高频电子线路第2章高频电路基础

1、第2章 高频电路基础高频电子线路1第第2章章 高频电路基础高频电路基础 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 2.3 电子噪声电子噪声2.4 噪声系数和噪声温度噪声系数和噪声温度第2章 高频电路基础高频电子线路概概 述述 基本元器件（无源元件、有源器件）基本元器件（无源元件、有源器件） 基本电路（谐振回路、石英晶体振荡器、变压器等）基本电路（谐振回路、石英晶体振荡器、变压器等） 基本问题（选频滤波、阻抗变换）基本问题（选频滤波、阻抗变换） 基本方法（线性、非线性）基本方法（线性、非线性） 基本指标（小信号时的噪声系数、大信号时的非线性基本

2、指标（小信号时的噪声系数、大信号时的非线性失真）失真）第2章 高频电路基础高频电子线路3 2.1 高频电路中的元器件 各种高频电路基本上是由各种高频电路基本上是由有源器件有源器件、 无源元件无源元件和和无源网无源网络组成络组成的。的。 高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用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元器件基本相同, 但要注意它们在高频使用时的高频特性。但要注意它们在高频使用时的高频特性。 高高频电路中的元件主要是频电路中的元件主要是电阻电阻(器器)、 电容电容(器器)和电感和电感(器器), 它们都它们都属于无源的线性元件属于无源的线性元件。 一、高频电路中的无

3、源元件 1、电阻、电阻 一个实际的电阻器一个实际的电阻器, 在在低频时主要表现为电阻特性低频时主要表现为电阻特性,但在但在高频使用时不仅表现有电阻特性的一面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而且还表现有电抗特第2章 高频电路基础高频电子线路4性的一面。性的一面。 电阻器的电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性电抗特性反映的就是其高频特性。 一个电阻一个电阻r的高频等效电路如图的高频等效电路如图2-1所示所示, 其中其中, cr为分为分布电容布电容, lr为引线电感为引线电感, r为电阻。为电阻。 通常，通常，表面贴装电阻的高频特性好于金膜电阻，金膜表面贴装电阻的高频特性好于

4、金膜电阻，金膜电阻好于炭膜电阻，线绕电阻的高频特性最差。电阻好于炭膜电阻，线绕电阻的高频特性最差。lrcrr 图图 2-1 电阻的高频等效电路电阻的高频等效电路 第2章 高频电路基础高频电子线路5 2、电容、电容 由介质隔开的两导体即构成电容由介质隔开的两导体即构成电容。 一个电容器的等一个电容器的等效电路如图效电路如图2-2（a）所示。）所示。 理想电容器的阻抗理想电容器的阻抗1/(jc), 如如图图2-2（b）虚线所示）虚线所示, 其中其中, f为工作频率为工作频率, =2f。 高频电路中常常使用片状电容和表面贴装电容，因高频电路中常常使用片状电容和表面贴装电容，因为其高频特性较好。为其高

5、频特性较好。 图图2-2 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） 电容器的阻抗特性电容器的阻抗特性 lcrcc(a)阻抗频率 f(b)0自身谐振频率容性区容性区感性区感性区绝缘电阻引线电感第2章 高频电路基础高频电子线路6 3、电感、电感 电感的作用电感的作用：谐振元件、滤波元件、阻隔元件扼流圈。：谐振元件、滤波元件、阻隔元件扼流圈。 电感的耗损电感的耗损：电感一般都是由导线绕制的，一般都有一：电感一般都是由导线绕制的，一般都有一定定直流电阻直流电阻；同时由于存在涡流、磁滞和电磁辐射等损失，；同时由于存在涡流、磁滞和电磁辐射等损失，所以电感

6、就存在耗损电阻所以电感就存在耗损电阻交流电阻交流电阻。 品质因素品质因素：定义为电路中无功功率与有功功率之比，：定义为电路中无功功率与有功功率之比，是专门用来描述电路的能量耗损的。是专门用来描述电路的能量耗损的。 高频电感器与普通电感器一样高频电感器与普通电感器一样, 电感量是其主要参数。电感量是其主要参数。 电感量电感量l产生的感抗为产生的感抗为jl, 其中其中, 为工作角频率。为工作角频率。第2章 高频电路基础高频电子线路7 高频电感器也具有高频电感器也具有自身谐振频率自身谐振频率srf。 在在srf上上, 高频高频电感的阻抗的幅值最大电感的阻抗的幅值最大, 而相角为零而相角为零, 如图如

7、图2-3所示。所示。阻抗与相角阻抗相角频率 fsrf0 图图 2-3 高频电感器的自身谐振频率高频电感器的自身谐振频率srf 感性区感性区容性区容性区第2章 高频电路基础高频电子线路8二、二、高频电路中的有源器件 用于低频或其它电子线路的器件没有什么根本不同。用于低频或其它电子线路的器件没有什么根本不同。 1、二极管、二极管 二极管的作用二极管的作用：半导体二极管在高频中：半导体二极管在高频中主要用于检波、主要用于检波、 调制、调制、 解调及混频等非线性变换电路中解调及混频等非线性变换电路中, 工作在低电平。工作在低电平。 常用高频二极管的类型：常用高频二极管的类型： (1) 点触式二极管点触

