身特性，只串联谐振回路中，哪些参数反映回路本身特性，只 和回路的本身结构有关？和回路的本身结构有关？2）串串联联电电路路接接负负载载后后，回回路路哪哪些些参参数数可可能能发发生生变变化化，怎样变化？怎样变化？20第2章 高频电路基础2 2） 并联谐振回路并联谐振回路回路阻抗：回路阻抗：电路结构：电路结构：21第2章 高频电路基础因为：因为：串并转换串并转换等效等效电路电路很大很大22第2章 高频电路基础谐振电阻：谐振电阻：谐振特性：谐振特性：在并联振荡回路输入信号的频率为在并联振荡回路输入信号的频率为 时时 （1）回路的）回路的阻抗最大、纯阻性阻抗最大、纯阻性 （2）回路两端）回

15、路两端电压最大电压最大 （3）电流、电压）电流、电压同相同相谐振频率：谐振频率：品质因数：品质因数：23第2章 高频电路基础并联回路谐振时的电流、并联回路谐振时的电流、 电压关系：电压关系：24第2章 高频电路基础 谐振曲线：谐振曲线：回路回路任意频率下阻抗任意频率下阻抗与与谐振电阻谐振电阻之比的模随之比的模随频率频率变变 化的曲线。化的曲线。 通频带通频带25第2章 高频电路基础在在实实际际选选频频应应用用时时，并并联联回回路路适适合合与与信信号号源源和和负负载载并并联联连连接接，使使有有用用信信号号在在负载上的电流振幅最大。负载上的电流振幅最大。 并联谐振回路选频应用：并联谐振回路选频应用

16、： 并并联联振振荡荡回回路路输输入入幅幅值值相相同同、频频率率不不同同的的电电流流信信号号时时，只只有有频频率率在在通通频频带带内内部部的的信信号号在在回回路路两两端端产产生生的的电压较大电压较大。26第2章 高频电路基础 2）并联电路接信号源与负载后，回路哪些参数可能并联电路接信号源与负载后，回路哪些参数可能 发生变化，怎样变化？发生变化，怎样变化？讨论：讨论：1）并联谐振回路参数中，哪些是反映回路本身特性，并联谐振回路参数中，哪些是反映回路本身特性， 只和回路本身结构有关？只和回路本身结构有关？内容小结内容小结：1）电路结构）电路结构 2）特性参数）特性参数 3）谐振时电压电流关系）谐振时

17、电压电流关系 4）谐振特性与谐振曲线）谐振特性与谐振曲线 5）选频应用）选频应用27第2章 高频电路基础 例例2-1 设设一一放放大大器器以以简简单单并并联联振振荡荡回回路路为为负负载载, 信信号号中中心心频频率率fs=10MHz, 回路电容回路电容C=50pF, (1) 试计算所需的线圈电感值。试计算所需的线圈电感值。 (2) 若线圈品质因数为若线圈品质因数为Q=100, 试计算回路谐振电阻试计算回路谐振电阻 及回路带宽。及回路带宽。 (3) 若放大器所需的带宽若放大器所需的带宽B=0.5 MHz, 则应在回路上则应在回路上 并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求并联多大电阻才能满足放大器所

18、需带宽要求? 解解 ： （1） 计算计算L值值 28第2章 高频电路基础 将将f0以以兆兆赫赫兹兹(MHz)为为单单位位, 以以皮皮法法(pF)为为单单位位, L以微亨（以微亨（H）为单位，）为单位， 上式可变为一实用计算公式上式可变为一实用计算公式: 将将f0=fs=10 MHz代入代入, 得得（2）回路谐振电阻和带宽）回路谐振电阻和带宽回路带宽为回路带宽为 29第2章 高频电路基础（3）求满足）求满足0.5 MHz带宽的并联电阻带宽的并联电阻此时要求的带宽此时要求的带宽B=0.5 MHz, 故故回路总电阻为回路总电阻为 设回路上并联电阻为设回路上并联电阻为R1, 并联后的总电阻为并联后的总

19、电阻为R1R0, 回路有载品质因数为回路有载品质因数为QL。 由带宽公式有由带宽公式有需要在回路上并联需要在回路上并联7.97 k的电阻。的电阻。 30第2章 高频电路基础2. 2. 抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路 概念：激励源概念：激励源或或负载负载与回路与回路电感电感或或电容电容部分连接部分连接的的并联振荡并联振荡回路回路激励源激励源与与电电感感部分连接部分连接负载负载与与电感电感部分连接部分连接负载负载与与电容电容部分连接部分连接激励源激励源与与电电感感部分连接部分连接负载负载与与电容电容部分连接部分连接激励源激励源与与电电容容部分连接部分连接31第2章 高频电路基础功能功能： 频率选

20、择频率选择 阻抗变换：阻抗变换： 1）使信号源内阻和回路阻抗匹配使信号源内阻和回路阻抗匹配 2）减小信号源和负载对谐振回路的影响）减小信号源和负载对谐振回路的影响接入系数：接入系数：与外电路相连的那与外电路相连的那部分电抗部分电抗与本回路参与与本回路参与 分压的同性质分压的同性质总电抗总电抗之比之比 p 与外电路相连的那部分电抗上的电压与本与外电路相连的那部分电抗上的电压与本 回路参与分压的同性质总电抗上的回路参与分压的同性质总电抗上的电压之比电压之比32第2章 高频电路基础接入系数与阻抗变换公式接入系数与阻抗变换公式:图（图（a）：）：接入系数：接入系数：（ ）输入端等效电阻：输入端等效电阻

21、：思考？思考？33第2章 高频电路基础图（图（b）：）：接入系数：接入系数：输入端等效电阻：输入端等效电阻：思考？思考？34第2章 高频电路基础 谐振时的回路电流谐振时的回路电流I IL L与与I I的比值的比值要小些要小些, , 而不再是而不再是Q。电流源折合：电流源折合：信号源折合：信号源折合：电压源折合：电压源折合：适合于信号源与谐振回路部分连接的情况（图适合于信号源与谐振回路部分连接的情况（图2-9 a、b、c）35第2章 高频电路基础例例2-2 如如图图2-11，抽抽头头回回路路由由电电流流源源激激励励, 忽忽略略回回路路本本身身的的固固有损耗有损耗, 试求回路两端电压试求回路两端电

