第二章 高频电路基础

第二章第二章 高频电路基础高频电路基础1.高频电路中的元器件高频电路中的元器件 2.高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 3.电子噪声及其特性电子噪声及其特性 4.噪声系数和噪声温度噪声系数和噪声温度第一节第一节 高频电路中的元器件高频电路中的元器件一、一、 高频元件包括：高频元件包括：电阻，电容，电感。电阻，电容，电感。 注意：高频元件在使用时要注注意：高频元件在使用时要注意他们的高频特性。意他们的高频特性。第一节第一节 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 电阻器一个电阻器，在直流或低频电路中，只考虑电阻的影响，此时相当于一个纯电阻，而在高频电路中则不同。频率升高，电阻器的阻值将增加，这是由于趋肤效应及各种损耗的影响所致。第一节第一节 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 电容器电容在高频使用时有不少问题应引起重视。除了它本身的损耗之外，还要考虑它的引线电感。各种损耗可用一等效的串联电阻表示。电容器的损耗是十分重要的，其大小通常由品质因数 Q值或损耗正切来表征（tan=P/Q）表征。电容的实际等效电路理想电容器的阻抗特性自身谐振频率自身谐振频率 SRF（ Self Resonant Frequency） fSRF时，电容器等效为一个电感。第一节第一节 高频电路中的元器件高频电路中的元器件l电感器与电容器类似，高频电感器也具有自身谐振频率SRF。高频电感器也具有自身谐振频率 SRF电感线圈的串、并联等效（未考虑寄生电容）高频元件片式电阻 片式电容 片式电感空心线圈中频电感第一节第一节 高频电路中的元器件高频电路中的元器件品质因数品质因数 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。 u Q值的计算：第一节第一节 高频电路中的元器件高频电路中的元器件二、高频电路中的有源器件二、高频电路中的有源器件 高频电路中的有源器件主要是二极管、高频电路中的有源器件主要是二极管、晶体管和集成电路（晶体管和集成电路（ IC），完成信号的放），完成信号的放大、非线性变换等功能。大、非线性变换等功能。 第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路一、高频振荡回路一、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。 第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路（ 1）并联谐振回路）并联谐振回路 简单并联谐振简单并联谐振回路电路所示，回路电路所示， L为为电感线圈，电感线圈， r是其损是其损耗电阻，通常很小耗电阻，通常很小，可以忽略，可以忽略， C为为电容。电容。 并联谐振回路第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路并联谐振回路的计算并联谐振回路的计算并联阻抗并联阻抗 ：当信号角频率为：当信号角频率为 时时并联谐振频率并联谐振频率 ：令：令 的虚部为零，求解可得：的虚部为零，求解可得：回路在谐振时的阻抗回路在谐振时的阻抗 最大，为：最大，为：第二节第二节 高频电路中的基本电路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（ a）并联 谐振 回路 图 2-4（ b）并联谐振回路等效电路第二节 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，上式可进 一步简化为：第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路根据根据可画出归一化的并联谐振阻抗特性和辐角特性。可画出归一化的并联谐振阻抗特性和辐角特性。第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路* 由上图可知，回路品质因数 Q越大，曲线在谐振频率 附近变化越陡。由相频曲线可知，当 时， 、 回路呈感性；当 时， 回路呈容性。* 若此时该电路输入为电流源 ，则回路端电压。而谐振电压为 ，二者比值即相对电压幅频特性曲线与相对电抗幅频特性曲线一致。第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路u并联谐振回路为电流谐振第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路u例 1：并联已知 ， 。求频率偏离 10kHz时，电压相对于谐振点的衰减比值U/U0。又若 ，求 U/U0。第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路回路带宽回路带宽 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（中心频率谐振值（中心频率 处）的处）的 时对应的频率范围，也时对应的频率范围，也称回路带宽，通常用称回路带宽，通常用 或或 来表示。来表示。 回路带宽回路带宽的计算的计算 令令 等于等于 ，则可推得，则可推得 = 1，从而，从而可得可得3dB带宽为带宽为 ： 定义矩形系数：定义矩形系数： 第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路（ 2）串联谐振回路）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。电路组成电路组成 电抗特性电抗特性 幅频特性幅频特性 辐角特性（相频特辐角特性（相频特性）性）串联谐振角频率为 :第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路2. 抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路 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，称为并联振荡回路，称为 抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路 。 抽头回路的作用抽头回路的作用 ：通过改变抽头位置或电容分：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，或者进压比来实现回路与信号源的阻抗匹配，或者进行阻抗变换。行阻抗变换。第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路抽头系数（接入系数）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： 第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路阻抗变换和信号源变换阻抗变换和信号源变换 对于信号源部分接入：对于信号源部分接入：由功率相等：由功率相等：第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路阻抗变换和信号源变换阻抗变换和信号源变换 对于负载部分接入：对于负载部分接入：由功率相等：由功率相等：第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 例 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 u(t)的表示式及回路带宽。若将电阻直接接入回路，带宽如何？第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 三、石英晶体谐振器三、石英晶体谐振器石英晶体之所以能做成谐振器是基于它的压电效应。若在晶片两面施加机械力，则沿受力方向产生电场，晶片两侧产生异性电荷（正压电效应）。若在晶片两面加一交变电场，晶片就会产生机械振动。当外加电场的频率等于晶体的固有频率时，机械振动幅值明显加大，这种现象称为 “反压电效应 ”。第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路图 2-20是石英晶振的符号和等效电路第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路忽略 rq有：第二节第二节 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路三、石英晶体谐振器三、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。 实际使用时，晶体长需外界微调电容 CL（ 30pF或 50pF），以避免加工