8、式二极管：其最高工作频率约：其最高工作频率约100200mhz (2)表面势垒二极管表面势垒二极管：其最高工作频率约：其最高工作频率约200300mhz (3) 变容二极管变容二极管：其电容随偏置电压变化而变化。：其电容随偏置电压变化而变化。第2章 高频电路基础高频电子线路9 2、晶体管与场效应管（、晶体管与场效应管（fet） 在高频中应用的晶体管仍然是双极晶体管和各种场效应在高频中应用的晶体管仍然是双极晶体管和各种场效应管，通常这些管子比用于低频的管子性能更好管，通常这些管子比用于低频的管子性能更好, 在外形结构在外形结构方面也有所不同。方面也有所不同。 高频晶体管高频晶体管有两大类型有两大

9、类型: (1) 一类是作小信号放大的一类是作小信号放大的高频小功率管高频小功率管, 对它们的主对它们的主要要求是高增益和低噪声要要求是高增益和低噪声; (2) 另一类为另一类为高频功率放大管高频功率放大管, 除了增益外除了增益外, 要求其在高要求其在高频有较大的输出功率。频有较大的输出功率。 高频场效应管高频场效应管与晶体管类似，其高频性能（小信号时的与晶体管类似，其高频性能（小信号时的噪声、大信号时的非线性）比晶体管更好一些。噪声、大信号时的非线性）比晶体管更好一些。第2章 高频电路基础高频电子线路10 3、集成电路、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用于高频的集成电路的

10、类型和品种要比用于低频的集成电路少得多集成电路少得多, 主要分为通用型和专用型两种。主要分为通用型和专用型两种。 目前通用型的宽带集成放大器，其增益可达目前通用型的宽带集成放大器，其增益可达5060db甚至更高，其工作频率可达甚至更高，其工作频率可达100200mhz甚至更高。甚至更高。 第2章 高频电路基础高频电子线路11 本节将介绍高频电路中常用的本节将介绍高频电路中常用的基本（无源）电路基本（无源）电路，也称也称无源组件或无源网络无源组件或无源网络，这些无源组件或无源网络主要，这些无源组件或无源网络主要包括：包括：高频振荡（谐振）回路高频振荡（谐振）回路、高频变压器高频变压器、谐振器与滤

11、谐振器与滤波器波器等等, 它们它们完成信号的传输、完成信号的传输、 频率选择及阻抗变换等功频率选择及阻抗变换等功能。能。 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路第2章 高频电路基础高频电子线路12一、高频振荡回路 高频振荡回路是高频电路中应用最广的无源网络高频振荡回路是高频电路中应用最广的无源网络, 也是也是构成高频放大器、构成高频放大器、 振荡器以及各种滤波器的主要部件振荡器以及各种滤波器的主要部件, 在电在电路中完成阻抗变换、路中完成阻抗变换、 信号选择等任务信号选择等任务, 并可直接作为负载使并可直接作为负载使用。用。 1、简单振荡回路、简单振荡回路(只有一个回路只有一个回路)

12、 振荡回路就是由电感和电容串联或并联形成的回路。振荡回路就是由电感和电容串联或并联形成的回路。 只有一个回路的振荡电路称为简单振荡回路或单振荡回路。只有一个回路的振荡电路称为简单振荡回路或单振荡回路。 (1)、并联谐振回路、并联谐振回路 1）电路结构）电路结构 第2章 高频电路基础高频电子线路13lrccic.ir.r0il.l0b11/ 2q1 q2q1q20 /2/2感性q2q1q1 q2容性z(a)(b)(c)(d)u.0|zp|/r0i. 图图2-4 并联谐振回路及其等效电路、并联谐振回路及其等效电路、 阻抗特性和辐角特性阻抗特性和辐角特性 (a) 并联谐振回路并联谐振回路; （b）等

13、效电路）等效电路; （c）阻抗特性）阻抗特性; （d）辐角特性）辐角特性 并联谐振回路的并联并联谐振回路的并联阻抗为阻抗为： 1()1prj lj czrj lj c(2-1) 感性区感性区容性区容性区第2章 高频电路基础高频电子线路14 2）谐振频率）谐振频率：定义使感抗与容抗相等的频率为并联谐振：定义使感抗与容抗相等的频率为并联谐振频率频率0。令。令zp的虚部为零的虚部为零, 求解方程的根就是求解方程的根就是0, 可得可得02111qlc式中式中, q为回路的为回路的品质因数品质因数, 有有： 001lqrcr1qlc10（2-4） （2-2） （2-3） 第2章 高频电路基础高频电子线路

14、15 4）谐振电阻）谐振电阻：回路在谐振时的阻抗最大回路在谐振时的阻抗最大, 为一纯电阻为一纯电阻r0：cqlqcrlr000（2-5） 由前面分析可知，由前面分析可知，若电感的耗损电阻越小，回路的若电感的耗损电阻越小，回路的q值越值越高，其谐振电阻高，其谐振电阻r0越大。越大。3）特征阻抗）特征阻抗：定义为定义为qrcl（2-6） 第2章 高频电路基础高频电子线路16001()plcrzjq（2-7） （2-8）并联回路通常用于并联回路通常用于窄带系统窄带系统, 即此时即此时在在0附近，有：附近，有：式中式中, =-0。5）阻抗特性）阻抗特性高高q时，由式时，由式(2-1)可得：可得：000