22、压u(t)的表示式及的表示式及回路带宽回路带宽。36第2章 高频电路基础由于忽略了回路本身的固有损耗由于忽略了回路本身的固有损耗, 因此：因此：Q 谐振角频率为谐振角频率为 ：电阻电阻R1的接入系数：的接入系数：回路电容为：回路电容为：解：解：37第2章 高频电路基础输出电压为输出电压为 ： 回路有载品质因数回路有载品质因数 ：回路带宽回路带宽 ：回路两端电压回路两端电压u(t)： 等效到回路两端的电阻为：等效到回路两端的电阻为： 38第2章 高频电路基础抽头并联谐振回路小结：抽头并联谐振回路小结：阻抗变换：阻抗变换：信号源折合：信号源折合：回路功能：回路功能：2）减小信号源和负载对回路的影响

23、）减小信号源和负载对回路的影响 （谐振电阻谐振电阻，品质因数品质因数）1）实现信号源和负载阻抗匹配）实现信号源和负载阻抗匹配计算分析计算分析：通过：通过阻抗变换阻抗变换和和信号源折合信号源折合转换成转换成简单并联谐振简单并联谐振 回路回路，再进行计算分析，再进行计算分析39第2章 高频电路基础概念：概念：两个两个互相耦合的互相耦合的振荡回路振荡回路, 也称为也称为双调谐回路双调谐回路。 接有激励信号源的回路接有激励信号源的回路初级回路初级回路 与负载相接的回路与负载相接的回路次级回路（负载回路）次级回路（负载回路）互感耦合回路：互感耦合回路：电容耦合回路：电容耦合回路：初级回路初级回路次级回路

24、次级回路初级回路初级回路次级回路次级回路 3. 3. 耦合振荡回路耦合振荡回路功能：功能：阻抗变换；获得比简单振荡回路更好的频率特性阻抗变换；获得比简单振荡回路更好的频率特性40第2章 高频电路基础应用条件：应用条件：两个回路都对信号频率调谐；都为高两个回路都对信号频率调谐；都为高Q Q回路回路原理和特性（以原理和特性（以互感耦合回路互感耦合回路为例）：为例）：对次级回路：并串转换对次级回路：并串转换主要分析：转移阻抗特性主要分析：转移阻抗特性对初级回路：对初级回路：41第2章 高频电路基础次级回路对初级回路反射阻抗次级回路对初级回路反射阻抗 初级串联阻抗：初级串联阻抗：引入引入广义失谐：广义

25、失谐： 次级串联阻抗：次级串联阻抗：转移阻抗为转移阻抗为 考虑次级的反映阻抗考虑次级的反映阻抗, 则：则：耦合系数：耦合系数：耦合因子耦合因子 ：42第2章 高频电路基础经简化得转移阻抗：经简化得转移阻抗：欠耦合欠耦合过耦合过耦合临界耦合临界耦合A=A=1 1时，临界耦合系数：时，临界耦合系数：归一化转移阻抗：归一化转移阻抗：43第2章 高频电路基础临界耦合时：临界耦合时：矩形系数矩形系数:临界耦合临界耦合并联谐振回路和串联回并联谐振回路和串联回路的路的Kr0.1=9.9644第2章 高频电路基础工作原理：工作原理：同低频变压器，同低频变压器，靠磁通交链靠磁通交链, ,靠互感进行耦合靠互感进行

26、耦合结构：结构：1 1）采用导磁率）采用导磁率高、高频损耗小的软磁材料作磁芯。高、高频损耗小的软磁材料作磁芯。 2 2）一般用于小信号场合一般用于小信号场合, 尺寸小尺寸小, 线圈匝数较少。线圈匝数较少。 环形磁芯 罐形磁芯 双孔磁芯 2.2.2 2.2.2 高频变压器和传输线变压器高频变压器和传输线变压器功能：功能：信号传输、信号传输、阻抗变换阻抗变换、隔绝直流、隔绝直流1. 1. 高频变压器（工作于几十高频变压器（工作于几十MHzMHz以下）以下）45第2章 高频电路基础46第2章 高频电路基础电路符号：电路符号：等效电路：等效电路：LL初级励磁电感初级励磁电感L LS S 漏感漏感C C

27、S S 分布电容分布电容低频端：低频端：L有分流作用，有分流作用， LS的分压作用和的分压作用和CS分流作用可以忽略分流作用可以忽略高频端：高频端： LS起分压作用，起分压作用，CS起旁路作用，起旁路作用，L的旁路作用可以忽略的旁路作用可以忽略 为为了了展展宽宽高高频频范范围围，应应尽尽量量减减少少LS和和CS，即即减减少少初初级级线线圈圈匝匝数，数，但但L也迅速减小，低频响应变差也迅速减小，低频响应变差。 解解决决办办法法：可可采采用用导导磁磁率率高高的的磁磁芯芯，在在减减小小匝匝数数的的同同时时保保持持励磁电感的值。励磁电感的值。47第2章 高频电路基础设：设：1 1）初级为两个等匝数的线

28、圈串联）初级为两个等匝数的线圈串联, , 极性相同极性相同 2 2）初次级匝比）初次级匝比 n =N1/N2。电路图：电路图：线圈间的电压电流关系：线圈间的电压电流关系：典型应用：典型应用：作四端口器件应用作四端口器件应用 中心抽头变压器（中心轴变压器）：中心抽头变压器（中心轴变压器）：概念：概念： 具有具有中心抽头中心抽头的的三绕组三绕组高频变压器，高频变压器，可实现多个输入信号的相加或相减可实现多个输入信号的相加或相减作为理想变压器看待时：作为理想变压器看待时：48第2章 高频电路基础概念：概念：利用绕制在磁环上的传输线而构成的高频变压器。利用绕制在磁环上的传输线而构成的高频变压器。典型的

29、结构：典型的结构：电路图：电路图：2.2.传输线变压器（工作于几百传输线变压器（工作于几百MHz)MHz)特点：特点：高频专用，工作频率高，工作频带宽高频专用，工作频率高，工作频带宽功能：功能：阻抗变换阻抗变换、信号传输、信号传输49第2章 高频电路基础50第2章 高频电路基础51第2章 高频电路基础 1 1）变压器工作方式）变压器工作方式注意：注意：在传输线的实际应用时，通常两种方式同时存在在传输线的实际应用时，通常两种方式同时存在电路：电路：特点：特点：两线圈端（两线圈端（1、2与与3、4）有同相的电压）有同相的电压工作方式：工作方式：传输线工作方式、变压器工作方式传输线工作方式、变压器工

