[工学]第二章高频电路基础

第二章 高频电路基础1.高频电路中的元器件2.高频电路中的基本电路3.电子噪声及其特性 4.噪声系数和噪声温度第一节 高频电路中的元器件一、高频电路中的元件高频元件包括：电阻，电容，电感。注意 ：高频元件在使用时要注意他们的 高频特性。第一节 高频电路中的元器件自身谐振频率 SRF（ Self Resonant Frequency）fSRF时，电容器等效为一个电感。与电容器类似，高频电感器也具有自身谐振频率 SRF。第一节 高频电路中的元器件品质因数 Q品质因数 Q定义为 高频电感的感抗与其串联损耗电阻之比。Q值越高，表明该电感的储能作用越强，损耗越小。Q值的计算：第一节 高频电路中的元器件二、高频电路中的器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（ IC） ， 完成信号的放大、非线性变换等功能。第二节 高频电路中的基本电路一、高频振荡回路高频振荡回路包括 并联谐振回路 和 串联谐振回路 。振荡回路的谐振特性简单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，这个特定频率称为 谐振频率 。 第二节 高频电路中的基本电路（ 1）并联谐振回路简单并联谐振回路电路所示， L为电感线圈， r是其损耗电阻，通常很小，可以忽略， C为电容。 并联谐振回路 第二节 高频电路中的基本电路 并联谐振回路的计算并联谐振频率 ：令 的虚部为零，求解可得：回路在谐振时的阻抗 最大，为：并联阻抗 ： 当信号角频率为 时第二节 高频电路中的基本电路由于有 得到： 时 ，图 2-4（ a） 的并联谐振回路可用图 2-4（ b） 所示的等效电路来表示。 图 2-4（ b） 并联谐振回路等效电路图 2-4（ a） 并联谐振回路 第二节 高频电路中的基本电路在高 条件下，有：并联回路通常用于窄带系统，此时 与 相差不大，因此， 可进 一步简化为：并联谐振回路 第二节 高频电路中的基本电路 根据 可画出归一化的并联谐振阻抗特性和辐角特性。容性容性感性感性图 2-4（ c） 阻抗特性 图 2-4（ d） 辐角特性 第二节 高频电路中的基本电路 回路带宽3dB通频带（半功率点通频带）定义为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，也称回路带宽，通常用 或 来表示。回路带宽的计算 令 等于 ，则可推得 = 1，从而可得 3dB带宽为 ：定义 矩形系数 ：第二节 高频电路中的基本电路（ 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，其电路组成、电抗特性、幅频特性和辐角特性（相频特性）如图所示。串联谐振角频率为 :电抗特性电抗特性 幅频特性幅频特性 辐角特性（相频特性）辐角特性（相频特性）电路组成电路组成第二节 高频电路中的基本电路2. 抽头并联振荡回路激励源或负载与回路电感或电容部分联接的并联振荡回路，称为抽头并联振荡回路 。抽头回路的作用 ：通过改变抽头位置或电容分压比来实现回路与信号源的阻抗匹配，或者进行阻抗变换。信号源部分接入信号源部分接入 负载部分接入负载部分接入第二节 高频电路中的基本电路抽头系数（接入系数） 定义：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。 用电压比来表示： 负载部分接入负载部分接入信号源部分接入信号源部分接入第二节 高频电路中的基本电路阻抗变换和信号源变换对于信号源部分接入：由功率相等：由功率相等：信号源部分接入信号源部分接入第二节 高频电路中的基本电路阻抗变换和信号源变换对于负载部分接入：由功率相等：由功率相等：负载部分接入负载部分接入例 1 设一放大器以简单并联振荡回路为负载 , 信号中心频率 fs=10MHz, 回路电容C=50 pF, (1) 试计算所需的线圈电感值。(2) 若线圈品质因数为 Q=100, 试计算回路谐振电阻及回路带宽。 (3) 若放大器所需的带宽 B=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 ? 解 (1) 计算 L值。 将 f0以兆赫兹 (MHz)为单位 , 以皮法 (pF)为单位 , L以微亨（ H） 为单位， 上式可变为一实用计算公式 :将 f0=fs=10 MHz代入 , 得(2) 回路谐振电阻和带宽。回路带宽为 (3) 求满足 0.5 MHz带宽的并联电阻。 设回路上并联电阻为 R1, 并联后的总电阻为 R1 R0, 总的回路有载品质因数为 QL。 由带宽公式 , 有此时要求的带宽 B=0.5 MHz, 故回路总电阻为需要在回路上并联 7.97 k的电阻。 图 2 10 电流源的折合 例 2 如图 2 11， 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 u(t)的表示式及回路带宽。 解 由于忽略了回路本身的固有损耗 , 因此可以认为 Q 。 由图可知 , 回路电容为谐振角频率为 电阻 R1的接入系数等效到回路两端的电阻为 回路两端电压 u(t)与 i(t)同相 , 电压振幅 U=IR=2 V, 故 输出电压为 回路有载品质因数 回路带宽 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。 把接有激励信号源的回路称为初级回路 , 把与负载相接的回路称为次级回路或负载回路。第二节 高频电路中的基本电路三、石英晶体谐振器晶体谐振器与一般振荡回路比较，有几个明显的特点 :（ 1）晶体的谐振频率非常稳定。 （ 2）有非常高的品质因数。 （ 3）接入系数非常小。（ 4）晶体在工作频率附近阻抗变化率大，有很高的并联 谐振阻抗。 第三节 电子噪声及其特性定义：噪声就是除有用信号以外的一切不需要的信号及各种电磁扰动的总称。在电子线路中，噪声来源主要有两方面 :电阻热噪声和半导体管噪声。第三节 电子噪声及其特性 1电阻热噪声电阻两端噪声电压的均方值 为电阻热噪声等效电路定义 均方电压谱密度