15、000202002)(2)(ff第2章 高频电路基础高频电子线路17（2-9）此时（此时（窄带系统窄带系统），回路阻抗可以进一步简化为），回路阻抗可以进一步简化为式中式中, 称为称为广义失谐广义失谐。 对应的阻抗模值与相角分别为对应的阻抗模值与相角分别为202001)2(1rqrzp00211prrzjjq0022fqqf第2章 高频电路基础高频电子线路18arctan)2arctan(0qz（2-12）qiiicl（2-14） il.ic.0i.u.图图2-5 表示了并联振荡回路中谐振时的电流、表示了并联振荡回路中谐振时的电流、 电压关系。电压关系。 第2章 高频电路基础高频电子线路19 6

16、）通频带（半功率点频带）通频带（半功率点频带） 当保持外加信号的幅值不变而改变其频率时当保持外加信号的幅值不变而改变其频率时, 将回路电将回路电流值下降为谐振值的流值下降为谐振值的 时对应的频率范围称为回路的时对应的频率范围称为回路的通频通频带带, 也称回路带宽也称回路带宽, 通常用通常用b来来表示。表示。 令式（令式（2-15）等于）等于 , 则可推得则可推得=1, 从而可得带宽为：从而可得带宽为：2120rqffb02(2-10) 此外，对于并联谐振回路，还有以下参数：此外，对于并联谐振回路，还有以下参数：第2章 高频电路基础高频电子线路207）矩形系数）矩形系数：定义定义为阻抗的幅频特性

17、下降为谐振值的为阻抗的幅频特性下降为谐振值的0.1时时的频带宽度与阻抗的幅频特性下降为谐振值的的频带宽度与阻抗的幅频特性下降为谐振值的0.707时的频带时的频带宽度之比。即宽度之比。即其中：其中：b0.1谐振曲线下降为谐振值的谐振曲线下降为谐振值的0.1时的频带宽度时的频带宽度 b0.707谐振曲线下降谐振曲线下降3db的频带宽度的频带宽度矩形系数是大于矩形系数是大于1的（理想时为的（理想时为1），），矩形系数越小，回路的矩形系数越小，回路的选择性越好。选择性越好。 对于对于单级简单并联谐振回路单级简单并联谐振回路，可以计算出其矩形系数为：，可以计算出其矩形系数为： 707. 01 . 01

18、. 0bbkr20.110 1 9.96rk (2-11) 第2章 高频电路基础高频电子线路21 需要说明的几点需要说明的几点：通过前面分析可知通过前面分析可知 (1)(1) 回路的品质因素越高，谐振曲线越尖锐，回路的通回路的品质因素越高，谐振曲线越尖锐，回路的通频带越狭窄，但矩形系数不变。因此，对于简单（单级）频带越狭窄，但矩形系数不变。因此，对于简单（单级）并联谐振回路，通频带与选择性是不能兼顾的。并联谐振回路，通频带与选择性是不能兼顾的。 (2)(2) 前面的结论均是在前面的结论均是在“高高q”情况下，如果情况下，如果q值较低值较低，并联谐振回路的谐振频率将并联谐振回路的谐振频率将低于高

19、低于高q时的谐振频率时的谐振频率，并使谐，并使谐振曲线和相位特性随着振曲线和相位特性随着q值而偏离。值而偏离。 (3)(3) 以上所知品质因素均是指回路没有外加负载时的值，以上所知品质因素均是指回路没有外加负载时的值，称为称为空载空载q值或值或q0。当回路有外加负载时，品质因素要用。当回路有外加负载时，品质因素要用有载有载q值或值或ql表示。其中的表示。其中的r为考虑负载后总的耗损电阻。为考虑负载后总的耗损电阻。第2章 高频电路基础高频电子线路22 例例3-13-1：设一放大器以简单并联振荡回路为负载设一放大器以简单并联振荡回路为负载, 信号信号中心频率中心频率fs=10mhz, 回路电容回路

20、电容c=50 pf, (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需带宽要求? 解：解： (1) 计算计算l值值。 由式由式(2-4), 可得可得第2章 高频电路基础高频电子线路23cfcl20220)2(11将将f0以兆赫兹以兆赫兹(mhz)为单位为单位, 以皮法以皮法(pf)为单位为单位, l以以微亨（微亨（

21、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:cfcfl20620225330101)21( 将将f0=fs=10 mhz代入代入, 得得ul07. 5 (2) 回路回路谐振电阻谐振电阻和带宽。由式和带宽。由式(2-12)klqr8 .311018. 31007. 510210046700第2章 高频电路基础高频电子线路24回路带宽回路带宽为为 khzqfb1000 (3) 求满足求满足0.5 mhz带宽的并联电阻。带宽的并联电阻。 设回路上并设回路上并联电阻为联电阻为r1, 并联后的总电阻为并联后的总电阻为r1r0, 总的回路有载总的回路有载品质因数为品质因数为q

22、l。 由带宽公式由带宽公式, 有有200llqbfq此时要求的带宽此时要求的带宽b=0.5 mhz, 故故根据根据 可得，回路总电阻为可得，回路总电阻为：rq l第2章 高频电路基础高频电子线路25krrrklqrrrr97. 737. 637. 637. 61007. 5102200016701010 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。 （2 2） 串联谐振回路串联谐振回路 串联谐振回路适用于电源内阻为低内阻（如恒压源）串联谐振回路适用于电源内阻为低内阻（如恒压源）的情况或低阻抗的电路（如微波电路）。的情况或低阻抗的电路（如微波电路）。 图图2-4（a）是最简单的串