30、作方式52第2章 高频电路基础特点：特点：a. 在传输线的任一点上，两导线上的电流大小相等，在传输线的任一点上，两导线上的电流大小相等， 方向相反方向相反 b. R RL与与Z ZC C相等而匹配时，两导线间的电压沿线均匀分相等而匹配时，两导线间的电压沿线均匀分 布，有最大的传输带宽布，有最大的传输带宽2 2）传输线工作方式）传输线工作方式原理电路：原理电路：原理：原理：利用导线间的利用导线间的分布电容分布电容和和分布电感分布电感组成的组成的电磁波电磁波传输系传输系统统v1 = = v2 = = vi1 = = i2 = = i 53第2章 高频电路基础（1 1）高频）高频1 1：1 1反相器

31、：反相器：应用举例：应用举例：a） 高频反相器高频反相器 b）不平衡不平衡平衡变换器，平衡变换器，平衡平衡不平衡变换器不平衡变换器 c）3 3 分贝耦合器、分贝耦合器、 1 1：1 1高频反相器高频反相器 d）14 14 阻抗变换器、阻抗变换器、 4141阻抗变换器阻抗变换器54第2章 高频电路基础（2 2）对称）对称不对称变换不对称变换 将将对地对称的双端对地对称的双端输输入信号转换为入信号转换为对地不对称对地不对称的单端的单端输出信号输出信号（3 3）不对称）不对称对称变换对称变换 将将对地不对称的单端对地不对称的单端输入信号转换为输入信号转换为对地对对地对称的双端称的双端输出信号输出信号

32、55第2章 高频电路基础（4 4）4 4：1 1 阻抗变换器阻抗变换器（5 5）1 1：4 4 阻抗变换器阻抗变换器56第2章 高频电路基础（1）石英晶体）石英晶体 SiO2结晶体结晶体（2）晶片）晶片天然或人工生成的天然或人工生成的石英晶体切片石英晶体切片2.2.3 2.2.3 石英晶体谐振器石英晶体谐振器1.1.石英晶体石英晶体(Quartz-Crystal)谐振器的构成谐振器的构成57第2章 高频电路基础在晶片的两面制作电极在晶片的两面制作电极将电极与底座的插脚相连将电极与底座的插脚相连最后以最后以金属壳或玻璃壳封装金属壳或玻璃壳封装电路符号电路符号58第2章 高频电路基础压电效应：压电

33、效应：晶体发生机械形变晶体发生机械形变对应表面产生正、负荷，呈对应表面产生正、负荷，呈 现出电压。现出电压。反压电效应：反压电效应：给晶片施加电场，晶片将延伸或压缩，发生形变给晶片施加电场，晶片将延伸或压缩，发生形变 谐振原理：谐振原理：在晶体两端加交变电压在晶体两端加交变电压晶体会发生周期性振动晶体会发生周期性振动电荷的周期性变化电荷的周期性变化交流电流流过晶体。交流电流流过晶体。 2.2.谐振原理谐振原理压电效应、反压电效应压电效应、反压电效应 固固有有谐谐振振频频率率：晶晶体体是是弹弹性性固固体体，对对于于某某一一种种振振动动方方式式，有有一一个个机机械械的的谐谐振振频频率率。与与切切割

34、割方方位位、形形状状、大大小小有有关关，且且十十分分稳稳定。定。59第2章 高频电路基础共振现象：共振现象： 当当高高频频交交流流电电压压加加于于晶晶片片两两端端时时，晶晶片片将将随随交交变变信信号号的的变变化化而而产产生生机机械械振振动动，当当其其振振荡荡频频率率与与晶晶片片固固有有振振荡荡频频率率相相等等时时，机机械械振振动动幅幅度度最最大大，流过晶片的流过晶片的电流最大，电流最大，产生电能和机械能的转换，在电路上表现出产生电能和机械能的转换，在电路上表现出电谐振电谐振。多谐性：多谐性： 石英晶片的共振具有多谐性，即除可以石英晶片的共振具有多谐性，即除可以基频共振基频共振外，还可以外，还可

35、以谐频共振谐频共振，通，通常把利用晶片的基频共振的谐振器称为常把利用晶片的基频共振的谐振器称为基频（基音）谐振器基频（基音）谐振器，利用晶片谐频，利用晶片谐频共振的谐振器称为共振的谐振器称为泛音谐振器泛音谐振器。 30MHz以下以下的晶体工作在的晶体工作在基音基音上上30MHz以上以上的晶体工作在的晶体工作在泛音泛音上（上（3、5、7次泛音）次泛音）频率越高，晶片越薄，越容易振碎频率越高，晶片越薄，越容易振碎60第2章 高频电路基础谐振频率附近谐振频率附近的等效电路的等效电路串并联的振荡回路串并联的振荡回路C0：晶体作为电介质的：晶体作为电介质的静态电容，静态电容，大约大约2 5 pF rq

36、：机械摩擦和空气阻尼引起的损耗，：机械摩擦和空气阻尼引起的损耗，动态电阻，动态电阻，很小很小Lq：机械共振经压电转换而呈现的：机械共振经压电转换而呈现的动态电感，动态电感，很大很大 低频低频晶体晶体较厚较厚，质量较大，动态电感，质量较大，动态电感较大较大 高频高频晶体晶体较薄较薄，质量较小，动态电感，质量较小，动态电感较小较小100H（100 kHz） 1H（1 MHz） 10 mH（10 MHz）Cq ：机械共振经压电转换而呈现的：机械共振经压电转换而呈现的动态电容动态电容，大约大约0.005 0.1 pF ，很小很小包括基音、泛音在内的等效电路：包括基音、泛音在内的等效电路：（1）等效电路

37、）等效电路3. 3. 等效电路及阻抗特性等效电路及阻抗特性61第2章 高频电路基础（2 2）阻抗特性）阻抗特性阻抗的一般表示式：阻抗的一般表示式：忽略忽略r rq q后：后：串联谐振频率：串联谐振频率：Lq,Cq组成的串联谐振组成的串联谐振回路的谐振频率回路的谐振频率并联谐振频率：并联谐振频率：Co,Lq,Cq组成的并联谐振回路的谐振频率组成的并联谐振回路的谐振频率C0Cq, ,所以所以 0 0很靠近很靠近 q q，5MHz的晶体：的晶体： f0fq 6.5 kHz62第2章 高频电路基础电抗特性曲线：电抗特性曲线：品质因数：品质因数：很大很大接入系数：接入系数：很小很小fq fo 之间为高之

