第二章 高频电路基础5

第 2章 高频电路基础 2.1 高频电路中的元件、器件和组件2.2 电子噪声2.1 高频电路中的元器件基本元件有源器件（ 二极管、晶体管和集成电路 ）无源元件 （电阻、电容和电感 ）无源网络 （ 高频谐振回路、高频变压器、谐振器与滤波器等）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，但是注意它们在高频使用时的高频特性。主要作用 : 有源器件 完成信号的放大，非线性变换等功能。无源网络 完成信号的传输，阻抗变换、选频等功能。2.1.1 高频电路中的元件1.电阻器一个实际的电阻器，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高频特性。一个电阻 R的高频等效电路如图所示，其中 CR为分布电容， LR为引线电感， R为电阻。电阻的高频等效电路CRRLR2. 电感线圈的高频特性电感线圈在高频频段除表现出电感 L的特性外，还具有一定的 损耗电阻 r和 分布电容 。在分析一般长、中、短波频段电路时，通常忽略分布电容的影响。因而，电感线圈的等效电路可以表示为电感 L和电阻 r串联，如图所示。电感线圈的串联等效电路rL电阻 r随频率增高而增加 ，这主要是 集肤效应 的影响。所谓 集肤效应 是指随着工作频率的增高，流过导线的交流电流向导线表面集中这一现象，当频率很高时，导线中心部位几乎完全没有电流流过，这相当于把导线的横截面积减小为导线的圆环面积，导电的有效面积较直流时大为减小，电阻 r增大。工作频率越高，圆环的面积越小，导线电阻就越大。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 , 如图所示。设流过电感线圈的电流为 I，则电感 L上的无功功率为I2L，而线圈的损耗功率，即电阻 r的消耗功率为 I2r，故由式（ 2.1.1）得到电感的品质因数 ( 2.1.1 )( 2.1.2 )Q值是一个比值，它是感抗 L与损耗电阻 r之比， Q值越高损耗越小，一般情况下 , 线圈的 Q值通常在几十到一二百左右。在无线电技术中通常不是直接用等效电阻 r，而是引入线圈的 品质因数 这一参数来表示线圈的损耗性能。 品质因数定义为 无功功率 与 有功功率之比 :3 电容 由介质隔开的两导体即构成电容。 一个电容器的等效电路却如图（ a）所示。 理想电容器的阻抗 1/(jC), 如图 2 2 （ b）虚线所示, 其中 , f为工作频率 , =2f。 电容器的高频等效电路 (a) 电容器的等效电路 ; （ b） 电容器的阻抗特性 Rc为极间绝缘电阻， LC为分布电感或极间电感，小容量电容的引线电感。高频运用时其阻抗特性实线所示。当工作频率小于自身谐振频率，呈容性，工作频率大于自身谐振频率，呈感性 。容性 感性在分析一般 米波以下频段 的谐振回路时，常常只考虑电容和损耗。 电容器的等效电路也有两种形式，如图所示。电容器的串、并联等效电路r CRCp2.1.2 高频电路中的组件谐振回路由 电感线圈和电容 组成，当外界授予一定能量，电路参数满足一定关系时，可以在回路中产生电压和电流的周期振荡回路。若该电路在某一频率的交变信号作用下 ,能在电抗原件上产生最大的电压或流过最大的电流，即具有谐振特性，故该电路又称 谐振回路 。谐振回路按电路的形式分为：1.串联谐振回路2.并联谐振回路3.耦合谐振回路高频电路中的无源组件或无源网络主要有高频振荡（谐振）回路、 高频变压器、 谐振器与滤波器等 , 它们完成信号的传输、 频率选择及阻抗变换等功能。用途：1.利用他的选频特性构成各种谐振发大器2.在自激振荡器中充当谐振回路3.在调制、变频、解调充当选频网络本章讨论各种谐振回路在正弦稳态情况下的谐 振特性和频率特性。Rp LCRSiSRLCRSiS RLCRSuS1） .串联谐振RLCRSuSZS(1) 阻抗特性X0容性 感性RRLCRSuSZS0 (3)谐振曲线回路电流幅值与外加电压频率之间的关系曲线。RLCRSuS iS其中幅频特性 Q2Q1Q1Q20 I/I0小失谐谐振特性方程（通用式）失谐量广义失谐量式中相频特性曲线RLCRSuS0 感性容性感性容性RLCRSuS iS0串联谐振相频特性Q1Q2RLCRSuS isRLCRSuS+ uC - + uL -is+ui-+uR-1RLCRSiSZP2.并联谐振Rp LCRSiS谐振时 当 LR时1）谐振频率RpRLCRSiSZP当 LR条件不满足时，谐振时， Z为实数，则分子中虚部必须与分母中虚部相抵消。即准确并联回路谐振频率Rp LCRSiS +ui-RLCRSiSRLCRSiS电感性 电容性Rp0 RLCRSiS+-是与外电流相比较而言Q2Q1Q1Q200 感性容性Rp LCRSiSiiiC iR iL+u-1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2.1.3. LC 阻抗变换网络 BX1RXR1A ABX2 R2等效：