23、联振荡回路）是最简单的串联振荡回路。 第2章 高频电路基础高频电子线路26lrcx 00容性感性(a)(b)|zs|r00(c)0 /20(d)/2 图图2-6 串联谐振回路及其特性串联谐振回路及其特性 第2章 高频电路基础高频电子线路27 若在串联振荡回路两端加一恒压信号若在串联振荡回路两端加一恒压信号 , 则发生串联则发生串联谐振时因阻抗最小谐振时因阻抗最小, 流过电路的电流最大流过电路的电流最大, 称为称为谐振电流谐振电流, 其其值为值为)1(1cljrcjljrzslc10（2-15） urui0 在任意频率下的回路电流在任意频率下的回路电流 与谐振电流之比为与谐振电流之比为i回路阻抗

24、回路阻抗：谐振频率谐振频率：第2章 高频电路基础高频电子线路28)(11)(11111000000jqrljrcljzrruzuiisscrrlqqii00200201)(11其模为：其中： 为回路的品质因数为回路的品质因数第2章 高频电路基础高频电子线路29根据前式可以画出回路电流与谐振电流的曲线如下图所根据前式可以画出回路电流与谐振电流的曲线如下图所示示, 称为称为谐振曲线。谐振曲线。 ul.uc.0u.i0.ii0q1 q2q1q20 图图 2-6e 串联谐振回路的谐振曲线串联谐振回路的谐振曲线图图2-6f 串联回路谐振时的电流、电压关系串联回路谐振时的电流、电压关系 第2章 高频电路基

25、础高频电子线路30引入广义引入广义失谐后，失谐后，当工作在窄带（即当工作在窄带（即与与0很接近）时很接近）时, 有：有：2011ii第2章 高频电路基础高频电子线路31 串联谐振回路总结串联谐振回路总结： (1) 在串联谐振回路的阻抗特性、幅频特性、相频特性与在串联谐振回路的阻抗特性、幅频特性、相频特性与并联谐振回路成对偶关系。并联谐振回路成对偶关系。 (2) 谐振频率、品质因素、通频带、矩形系数等与并联谐谐振频率、品质因素、通频带、矩形系数等与并联谐振回路相同（高振回路相同（高q时）。时）。 第2章 高频电路基础高频电子线路32 2 2、 抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路 在实际应用中，常用

26、到激励源或负载与回路电感或电容在实际应用中，常用到激励源或负载与回路电感或电容部分连接联结的并联振荡回路，称为抽头并联振荡回路。部分连接联结的并联振荡回路，称为抽头并联振荡回路。如图如图2-7所示。所示。 (1) 接入系数接入系数p：定义为定义为与外电路相连与外电路相连的那部分的那部分电抗电抗与本与本回路参与分压的回路参与分压的同性质总电抗同性质总电抗之比。也可定义为电压之比。之比。也可定义为电压之比。 对于图对于图(2-7)(a)，若忽略两部分之间的互感，则抽头系数，若忽略两部分之间的互感，则抽头系数可直接用电感之比，也可近似用匝数之比。可直接用电感之比，也可近似用匝数之比。 对于图对于图(

27、2-7)(b)，可得，可得tupu(2-16)112tcupucc第2章 高频电路基础高频电子线路33lcr0uut(a)lc2r0uutc1(b)lr1uc2c1(c)lr1utc1c2(e)u1r1ut(d)u1lcutiil图2-7 几种常见抽头振荡回路 第2章 高频电路基础高频电子线路34下面以图下面以图2-7(a)、(b)为例分析抽头并联振荡回路的特性。为例分析抽头并联振荡回路的特性。 (2) 阻抗变换特性阻抗变换特性 对于图对于图(2-7)(a)，考虑是窄带高，考虑是窄带高q的实际情况，的实际情况，当谐振时当谐振时，输入端呈现的电阻设为输入端呈现的电阻设为r，从，从功率相等的关系功

28、率相等的关系，有：，有：2200()turrp ru（2-17）（2-18） 22022tuurr当当未谐振时未谐振时，输入端呈现的阻抗为：，输入端呈现的阻抗为：002221qjrpzpzt（2-19） 第2章 高频电路基础高频电子线路35（2-21） piit （2-22） (3) 电流、电压变换特性电流、电压变换特性 由式由式(2-16)可得：可得：tupu 对于图对于图(2-8)所示得电流源，利用能量守恒关系，容所示得电流源，利用能量守恒关系，容易得到其折合关系为：易得到其折合关系为： 值得注意得是：值得注意得是：对于抽头并联振荡回路，对阻抗变换对于抽头并联振荡回路，对阻抗变换的变比为的

29、变比为p2，而对信号源（电流、电压）的变比为，而对信号源（电流、电压）的变比为p。第2章 高频电路基础高频电子线路36(4) 电路失谐时，电流的折合关系电路失谐时，电流的折合关系 根据图根据图2-7(a)，谐振时的回路电流，谐振时的回路电流il和和ic与与i的比值要的比值要小些小些, 而不再是而不再是q倍。倍。 由由rilcrlritlcrliit图 2-8 电流源的折合 ruirquluittl0及 第2章 高频电路基础高频电子线路37 例例2 2： 如图如图2-11， 抽头回路由电流源激励抽头回路由电流源激励, 忽略回路本身忽略回路本身的固有损耗的固有损耗, 试求回路两端电压试求回路两端电