38、间为高 Q 电感电感fq 附近为串联谐振，相当于短路附近为串联谐振，相当于短路fo 附近为并联谐振，附近为并联谐振，Ze曲线特点：曲线特点：63第2章 高频电路基础4.4.晶体谐振器的特点晶体谐振器的特点 （1 1）并联谐振阻抗高）并联谐振阻抗高 （2 2）品质因数非常高）品质因数非常高上万上万 （3 3）接入系数非常小）接入系数非常小1010-3-3 （4 4） fq和和f0非常稳定非常稳定5.5.晶体谐振器的应用晶体谐振器的应用 （1 1）应用于晶体振荡器中）应用于晶体振荡器中 （2 2）应用于高频窄带滤波器）应用于高频窄带滤波器64第2章 高频电路基础2.2.4 2.2.4 集中滤波器集

39、中滤波器 集中滤波器的引入：集中滤波器的引入： 集集中中滤滤波波器器的的常常见见类类型型：LC式式集集中中选选择择滤滤波波器器、晶晶体体滤波器滤波器、陶瓷滤波器陶瓷滤波器和和声表面波滤波器声表面波滤波器。 1、陶瓷滤波器、陶瓷滤波器 压压电电陶陶瓷瓷：某某些些经经过过特特殊殊处处理理（经经高高压压电电场场极极化化）后后的的陶陶瓷瓷具具有有与与石石英英晶晶体体类类似似的的压压电电效效应应，这这种种陶陶瓷瓷称称为压电陶瓷。压电陶瓷的等效电路与石英晶体类似。为压电陶瓷。压电陶瓷的等效电路与石英晶体类似。 65第2章 高频电路基础压电陶瓷的特性：Q值：远大于LC回路，远小于石英晶体； 带宽：小于LC回

40、路，大于石英晶体； 工作频率：1100MHz 相对带宽：0.1%10% 图 2-25 陶瓷滤波器电路 66第2章 高频电路基础2、声表面波滤波器、声表面波滤波器 (1) 声声表表面面波波(SAW)：是是在在压压电电固固体体材材料料表表面面产产生生和和传传播播、且且振振幅幅随随深深入入固固体体材材料料的的深深度度增增加加而而迅迅速速减减小小的的弹性波。弹性波。 (2) 声表面波的特点声表面波的特点：A、能能量量密密度度高高，其其中中90%的的能能量量集集中中在在厚厚度度等等于于一一个个波波长的表面薄层中；长的表面薄层中；B、传传输输速速度度慢慢，约约为为纵纵波波速速度度的的45%，是是横横波波速

41、速度度的的90% 。 (3) 声声表表面面波波器器件件：是是一一种种利利用用沿沿弹弹性性固固体体表表面面传传播播机机械振动波的器件。主要有滤波器、延迟线等。械振动波的器件。主要有滤波器、延迟线等。67第2章 高频电路基础 (4) 声表面波滤波器的传输函数 图 2-26为声表面波滤波器结构示意图 其的传输函数为 （2-47） 68第2章 高频电路基础69第2章 高频电路基础 (5) 声表面器件的主要特性声表面器件的主要特性 A、工作频率范围宽，可达、工作频率范围宽，可达1010000MHz； B、相对频带也较宽，一般可达、相对频带也较宽，一般可达1%50%； C、便于微型化和片式化；、便于微型化

42、和片式化； D、带内插入衰减大，一般不低于、带内插入衰减大，一般不低于15dB最突出的不足；最突出的不足； E、矩形系数可做到、矩形系数可做到1.12；如图；如图2-24. 总总之之，声声表表面面波波器器件件与与其其他他滤滤波波器器相相比比，具具有有：频频率率特特性性好好、性性能能稳稳定定、体体积积小小、设设计计灵灵活活、可可靠靠性性高高，制制造造简单且重复性好，便于大批量生产。简单且重复性好，便于大批量生产。70第2章 高频电路基础71第2章 高频电路基础五、五、 衰减器与匹配器衰减器与匹配器 1、高频衰减器、高频衰减器 高频衰减器的分类高频衰减器的分类：固定高频衰减器、可调高频衰减器。：固

43、定高频衰减器、可调高频衰减器。 高频衰减器的结构高频衰减器的结构：T型、型、型、型、O型、型、L型、型、U型、桥型、桥T型等，其中型等，其中T型和型和型用的最广泛。型用的最广泛。 高频衰减器的线路阻抗高频衰减器的线路阻抗：主要有：主要有50和和75两种两种。图2-25 T型和网络72第2章 高频电路基础2、高频匹配器、高频匹配器 高频匹配器主要用于阻抗变换，由于在高频电路中，高频匹配器主要用于阻抗变换，由于在高频电路中，其常用组件或电路的输入、输出阻抗要么是其常用组件或电路的输入、输出阻抗要么是50的的，要么，要么是是75的，所以，常用的，所以，常用高频匹配器主要是高频匹配器主要是50和和75

44、之间进之间进行变换行变换。T T型匹配器电路如下图所示。型匹配器电路如下图所示。 图 2-26 T型电阻网络匹配器 73第2章 高频电路基础2.3 2.3 阻抗变换与阻抗匹配阻抗变换与阻抗匹配若若RS RL，阻抗不匹配，传输效率不高，阻抗不匹配，传输效率不高 信号源信号源/前级单元电路前级单元电路 负载负载/ 后级单元电路后级单元电路RS（RO）RL（Ri）RL（Ri）若若RS= RL ，阻抗匹配，传输效率高，阻抗匹配，传输效率高 信号源信号源/前级单元电路前级单元电路 负载负载/ 后级单元电路后级单元电路RS（ZO）RL（Ri）阻阻抗抗变变换换网络网络74第2章 高频电路基础2.3.1 2.

45、3.1 振荡回路阻抗变换振荡回路阻抗变换 抽头并联抽头并联谐振回路：适合于谐振回路：适合于高高Q时；时； 耦合耦合谐振回路：通过改变谐振回路：通过改变M，改变，改变Zf，从而，从而改改 变初级谐振回路的阻抗变初级谐振回路的阻抗2.3.2 LC2.3.2 LC网络阻抗变换网络阻抗变换( (重点介绍重点介绍) )2.3.3 2.3.3 高频高频变压器阻抗变换变压器阻抗变换 传输线变压器阻抗变换传输线变压器阻抗变换2.3.4 2.3.4 电阻网络阻抗变换电阻网络阻抗变换具有滤波能力具有滤波能力窄带窄带无滤波能力无滤波能力需加滤波网络需加滤波网络宽带宽带75第2章 高频电路基础1. 1. 串串并联等效

