第二章 高频电路基础

高频电子线路主讲 陈智丽 lily_2.1 高频电路中的元器件 2.1.2 高频电路中的有源器件 2.2 高频电路中的基本电路 2.2.2 高频变压器和传输线变压器 2.2.3 石英晶体谐振器 2.1.1 高频电路中的元件 2.2.1 高频振荡回路 2.3 电子噪声及其特性 2.2.4 集中滤波器 2.2.5 衰减器与匹配器 2.3.1 概述 2.3.2 电子噪声的来源与特性 2.4 噪声系数和噪声温度 2.4.1 噪声系数的定义 2.4.2 噪声系数的计算 2.4.3 噪声温度 2.4.2 噪声系数的计算 2.3.1 噪声温度 各种高频电路基本上是由有源器件、无源元件和无源网络组成的。 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。 1、高频电阻一个实际的电阻器 , 在低频时主要表现为电阻特性 ,但在高频使用时不仅表现有电阻特性的一面 , 而且还表现有电抗特性的一面。 电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性。 一个电阻 R的高频等效电路如图2.1.1所示 , 其中 , CR为分布电容 , LR为引线电感 , R为 电阻。 图图 2.1.1 电阻的高频等效电路电阻的高频等效电路 2、高频电容高频电容的阻抗可表示成电导和电纳的并联组合，其等效电路如图 2.1.2(a)所示。其中，电阻 RC 为极间绝缘电阻，电感 LC为分布电感或极间电感。理想电容器的阻抗为 ，如图2.1.2(b)虚线所示图图 2.1.2 电容器的高频等效电路电容器的高频等效电路(a) 电容器的等效电路电容器的等效电路 （ b）理想电容器的阻抗特性）理想电容器的阻抗特性 SRF3、高频电感高频电感器也具有自身谐振频率SRF。在 SRF上 , 高频电感的阻抗的幅值最大 , 而相角为零 , 如图 2.1.3所示。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 ,其中 , 为工作角频率。图图 2.1.2 高频电感器的自身谐振频率 SRF 1、晶体二极管晶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 。 2、晶体三极管与场效应管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成电路少得多 , 主要分为 通用型 和 专 用型 两种。通用型： 宽带集成放大器、晶体管模拟相乘器。专用型： 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。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 、 滤 波器 与 匹配器 等 , 它们完成信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。 1、简单振荡回路由 电感 线圈和 电容 器组成的 单个振荡电路 ，称为简单振荡回路。图图 2.2.1 简单振荡回路简单振荡回路 (1)串联谐振回路图图 2.2.2 串联振荡回路串联振荡回路 图 2.2.1所示为电感 L、电容 C、电阻 R和外加电压 组成的串联振荡回路。图中 R通常是电感线圈损耗的等效电阻。 基本原理首先来讨论回路发生谐振的条件。若外加电压为 ，回路电流为 (2.2.1)阻抗 (2.2.2)(2.2.3)图图 2.2.3 电抗随频率变化曲线电抗随频率变化曲线 图图 2.2.4阻抗的模随频率变阻抗的模随频率变化曲线化曲线 串联单振荡回路的谐振特性：其阻抗在某一特定频率上具有最小值（谐振状态），而偏离此频率时将迅速增大。(2.2.4)谐振条件：即信号频率： 或 (2.2.5)谐振特性：谐振时，回路阻抗值最小，即 Z=R；当信号源为电压源时，回路电流最大， ，具有带通选频特性。图图 2.2.5 选频特性曲线选频特性曲线阻抗性质随频率变化的规律 时， X0呈感性 时， X=0呈纯阻性 谐振时，电感、电容消失了！实际上，谐振时 (2.2.6)(2.2.7)又因为 所以 为了表征谐振时电感 L和电容 C两端电压值的大小，引用电感线圈的品质因数(2.2.8)(2.2.9)考虑到谐振时 线圈的 Q值常在几十到一、二百左右。(2.2.9)(2.2.10)串联谐振时，电感和电容两端的电压模值大小相等，且等于外加电压的 Q倍；由于 Q值较高，必须预先注意回路元件的耐压问题。 注意：线圈 Q与回路 Q的区别线圈的品质因数： 回路的品质因数： 回路的特性阻抗 二者的区别：回路 Q限定于谐振时，线圈 Q无此限制。二者的相同点：都表示回路或线圈中的损耗。 串联振荡回路的谐振曲线和通频带 回路中电流幅值与外加电压频率之间的关系曲线称为谐振曲线。因此，表示谐振曲线的函数为 (2.2.12)谐振曲线包括 幅频特性 曲线和 相频特性 曲线，分别用 和 两函数表示。仅对选频特性而言，通常只关心幅频特性。由式 (2.2.12)得 (2.2.