30、压u(t)的表示式及回路带宽。的表示式及回路带宽。0ltiurqiur （2-23） 可得 c2c12000 pf500r12000 pf10 hli icos 107ti1 mau1(t)图 2-11 例2的抽头回路 lipqi第2章 高频电路基础高频电子线路38 解解 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, 因此可以认为因此可以认为q。 由图可知由图可知, 回路电容为回路电容为pfccccc10002121 谐振角频率为 sradlc/10170电阻r1的接入系数200015 . 012211rprcccp等效到回路两端的电阻为 第2章 高频电路基础高频电子线路39 回

31、路两端电压回路两端电压u(t)与与i(t)同相同相, 电压振幅电压振幅u=ir=2 v, 故故 sradqblrqtvtpututvtull/10520100200010cos)()(10cos2)(500717输出电压为 回路有载品质因数 回路带宽 第2章 高频电路基础高频电子线路40 3、耦合振荡回路、耦合振荡回路 在高频电路中在高频电路中, 有时用到两个互相耦合的振荡回路有时用到两个互相耦合的振荡回路, 也也称为称为双调谐回路双调谐回路。把接有激励信号源的回路称为初级回路。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。把与负载相接的回路称为次级回路或负载

32、回路。 在高频电路中，耦合振荡回路主要完成以下两方面的在高频电路中，耦合振荡回路主要完成以下两方面的功能：功能：a、阻抗变换、阻抗变换 b、提供比简单谐振回路更好的频率特性。、提供比简单谐振回路更好的频率特性。 图图 2-10 是两种常见的耦合回路。是两种常见的耦合回路。 图图 2-10（a）是互感）是互感耦合电路耦合电路, 图图 2-10(b)是电容耦合回路。是电容耦合回路。 第2章 高频电路基础高频电子线路41l2c2r2l1c1mr1i.u1.u2.r1l1c1c2l2r2i.u1.ccu2.l2r2l1c1mr1i2.i1.e.jc1i.r2l1l2c1c2cmr1(a)(b)(c)(

33、d)c2e jl1i. 图图 2-10 两种常见的耦合回路及其等效电路两种常见的耦合回路及其等效电路 第2章 高频电路基础高频电子线路4221212llmllmk（2-24） 对于图 2-10（b）电路, 耦合系数为)(21cccccccck（2-25） 1）耦合系数）耦合系数k：是指耦合电路中的耦合电抗是指耦合电路中的耦合电抗zm与初次级与初次级中与中与zm同性质两电抗的几何平均值之比。同性质两电抗的几何平均值之比。 对于图 2-10（a）电路, 耦合系数为2）反映（射）阻抗）反映（射）阻抗zf ：是指由于次级回路的存在而对初是指由于次级回路的存在而对初级回路的影响，这种影响相当于在初级回路

34、接一反映级回路的影响，这种影响相当于在初级回路接一反映（射）阻抗（射）阻抗zf。 设有激励时，初级电流为 ，将会在次级回路形成一感应电动势 ，设次级回路阻抗为z2，从而形成次级1i1j mi第2章 高频电路基础高频电子线路4322222zmzzzmf （2-26） 电流 ，次级必然又会对初级产生反作用(即 要在初级产生反电动势） 。或2i22122fm iuj miz122j miiz 2212ffumziz第2章 高频电路基础高频电子线路44kqaqrl00002)(（2-27） （2-28）耦合因子耦合因子定义为：定义为： 根据图2-10(c)容易求得，初次级串联阻抗可分别表示为 mjzj

35、rzjrzm)1 ()1 (2211 耦合阻抗为：耦合阻抗为： 3) 耦合因子与转移阻抗耦合因子与转移阻抗 设初、次级回路的参数相同，均为c、l、q，其广义失谐为第2章 高频电路基础高频电子线路45由图2-10(c)等效电路, 转移阻抗为 uiccucjicjiuz221212222111(2-29) 由次级感应电势 产生, 有2imzi1212zziim考虑次级的反映阻抗, 则21112()()mfzui zzizz 将上两式代入式(2-29), 再考虑其它关系, 经简化得 第2章 高频电路基础高频电子线路46jaacqjz2122021 (2-30)根据同样的方法可以得到电容耦合回路的电容

36、耦合回路的转移阻抗转移阻抗特性特性为jaaljqz21220212222max21214)1 (2aazz （2-31） （2-32） 以广义失谐 为变量，对转移阻抗z21求极值可知：当a1时有两个极大值，且在 处有凹点，通常将通常将a1的情况成为的情况成为临界耦合临界耦合，此时的转移阻抗用| z21 |max表示。有00第2章 高频电路基础高频电子线路47 （2-35） 1ckq（2-33） 4max21214111zz（2-34） 式（2-32）与频率的关系称为耦合回路的频率特性见图2-11。在临界耦合时（a1）有：我们将将a1（k1（kkc)的情况成为的情况成为过耦合过耦合。类似单谐振回

37、路，可以求出回路带宽（当 时）：2121max12zzqfb07 . 02通频带通频带：第2章 高频电路基础高频电子线路48|z21|max|z21|10.707k k0k k0k k0ff1faf0fbf20 图 2-11 耦合回路的频率特性 第2章 高频电路基础高频电子线路49 在在临界耦合临界耦合时，其矩形系数为时，其矩形系数为3.15，显然比简单谐振，显然比简单谐振回路小的多。回路小的多。二、二、高频变压器和传输线变压器 1、高频变压器、高频变压器 1）功能：）功能： 高频变压器通常工作在几十兆赫兹的高频电路中，高频变压器通常工作在几十兆赫兹的高频电路中，用于传输信号、隔绝直流和阻抗变