46、转换公式并联等效转换公式 2.3.2 LC2.3.2 LC网络阻抗变换网络阻抗变换品质因数：品质因数：主要分析的问题：主要分析的问题： RP 、XP 、QP 与与 XS 、RS、 QS 之间的关系之间的关系等效原则：变换前后电路总等效原则：变换前后电路总阻抗不变：阻抗不变：76第2章 高频电路基础要使要使ps，必须满足：，必须满足： 品质因数相等品质因数相等 电阻、电抗之间的电阻、电抗之间的 关系关系77第2章 高频电路基础2. L2. L型匹配网络型匹配网络L-I L-I 型：型：负载电阻负载电阻与与网络电抗网络电抗并联并联L-IIL-II型：型：负载电阻负载电阻与与网络电抗网络电抗串联串联

47、L-IIL-II型型由由两个性质相异的电抗两个性质相异的电抗元件组成元件组成L-IL-I型型LCLC网络网络有有3 3种类型：种类型：L L型、型、T T型、型、IIII型型78第2章 高频电路基础L-I L-I 型匹配网络：型匹配网络：要分析的问题：要分析的问题：已知已知 R Rs s、R RL L，根据匹配要求确定，根据匹配要求确定 X XS S 、 X XP P匹配要求：匹配要求：（1）匹配后的负载电阻等于信号源内阻）匹配后的负载电阻等于信号源内阻,即即: :R Re e= R= Rs s（2）匹配后的网络）匹配后的网络对工作频率谐振对工作频率谐振信信 号号 源源Re匹配后的负载电阻匹配

48、后的负载电阻设：设：RL负载电阻负载电阻 RS信号源内阻信号源内阻当当RSRL时，采用时，采用L-I型网络匹配型网络匹配79第2章 高频电路基础由匹配要求，应有：由匹配要求，应有：由由得出：得出：由由得出：得出：由由得出：得出：Re匹配后的负载电阻匹配后的负载电阻L-IL-I型网络适合于型网络适合于RSRL时，采用时，采用L-II型网络匹配型网络匹配要分析的问题：要分析的问题：已知已知 R Rs s( (R Re e) )、R RL L，根据匹配要求，求，根据匹配要求，求X XS S 、 X XP P81第2章 高频电路基础由匹配的要求，应有：由匹配的要求，应有：由由得出：得出：由由得出：得出

49、：由由得出：得出：Re匹配后的负载电阻匹配后的负载电阻L-IIL-II型网络适合于型网络适合于Re RL的情况的情况Re串并转换串并转换82第2章 高频电路基础由由三个电抗三个电抗元件元件( (两个同性质两个同性质，一个异性质一个异性质) )组成组成2. T 2. T 和和型匹配网络型匹配网络T T型型型型1）网络的结构受信号源内阻和负载电阻的大小关系的影响）网络的结构受信号源内阻和负载电阻的大小关系的影响2）品质因数）品质因数Q不可控，不能兼顾滤波要求不可控，不能兼顾滤波要求L型网络的特点：型网络的特点：83第2章 高频电路基础T T型匹配网络：型匹配网络：R Re eR Re eL-IIL

50、-II型型L-IL-I型型对对L-IL-I型：型：对对L-IIL-II型：型：84第2章 高频电路基础R Re e型匹配网络：型匹配网络：L-IIL-II型型L-IL-I型型对对L-IIL-II型：型：对对L-IL-I型：型：R Re e85第2章 高频电路基础1）网络的结构不受信号源内阻和负载电阻的大小关系的影响。）网络的结构不受信号源内阻和负载电阻的大小关系的影响。2）品质因数）品质因数Q是可控的，可满足不同的带宽要求，兼顾滤波是可控的，可满足不同的带宽要求，兼顾滤波 要求要求T型和型和型网络的特点：型网络的特点：86第2章 高频电路基础 例例 已已知知某某电电阻阻性性负负载载为为10，请

51、请设设计计一一个个匹匹配配网网络络，使使该该负负载载在在20MHz时时转转换换为为50。如如负负载载由由10电电阻阻和和0.2H电电感感串串联联组组成，又该怎样设计匹配网络成，又该怎样设计匹配网络?解：解：由题意可知，由题意可知，ReRL， 故采用故采用L-型网络：型网络：由式由式(2-52b), (2-52c) 求得所需电抗值：求得所需电抗值：信信 号号 源源Re匹配后的负载电阻匹配后的负载电阻87第2章 高频电路基础 由由0.16H电感和电感和318pF电容组成的电容组成的L-型匹配网络：型匹配网络：88第2章 高频电路基础如负载为如负载为10电阻和电阻和0.2 H电感相串联：电感相串联：

52、XL=L=2201060.210-6=25.1 XL+XS=XS XS=XS-XL=20-25.1=-5.1 0.2H电感在电感在20MHz时的电抗值为：时的电抗值为：89第2章 高频电路基础 由由1560pF和和318pF两两个个电电容容组组成成，这这是是因因为为负负载载电电感感量量太大，太大， 需要用一个电容来适当抵消部分电感量。需要用一个电容来适当抵消部分电感量。在在20MHz处处，1560 pF电电容容和和0.2H电电感感串串联联后后的的等等效效电电抗抗值值与与0.16 H电感的电抗值相等。电感的电抗值相等。 90第2章 高频电路基础2.4 电子噪声及其特性电子噪声及其特性 一、一、

53、概述概述 1、干干扰扰（或或噪噪声声）的的概概念念（广广义义）：是是指指电电路路中中除除有有用用信信号号以以外外的的一一切切不不需需要要的的信信号号及及各各种种电电磁磁骚骚动动的的总总称称。 因此，从广义上看干扰和噪声没有本质区别。因此，从广义上看干扰和噪声没有本质区别。 2、干干扰扰（狭狭义义）：是是指指由由外外部部来来的的无无用用信信号号或或电电磁磁骚骚动的总称，通常又称外部干扰。动的总称，通常又称外部干扰。 3、噪噪声声（狭狭义义）：是是指指由由与与电电路路或或系系统统内内部部产产生生的的各各种无用信号或电磁骚动的总称，通常又称内部噪声。种无用信号或电磁骚动的总称，通常又称内部噪声。 4

54、、抑抑制制外外部部干干扰扰的的主主要要措措施施包包括括：消消除除干干扰扰源源、切切断断干扰传播途径和躲避干扰等。干扰传播途径和躲避干扰等。91第2章 高频电路基础 在在高高频频电电路路中中内内部部噪噪声声主主要要是是电电子子噪噪声声，本本节节主主要要介介绍绍电电子噪声的有关情况。子噪声的有关情况。几个概念几个概念： 功率谱密度功率谱密度：单位频带内噪声的功率。：单位频带内噪声的功率。 电压谱密度电压谱密度：单位频带内噪声电压的均方值。：单位频带内噪声电压的均方值。 电流谱密度电流谱密度：单位频带内噪声电压的均方值。：单位频带内噪声电压的均方值。 高高斯斯噪噪声声：噪噪声声电电压压概概率率密密度

55、度满满足足正正态态（高高斯斯）分布的噪声。分布的噪声。 白白噪噪声声：其其功功率率谱谱密密度度不不随随频频率率变变化化的的噪噪声声（如如电阻热噪声）。电阻热噪声）。92第2章 高频电路基础二、二、 电子噪声的来源与特性电子噪声的来源与特性 1. 电阻热噪声电阻热噪声 由由于于导导体体和和电电阻阻中中存存在在大大量量自自由由电电子子，这这些些自自由由电电子子将将作作不不规规则则的的热热运运动动，大大量量电电子子的的热热运运动动就就会会在在电电阻阻两两端端产产生生起起伏伏电电压压（电电势势），这这种种因因热热运运动动而而产产生生的的起起伏伏电电压压就就称为电阻的热噪声，称为电阻的热噪声， 如图如图

56、2-27所示所示。2793第2章 高频电路基础 1) 热噪声电压和功率谱密度热噪声电压和功率谱密度 （2-49） （2-50） 上式为上式为奈奎斯特公式，奈奎斯特公式，式中式中k为波尔茨曼常数，为波尔茨曼常数，k=1.36*10-23，B为测量此电压时的带宽，为测量此电压时的带宽，K为绝对温度。为绝对温度。 根据概率论，总的噪声电压服从根据概率论，总的噪声电压服从正态（高斯）分布正态（高斯）分布，其，其概率概率密度为密度为：噪声噪声电压均方值电压均方值：根据上式可得噪声电压根据上式可得噪声电压|un|4Un的概率小于的概率小于0.01%.94第2章 高频电路基础图 2-28 电阻热噪声等效电路

57、 （2-51） （2-52） 电压谱密度电压谱密度：电流谱密度电流谱密度：等效等效根据上图可得电阻热噪声的根据上图可得电阻热噪声的最大输出功率最大输出功率为为kTB，其，其输出单输出单位频带内的最大噪声功率位频带内的最大噪声功率为为kT，它与观测的频带无关，因而，它与观测的频带无关，因而属于属于白噪声。白噪声。95第2章 高频电路基础2) 线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声 （1）多个电阻的热噪声（以两个电阻串联为例，可得）多个电阻的热噪声（以两个电阻串联为例，可得）（2-53） (2-54) 图图 2-29热噪声通过线路电路的模型热噪声通过线路电路的模型 即即只要各噪声源是相互独立的，多个

58、电阻的热噪声满足均方只要各噪声源是相互独立的，多个电阻的热噪声满足均方电压相加原则。电压相加原则。（2） 热噪声通过线性电路热噪声通过线性电路 其中：其中：Suo,Sui分别为网络的输出、输入端的分别为网络的输出、输入端的噪声电压谱密度噪声电压谱密度，Un2为输出为输出噪声电压均方值。噪声电压均方值。96第2章 高频电路基础 图 2 30并联回路的热噪声(2-55) 例例：下下面面以以热热噪噪声声通通过过并并联联谐谐振振回回路路为为例例，来来进进一一步步分分析析热噪声通过线性网络的情况：热噪声通过线性网络的情况：上图(a)的等效四端网络(b)的传输函数为：97第2章 高频电路基础 并联回路可以

59、等效为Re+jXe（图 2-33（c）,现在看上述输出噪声谱密度与Re、 Xe的关系。 展开化简后得展开化简后得 与式与式(2-55)对比对比, 可得可得 (2-56) 98第2章 高频电路基础由式(2-55)和(2-56) 可得如下结论：(1)对于二端线性电路，其噪声电压或噪声电流谱密度可以用与Re或 Ge来代替式(2-51)或(2-52)中的R或G。(2)电阻热噪声通过线性电路后，一般不再是热噪声了，也不再是白噪声了，因为其功率谱密度与频率有关。下面我们计算输出端的噪声电压均方值。99第2章 高频电路基础 根据式(2-55)与式(2-56)可以求出输出端的均方噪声电压为：100第2章 高频

60、电路基础 3) 3) 噪声带宽噪声带宽 噪声带宽的引入噪声带宽的引入：根据电阻热噪声的公式：根据电阻热噪声的公式(2-49):其中有一带宽因子其中有一带宽因子B，由于电阻，由于电阻.，(P47倒二段倒二段) 图图 2-29 是是一一线线性性系系统统, 其其电电压压传传输输函函数数为为H(j)。 设设输输入入一一电电阻阻热热噪噪声声,均均方方电电压压谱谱为为SUi=4kTR, 输输出出均均方方电电压压谱谱为为SUo, 则则输出均方电压输出均方电压U2n2为为 设设|H(j)|的最大值为的最大值为H0, 则可则可定义定义一一等效噪声带宽等效噪声带宽Bn, 令令（2-57） 101第2章 高频电路基

61、础 则则等效噪声带宽等效噪声带宽Bn为为（2-58）噪声带宽噪声带宽Bn的意义的意义：分析下图图2-31 线性系统的等效噪声带宽102第2章 高频电路基础 例例：现现以以图图2-30 的的单单振振荡荡回回路路为为例例, 计计算算其其等等效效噪噪声声带带宽宽。 设设回回路路为为高高Q电电路路, 设设谐谐振振频频率率为为f0， 由由前前面面分分析析, 再再考考虑虑到到高高Q条条件件, 此此回回路路的的|H(j)| 2可可近似为近似为 式中式中, f为相对于为相对于f0的频偏的频偏, 由此可得由此可得等效噪声带宽等效噪声带宽为为103第2章 高频电路基础2. 晶体三极管的噪声晶体三极管的噪声 1)

62、散弹（粒）噪声散弹（粒）噪声：在晶体管中，每个载流子都是随机地：在晶体管中，每个载流子都是随机地通过通过PN结，因此结电流是围绕其平均值起伏变化的，把这结，因此结电流是围绕其平均值起伏变化的，把这种载流子随机起伏流动产生的噪声称为散弹（粒）噪声。种载流子随机起伏流动产生的噪声称为散弹（粒）噪声。 己知并联回路的己知并联回路的 3 dB带宽为带宽为B 0.7= f0/Q, 故故(2-59) 2) 分配噪声分配噪声： 3) 闪烁噪声闪烁噪声 ：3. 场效应管噪声场效应管噪声 104第2章 高频电路基础 通通常常需需要要描描述述一一个个电电路路或或系系统统内内部部噪噪声声的的大大小小，因因此此需需要