38、换等。用于传输信号、隔绝直流和阻抗变换等。 7 . 01 . 01 . 0bbk矩形系数矩形系数第2章 高频电路基础高频电子线路50 2）结构特点）结构特点 高频变压器的基本原理与低频变压器相同，也是靠磁高频变压器的基本原理与低频变压器相同，也是靠磁通交链通交链, 或者说是靠互感进行耦合的。或者说是靠互感进行耦合的。 (1) 为了减少损耗为了减少损耗, 高频变压器常用导磁率高频变压器常用导磁率高、高、 高频高频损耗小的软磁材料作磁芯，如铁氧体。损耗小的软磁材料作磁芯，如铁氧体。 (2) 常用高频变压器的磁心结构如图常用高频变压器的磁心结构如图2-12所示。所示。 (3) 高频变压器一般用于小信

39、号场合高频变压器一般用于小信号场合, 尺寸小尺寸小, 线圈的线圈的匝数较少。匝数较少。 3）等效电路）等效电路 高频变压器的等效电路如图高频变压器的等效电路如图2-13(b)所示，其中所示，其中ls为漏为漏感，感，cs为分布电容。为分布电容。第2章 高频电路基础高频电子线路51(a)(b)(c) 图图 2-12 高频变压器的磁芯结构高频变压器的磁芯结构（a） 环形磁芯环形磁芯; (b) 罐形磁芯罐形磁芯; (c) 双孔磁芯双孔磁芯 n1n2(a)lscsln1n2(b)图图 2-13 高频变压器及其等效电路高频变压器及其等效电路 (a) 电路符号电路符号; (b) 等效电路等效电路第2章 高频

40、电路基础高频电子线路52 4）带抽头高频变压器）带抽头高频变压器 图图 2-14(a)是一中心抽头变压器的示意图。是一中心抽头变压器的示意图。 初级为两个等初级为两个等匝数的线圈串联匝数的线圈串联, 极性相同，设初次级匝比极性相同，设初次级匝比n=n1/n2。 作为理作为理想变压器看待想变压器看待, 线圈间的电压和电流关系分别为：线圈间的电压和电流关系分别为：)(213321iininuuu(2-37) (2-36) 图图 2-14 中心抽头变压器电路中心抽头变压器电路 （a） 中心抽头变压器电路中心抽头变压器电路; （b） 作四端口器件应用作四端口器件应用 n1n1u1.u2.i1.i2.n

41、2i3.(a)(b)z1z2z4z3n:1u3.第2章 高频电路基础高频电子线路53 2、传输线变压器、传输线变压器 传输线变压器传输线变压器就是利用绕制在磁环上的传输线而构成的高就是利用绕制在磁环上的传输线而构成的高频变压器，它是一种集中参数与分布参数相结合的组件。频变压器，它是一种集中参数与分布参数相结合的组件。 图图 2-15 为其典型的结构和电路图。为其典型的结构和电路图。 1） 结构结构磁环42132143(a)(b)图图 2-15 传输线变压器的典型结构和电路传输线变压器的典型结构和电路 (a) 结构示意图结构示意图; （b） 电路电路 第2章 高频电路基础高频电子线路54rses

42、1324u1.rlu2.zci.rses1234u1.rlul(a)(b)i. 图图 2-16 传输线变压器的工作方式传输线变压器的工作方式 (a) 传输线方式传输线方式; (b) 变压器方式变压器方式 2）工作方式（模式）工作方式（模式） 有两种工作模式：有两种工作模式：传输线方式传输线方式和和变压器方式变压器方式，不同方式，不同方式决定于不同的激励模式。如下图决定于不同的激励模式。如下图第2章 高频电路基础高频电子线路55 传输线的原理特点传输线的原理特点：是利用两导线间（或同轴线内外导是利用两导线间（或同轴线内外导体间）的分布电容和分布电感形成一体间）的分布电容和分布电感形成一电磁波的传

43、输系统电磁波的传输系统。它。它传输的频率范围很宽，可达及千兆赫。传输的频率范围很宽，可达及千兆赫。 当传输线端接的当传输线端接的负载电阻与特性阻抗负载电阻与特性阻抗（ ）相等相等时，传输线上传输行波，此时，传输线上传输行波，此时有最大的传输带宽有最大的传输带宽。 行波的特点行波的特点： (1) 传输线上任一点上，两导线上流过的电流大小相等、传输线上任一点上，两导线上流过的电流大小相等、方向相反方向相反; (2) 两导线上电流所产生的磁通只存在于两导线间，磁两导线上电流所产生的磁通只存在于两导线间，磁心中没有磁通和耗损；心中没有磁通和耗损； (3) 两导线间的电压（振幅）沿导线均匀分布。两导线间

44、的电压（振幅）沿导线均匀分布。czl c第2章 高频电路基础高频电子线路56rrfvcv0（2-38） （2-39） 3）主要参数）主要参数波速波速波长波长其中 为传输线的相对介电常数相对介电常数，总是大于1的（一般24）。r第2章 高频电路基础高频电子线路57rsesu1.132u2.rlul.(a)(b)rsesu1.132rl/2i1.i2.4i1.u1/2.zci2.u1/2.rl/2u1.2u1.2rsu1.132u2.rlul.(c)i.i.u2.i.u1.rses.es.rlrbrl42a13u1.bul.ul.i2.i1.(d).4.4 图图 2-17传输线变压器的应用举例传输