63、要引引入相应的物理量（噪声系数或噪声指数）来描述。入相应的物理量（噪声系数或噪声指数）来描述。 一噪声系数的定义一噪声系数的定义 图图 2-35 为为一一线线性性四四端端网网络络, 它它的的噪噪声声系系数数定定义义为为输输入入端端的的信信号号噪噪声声功功率率比比(S/N)i与与输输出出端端的的信信号号噪噪声声功功率率比比(S/N)o的的比值比值, 即即 图 2-35 噪声系数的定义 2.4 噪声系数和噪声温度噪声系数和噪声温度 信号功率噪声功率105第2章 高频电路基础 图图中中, KP为为电电路路的的功功率率传传输输系系数数(或或功功率率放放大大倍倍数数)。 用用Na表表示示线线性性电电路路

64、内内部部附附加加噪噪声声功功率率在在输输出出端端的的输输出出, 考虑到考虑到KP=o/Si, 式式(2 60)可以表示为：可以表示为：（2 60） (2-61) (2-62) 分析意义106第2章 高频电路基础噪声系数通常用噪声系数通常用dB表示表示, 用用dB表示的噪声系数为表示的噪声系数为 (2-63) 关于噪声系数，有以下几点需要说明：关于噪声系数，有以下几点需要说明： (1) 由于噪声功率是与带宽由于噪声功率是与带宽B相联系相联系的，为了不使噪声系数依赖于的，为了不使噪声系数依赖于指定的频宽，因此指定的频宽，因此国际上国际上式式(2-60)定义中的定义中的噪声功率是指单位频带噪声功率是

65、指单位频带内的噪声功率内的噪声功率，即是指输出、输入噪声功率谱密度即是指输出、输入噪声功率谱密度。此时的噪声。此时的噪声系数将随指定的工作频率不同而不同，即表示系数将随指定的工作频率不同而不同，即表示点频的噪声系数点频的噪声系数。 (2) 由式由式(2-60)可以看出，可以看出，输入、输出信号功率是成比例变化的，输入、输出信号功率是成比例变化的，即噪声系数与输入信号大小无关即噪声系数与输入信号大小无关，但，但却与输入噪声功率却与输入噪声功率Ni有关有关，因此，为了明确，在噪声系数的定义中，因此，为了明确，在噪声系数的定义中，规定输入噪声功率规定输入噪声功率Ni为为信号源内阻信号源内阻Rs的热噪

66、声最大输出功率的热噪声最大输出功率（由前可知为（由前可知为kTB），并），并规规定温度为定温度为290K。107第2章 高频电路基础(3) 在噪声系数的定义中，在噪声系数的定义中，没有对网络的匹配情况提出要求，没有对网络的匹配情况提出要求，因而是普遍适用的因而是普遍适用的。实际上输出端的阻抗是否匹配并不影响。实际上输出端的阻抗是否匹配并不影响噪声系数的大小。因此噪声系数的大小。因此噪声系数可以表示为输出端开路时两噪声系数可以表示为输出端开路时两均方电压之比或输出端短路时两均方电流之比均方电压之比或输出端短路时两均方电流之比，即，即（2-64） （2-65） (4) 上述噪声系数的定义上述噪声系

67、数的定义只适用于线性或准线性电路只适用于线性或准线性电路。对于非。对于非线性电路，由于信号与噪声、噪声与噪声的相互作用，使输线性电路，由于信号与噪声、噪声与噪声的相互作用，使输出端信噪比更加恶化，上述的定义不适用，计算也更复杂。出端信噪比更加恶化，上述的定义不适用，计算也更复杂。108第2章 高频电路基础二、噪声系数的计算二、噪声系数的计算 1额定功率法额定功率法 额额定定功功率率, 又又称称资资用用功功率率或或可可用用功功率率, 是是指指信信号号源源所所能能输输出出的的最最大大功功率率, 它它是是一一个个度度量量信信号号源源容容量量大大小小的的参参数数, 是是信信号号源源的的一一个个属属性性

68、, 它它只只取取决决于于信信号号源源本本身身的的参参数数内内阻阻和和电动势电动势, 与输入电阻和负载无关与输入电阻和负载无关, 如图如图 2-36 所示。所示。 图 2-36 信号源的额定功率 (a) 电压源; （b） 电流源 109第2章 高频电路基础 额额定定功功率率增增益益KPm是是指指四四端端网网络络的的输输出出额额定定功功率率Psmo和和输入额定功率输入额定功率Psmi之比之比, 即即（2-68） （2-66） （2-67） 上图图(a)和和(b)的的额定输出功率分别额定输出功率分别为： 显显然然额额定定功功率率增增益益KPm不不一一定定是是网网络络的的实实际际功功率率增增益益，只有

69、在输出和输入都匹配时，这两个功率才相等。只有在输出和输入都匹配时，这两个功率才相等。110第2章 高频电路基础 根根据据噪噪声声系系数数的的定定义义, 分分子子和和分分母母都都是是同同一一端端点点上上的的功功率率比比, 因因此此将将实实际际功功率率改改为为额额定定功率功率, 并不改变噪声系数的定义并不改变噪声系数的定义, 则则（2-69） 因为因为Nmi= kTB, Nmo= KPmNmi+ Nmn, , 所以所以 （2-70） 111第2章 高频电路基础式中式中： Psmi和和Psmo分别为输入和输出的信号额定功分别为输入和输出的信号额定功率率; Nmi和和Nmo分别为输入和输出的噪声额定功

70、率分别为输入和输出的噪声额定功率; Nmn为网络内部的最大输出噪声功率。也可以等效为网络内部的最大输出噪声功率。也可以等效到输入端到输入端, 有有（2-71） 式中：式中：Nmoi=Nmo/KPm是网络是网络额定输出噪声功率等效到输入端的数额定输出噪声功率等效到输入端的数值值。 对于对于无源四端网络（如图无源四端网络（如图2-37),由于在输出匹配时，输出的额定噪由于在输出匹配时，输出的额定噪声功率为声功率为kTB，因此式，因此式(2-69)变为：变为： (2-72) 其中L为网络的衰减倍数。112第2章 高频电路基础图 2-37 无源四端网络的噪声系数 图 2-38抽头回路的噪声系数 113