45、线变压器的应用举例 （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; （c） 1 4 阻抗变换器阻抗变换器; (d) 3 分贝耦合器分贝耦合器 21l1,2uu uu21uu 第2章 高频电路基础高频电子线路58三、石英晶体谐振器 1、物理特性、物理特性 石英晶体是石英晶体是sio2的结晶体，在自然界中是以六角锥体的结晶体，在自然界中是以六角锥体出现，有三个对称轴：出现，有三个对称轴：z轴（光轴）、轴（光轴）、x轴（电轴）和轴（电轴）和y轴轴（机械轴）。石英晶体谐振器是由天然或人工生成的石英（机械轴）。石英晶体谐振器是由天然或人工生成的石英晶体切片制成。晶体切片制成。

46、 正压电效应正压电效应：是指当晶体受外力作用而变形时，将在：是指当晶体受外力作用而变形时，将在它对应的表面产生正、负电荷，形成电压的现象。它对应的表面产生正、负电荷，形成电压的现象。 lliriuiur4122/21（2-41）第2章 高频电路基础高频电子线路5918第2章 高频电路基础高频电子线路6019第2章 高频电路基础高频电子线路61 负压电效应负压电效应：是指当在晶体两表面加以一定电压时，晶：是指当在晶体两表面加以一定电压时，晶体又会产生机械变形的现象。体又会产生机械变形的现象。 2、等效电路及阻抗特性、等效电路及阻抗特性 图图 2-20是石英晶体谐振器的等效电路。是石英晶体谐振器的

47、等效电路。 由图由图 2-20(b)可看出可看出, 晶体谐振器是一串并联的振荡回晶体谐振器是一串并联的振荡回路路, 其串联谐振频率其串联谐振频率fq和并联谐振频率和并联谐振频率f0分别为分别为第2章 高频电路基础高频电子线路62q1q3q5c0lqcqrqc0(a)(b) 图图 2-20 晶体谐振器的等效电路晶体谐振器的等效电路 (a) 包括泛音在内的等效电路包括泛音在内的等效电路; (b) 谐振频率附近的等效电路谐振频率附近的等效电路 00000111122qqqqqqqqccffccc cl clcc(2-41) (2-42) 12qqqfl c第2章 高频电路基础高频电子线路63001(

48、1)2qqcffc（2-43） 图图 2-22(b)所示的所示的等效电路的阻抗的一般表示式等效电路的阻抗的一般表示式为为 001)1()1(1cjcljrcljrcjzqqqqqqe在忽略在忽略rq后后, 上式可化简为上式可化简为 220220111qeecjjxz （2-44） 或或第2章 高频电路基础高频电子线路64xe0q0图 2-21 晶体谐振器的电抗曲线 qqqelclddddxq2)1(（2-46） 容性容性容性容性感性感性第2章 高频电路基础高频电子线路65总之，晶体谐振器与一般谐振回路比较，总之，晶体谐振器与一般谐振回路比较，有以下特点有以下特点： (1) 晶体的晶体的谐振频率

49、谐振频率fq和和f0非常稳定非常稳定，这是由晶体的物理特，这是由晶体的物理特性决定的，受外界影响很小。性决定的，受外界影响很小。 (2) 有非常高的品质因素有非常高的品质因素（一般（一般q值可上万，而普通谐振回值可上万，而普通谐振回路路q值只能达到值只能达到100200）。）。 (3) 接入系数非常小接入系数非常小，一般为，一般为10-3数量级，甚至更小。数量级，甚至更小。 (4) 晶体在工作频率附近阻抗变化非常大，有晶体在工作频率附近阻抗变化非常大，有很高的并联谐很高的并联谐振阻抗振阻抗。第2章 高频电路基础高频电子线路661:211z1z222rlb0fqf0(a)(b)f图图 2-24

50、晶体滤波器的电路与衰减特性晶体滤波器的电路与衰减特性（a） 滤波器电路滤波器电路; （b） 衰减特性衰减特性 3、晶体谐振器的应用、晶体谐振器的应用 (1) 晶体振荡器晶体振荡器 (2) 高频窄带滤波器高频窄带滤波器第2章 高频电路基础高频电子线路67四、四、 集中滤波器 集中滤波器的集中滤波器的常见类型常见类型：lc式集中选择滤波器式集中选择滤波器、晶体滤波晶体滤波器器、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 压电陶瓷压电陶瓷：某些经过特殊处理（经高压电场极化）后：某些经过特殊处理（经高压电场极化）后的陶瓷具有与石英晶体类似的压电效应，这种陶瓷称为

51、压的陶瓷具有与石英晶体类似的压电效应，这种陶瓷称为压电陶瓷。压电陶瓷的等效电路与石英晶体类似。电陶瓷。压电陶瓷的等效电路与石英晶体类似。 第2章 高频电路基础高频电子线路68压电陶瓷的特性压电陶瓷的特性：q值：远大于值：远大于lc回路，远小于石英晶体回路，远小于石英晶体； 带宽：小于带宽：小于lc回路，大于石英晶体回路，大于石英晶体； 工作频率：工作频率：1100mhz 相对带宽：相对带宽：0.1%10%陶瓷谐振片 图图 2-25 陶瓷滤波器电路陶瓷滤波器电路 第2章 高频电路基础高频电子线路69 2、声表面波滤波器、声表面波滤波器 (1) 声表面波声表面波(saw)：是在压电固体材料表面产生

52、和传：是在压电固体材料表面产生和传播、且振幅随深入固体材料的深度增加而迅速减小的弹播、且振幅随深入固体材料的深度增加而迅速减小的弹性波。性波。 (2) 声表面波的特点声表面波的特点：a、能量密度高，其中、能量密度高，其中90%的能的能量集中在厚度等于一个波长的表面薄层中；量集中在厚度等于一个波长的表面薄层中； b、传输速度慢，约为纵波速度、传输速度慢，约为纵波速度的的45%，是横波速度的，是横波速度的90% 。 (3) 声表面波器件声表面波器件：是一种利用沿弹性固体表面传播机：是一种利用沿弹性固体表面传播机械振动波的器件。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。第2章

53、高频电路基础高频电子线路70 (4) 声表面波滤波器的传输函数声表面波滤波器的传输函数 图图 2-26为声表面波滤波器结构示意图为声表面波滤波器结构示意图 其的传输函数为其的传输函数为0020002sin2sin)(2sin2sin)exp()(njhnxvjjh （2-47） 第2章 高频电路基础高频电子线路71第2章 高频电路基础高频电子线路72 (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；、便于微型化和片式化； d、带内插

54、入衰减大，一般不低于、带内插入衰减大，一般不低于15db最突出的不最突出的不足；足； e、矩形系数可做到、矩形系数可做到1.12；如图；如图2-24. 总之，声表面波器件与其他滤波器相比，具有：总之，声表面波器件与其他滤波器相比，具有：频频率特性好、性能稳定、体积小、设计灵活、可靠性高，率特性好、性能稳定、体积小、设计灵活、可靠性高，制造简单且重复性好，便于大批量生产。制造简单且重复性好，便于大批量生产。第2章 高频电路基础高频电子线路73第2章 高频电路基础高频电子线路74五、 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

55、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 o型、型、l l型、型、u u型、桥型、桥t t型型等，其中等，其中t型和型和型用的最广泛。型用的最广泛。 vvwvww图2-25 t型和网络第2章 高频电路基础高频电子线路752、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之间之间进行变换进行变换。t t型匹配

56、器电路如下图所示。型匹配器电路如下图所示。r1r2r3z1z2 图 2-26 t型电阻网络匹配器 第2章 高频电路基础高频电子线路762.3 电子噪声及其特性电子噪声及其特性 一、一、 概述概述 1、干扰（或噪声）的概念（广义）、干扰（或噪声）的概念（广义）：是指电路中除有：是指电路中除有用信号以外的一切不需要的信号及各种电磁骚动的总称。用信号以外的一切不需要的信号及各种电磁骚动的总称。 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、干扰（狭义）、干扰（狭义）：是指由外部来的无用信号或电磁骚：是指由外部来的无用信号或电磁骚动的总称，通常又称外部干扰。动的

57、总称，通常又称外部干扰。 3、噪声（狭义）、噪声（狭义）：是指由电路或系统内部产生的各种：是指由电路或系统内部产生的各种无用信号或电磁骚动的总称，通常又称内部噪声。无用信号或电磁骚动的总称，通常又称内部噪声。 4、抑制外部干扰的主要措施包括、抑制外部干扰的主要措施包括：消除干扰源、切断：消除干扰源、切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。第2章 高频电路基础高频电子线路77 在高频电路中内部噪声主要是电子噪声，本节主要介绍电在高频电路中内部噪声主要是电子噪声，本节主要介绍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

58、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：单位频带内噪声电流的均方值。：单位频带内噪声电流的均方值。 高斯噪声高斯噪声：噪声电压概率密度满足正态（高斯）：噪声电压概率密度满足正态（高斯）分布的噪声。分布的噪声。 白噪声白噪声：其功率谱密度不随频率变化的噪声（如：其功率谱密度不随频率变化的噪声（如电阻热噪声）。电阻热噪声）。第2章 高频电路基础高频电子线路78二、 电子噪声的来源与特性 1. 电阻热噪声电阻热噪声 由于导体和电阻中存在大量自由电子，这些自由电子将由于导体和电阻中存在大量自由电子，这些自由电子将作不规

59、则的热运动，大量电子的热运动就会在电阻两端产生作不规则的热运动，大量电子的热运动就会在电阻两端产生起伏电压（电势），这种起伏电压（电势），这种因热运动而产生的起伏电压就称为因热运动而产生的起伏电压就称为电阻的热噪声，电阻的热噪声， 如图如图2-27所示所示。27第2章 高频电路基础高频电子线路79 1) 热噪声电压和功率谱密度热噪声电压和功率谱密度 2201lim4tnntuu dtktbrt（2-49） )21exp(21)(222nnnnuuuup（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

60、，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，其概率密度为概率密度为：噪声噪声电压均方值电压均方值：根据上式可得根据上式可得噪声电压噪声电压|un|4un的概率小于的概率小于0.01%.第2章 高频电路基础高频电子线路80rr (理想)e2n4 ktbrgi2n4 ktbg(a)(b)图图 2-28 电阻热噪声等效电路电阻热噪声等效电路 )/(4)/(422hzaktgshzvktrsiu （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