71、第2章 高频电路基础例：例：现以图现以图(2-38)的抽头电路为例，计算噪声系数。的抽头电路为例，计算噪声系数。 解解：将将信信号号源源电电导导等等效效到到回回路路两两端端, 为为p2GS, 等等效效到到回回路路两两端端的的信信号号源源电电流流为为pIS, 输输出出端端匹匹配配时时的的最大输出功率为最大输出功率为 输入端信号源的最大输出功率输入端信号源的最大输出功率为 因此因此, 网络的噪声系数网络的噪声系数为：114第2章 高频电路基础根据定义根据定义, 级联后总的噪声系数级联后总的噪声系数为：图 2-39 级联网络噪声系数 （2-73） 式中, No为为总总输输出出额额定定噪噪声声功功率率

72、, 它它由由三三部部分分组组成成： 经经两两级级放放大大的的输输入入信信号号源源内内阻阻的的热热噪噪声声; 经经第第二二级级放放大大的的第第一一级级网网络络内内部的附加噪声部的附加噪声; 第二级网络内部的附加噪声第二级网络内部的附加噪声, 即2、级联四端网络的噪声系数、级联四端网络的噪声系数115第2章 高频电路基础 按按噪噪声声系系数数的的定定义义表表达达式式(2-62)， Na1和和Na2可可分别表示为分别表示为 则 将上式代入式（2-76）, 得 (2-74) 116第2章 高频电路基础 用用同同样样的的方方法法不不难难推推出出多多级级级级联联网网络络的的噪噪声声系数的公式系数的公式为为

73、 从从式式(2-78)可可以以看看出出, 当当网网络络的的额额定定功功率率增增益益远远大大于于1时时, 系系统统的的总总噪噪声声系系数数主主要要取取决决于于第第一一级级的的噪噪声声系系数数。 越越是是后后面面的的网网络络, 对对噪噪声声系系数数的的影影响响就就越越小小, 这这是是因因为为越越到到后后级级信信号号的的功功率率越越大大, 后后面面网网络络内内部部噪噪声声对对信信噪噪比比的的影影响响就就不不大大了了。 因因此此, 对对第第一一级级来来说说, 不不但但希希望望噪噪声声系系数数小小, 也也希希望望增增益益大大, 以以便便减小后级噪声的影响。减小后级噪声的影响。 117第2章 高频电路基础

74、 例例3 3 图图 2-40 是是一一接接收收机机的的前前端端电电路路, 高高频频放放大大器器和和场场效效应应管管混混频频器器的的噪噪声声系系数数和和功功率率增增益益如如图图所所示示。 试试求求前前端端电电路路的的噪噪声声系系数数(设设本本振振产产生生的的噪声忽略不计噪声忽略不计)。 图 2-40接收机前端电路的噪声系数 118第2章 高频电路基础解解 将图中的噪声系数和增益化为倍数将图中的噪声系数和增益化为倍数, 有有因此因此, 根据式根据式(2-74)有前端电路的噪声系数为有前端电路的噪声系数为 119第2章 高频电路基础 3 噪声系数与灵敏度噪声系数与灵敏度 噪声系数噪声系数是用来是用来

75、衡量部件衡量部件(如放大器如放大器)和系统和系统(如如接收机接收机)噪声性能噪声性能的。的。 根据噪声系数的定义，噪声性能的好坏又根据噪声系数的定义，噪声性能的好坏又决定决定输出信号噪声功率比输出信号噪声功率比 ，同时当，同时当要求输出一定性噪要求输出一定性噪比比时，它又时，它又决定输入端必须的信号功率决定输入端必须的信号功率，也就是，也就是说决定输入端放大（接受）微弱信号的能力。说决定输入端放大（接受）微弱信号的能力。 灵敏度灵敏度就是保持接收机输出端信噪比一定时就是保持接收机输出端信噪比一定时, 接收机输入的最小信号电压或功率接收机输入的最小信号电压或功率(设接收机有足设接收机有足够的增益

76、够的增益)。120第2章 高频电路基础例例：设设某某电电视视接接收收机机，正正常常接接受受时时所所需需最最小小信信号号噪噪声声功功率率比比为为20dB，电电视视机机的的带带宽宽为为6MHz，接接受受机机前前端端电电路路的的噪噪声声系系数数为为10dB，求求接接收收机机前前端端电电路路输输入信号电平（灵敏度）至少为多少？入信号电平（灵敏度）至少为多少？ 解：解：噪声系数噪声系数NF=10dB=10， 输出性噪比输出性噪比(S/N)o=20dB=100则则 输入性噪比输入性噪比(S/N)i=NF(S/N)o=1000 根据噪声系数的定义，输入噪声功率为根据噪声系数的定义，输入噪声功率为kTB故，输

77、入信号功率为：故，输入信号功率为：Si=1000kTB=23.8pW设信号源内阻为设信号源内阻为75欧姆，则所需最小信号电势为：欧姆，则所需最小信号电势为： 121第2章 高频电路基础图 2-41 用噪声信号源测量噪声系数 噪声系数为噪声系数为 （2-75） 2无噪声源的测量方法无噪声源的测量方法三、三、 噪声系数的测量噪声系数的测量 1 采用噪声信号源的测量方法采用噪声信号源的测量方法 图图 2-41 是测量系统的构成。是测量系统的构成。122第2章 高频电路基础四噪声温度四噪声温度 将将线线性性电电路路的的内内部部附附加加噪噪声声折折算算到到输输入入端端, 此此附附加加噪噪声声可可以以用用

78、提提高高信信号号源源内内阻阻上上的的温温度度来来等等效效, 这这就就是是“噪噪声声温温度度”。 由由式式(2-62), 等等效效到到输输入入端端的的附附加加噪噪声声为为Na/KP, 令令增增加加的的温温度度为为Te, 即即噪声温度噪声温度, 可得可得（2-76） 这样, 式(2-62)可重写为（2-77） (2-78) 123第2章 高频电路基础作业作业 1、利用、利用multisim仿真软件建立仿真软件建立LC并联谐振回路仿真并联谐振回路仿真模型，观察其谐振特性。模型，观察其谐振特性。 2、观测其幅频特性曲线和相频特性曲线，读取谐振、观测其幅频特性曲线和相频特性曲线，读取谐振频率并与理论计算值进行比较异同点，并分析其原频率并与理论计算值进行比较异同点，并分析其原因。因。 3、观察品质因数、观察品质因数Q与谐振电阻及负载电阻的关系，与谐振电阻及负载电阻的关系，描述之。描述之。124