第2章高频电路基础-第2章

1、第2章 高频电路基础无线通信系统的组成无线通信系统的组成发送设备发送设备接收设备接收设备超外差形式超外差形式第2章 高频电路基础第2章 高频电路基础第第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 高频电路中的组件高频电路中的组件 2.3.阻抗变换与阻抗匹配阻抗变换与阻抗匹配 2.4 电子噪声电子噪声2.5 非线性失真非线性失真第2章 高频电路基础高频电路高频放大器高频振荡器调制电路解调电路反馈控制电路调幅调频检波鉴频第2章 高频电路基础高频电路高频放大器高频振荡器调制电路解调电路反馈控制电路调幅调频检波鉴频基础元件R、L、C器件二极管、晶体管、MOS管

2、组件LC谐振回路、高频变压器电子噪声第2章 高频电路基础一一.元件元件 (1)电阻 (绕线电阻-碳膜电阻-金属膜电阻-贴片电阻)CR为分布电容, LR为引线电感, R为电阻。 LRCRR 图 2 1 电阻的高频等效电路 2.1高频电路中的元器件高频电路中的元器件第2章 高频电路基础 （2） 电容 RC极间绝缘电阻;Lc分布电感（引线电感）、极间电感;电解电容的极间电感大,小瓷介电容的引线电感较大;当工作频率大于电容自身谐振频率时,电容将等效为一个电感. 图2 2 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 LCRCC(a)阻抗频率 f(b)0第2章 高频电路基础

3、 （ 3） 电感 r线圈直流电阻,（交流电阻直流电阻）； Cl匝间分布电容；SRF电感自身谐振频率。品质因数Q=L/r阻抗与相角阻抗相角频率 fSRF0 图 2 3 高频电感器的自身谐振频率SRF LrCl 第2章 高频电路基础二二.有源器件有源器件1)二极管常用类型点接触式二极管表面势垒二极管(肖特基二极管)变容二极管PIN二极管NoImage第2章 高频电路基础二二.有源器件有源器件1)二极管常用类型点接触式二极管表面势垒二极管(肖特基二极管)变容二极管PIN二极管PN结电容扩散电容势垒电容NoImage第2章 高频电路基础二二.有源器件有源器件1)二极管常用类型点接触式二极管表面势垒二极

4、管(肖特基二极管)变容二极管PIN二极管PN结电容扩散电容外加正向偏压NoImage第2章 高频电路基础二二.有源器件有源器件1)二极管常用类型点接触式二极管表面势垒二极管(肖特基二极管)变容二极管PIN二极管PN结电容扩散电容外加正向偏压势垒电容外加反向偏压NoImage第2章 高频电路基础二二.有源器件有源器件1)二极管常用类型电接触式二极管表面势垒二极管(肖特基二极管)变容二极管PIN二极管PN结电容扩散电容外加正向偏压势垒电容外加反向偏压NoImageDDCI0(1)TCCUrU第2章 高频电路基础二二.有源器件有源器件1)二极管常用类型点接触式二极管表面势垒二极管(肖特基二极管)变容

5、二极管PIN二极管PN结电容扩散电容 外加正向偏压势垒电容外加反向偏压NoImage2）晶体管（BJT）与场效应管（FET）DCDDCI0(1)TCCUrU第2章 高频电路基础二二.有源器件有源器件1)二极管常用类型点接触式二极管表面势垒二极管(肖特基二极管)变容二极管PIN二极管PN结电容扩散电容 外加正向偏压势垒电容外加反向偏压NoImage2）晶体管（BJT）与场效应管（FET）高频晶体管高频小功率管高频大功率管DCDDCI0(1)TCCUrU第2章 高频电路基础二二.有源器件有源器件1)二极管常用类型点接触式二极管表面势垒二极管(肖特基二极管)变容二极管PIN二极管PN结电容扩散电容

6、外加正向偏压势垒电容外加反向偏压NoImage2）晶体管（BJT）与场效应管（FET）高频晶体管高频小功率管：高增益、低噪声高频大功率管DCDDCI0(1)TCCUrU第2章 高频电路基础二二.有源器件有源器件1)二极管常用类型点接触式二极管表面势垒二极管(肖特基二极管)变容二极管PIN二极管PN结电容扩散电容 外加正向偏压势垒电容外加反向偏压NoImage2）晶体管（BJT）与场效应管（FET）高频晶体管高频小功率管：高增益、低噪声高频大功率管：大功率DCDDCI0(1)TCCUrU第2章 高频电路基础二二.有源器件有源器件1)二极管常用类型电接触式二极管表面势垒二极管(肖特基二极管)变容二

7、极管PIN二极管PN结电容扩散电容 外加正向偏压势垒电容外加反向偏压CI2）晶体管与场效应管（FET）高频晶体管高频小功率管：高增益、低噪声高频大功率管：大功率发射结电容扩散电容DCDDCI0(1)TCCUrU第2章 高频电路基础二二.有源器件有源器件1)二极管常用类型电接触式二极管表面势垒二极管(肖特基二极管)变容二极管PIN二极管PN结电容扩散电容 外加正向偏压势垒电容外加反向偏压CI2）晶体管与场效应管（FET）高频晶体管高频小功率管：高增益、低噪声高频大功率管：大功率发射结电容扩散电容，正比于ICQ;DCDDCI0(1)TCCUrU第2章 高频电路基础二二.有源器件有源器件1)二极管常

8、用类型电接触式二极管表面势垒二极管(肖特基二极管)变容二极管PIN二极管PN结电容扩散电容 外加正向偏压势垒电容外加反向偏压CI2）晶体管与场效应管（FET）高频晶体管高频小功率管：高增益、低噪声高频大功率管：大功率发射结电容扩散电容，正比于ICQ;DCDDCI0(1)TCCUrU集电结电容势垒电容 第2章 高频电路基础二二.有源器件有源器件1)二极管常用类型电接触式二极管表面势垒二极管(肖特基二极管)变容二极管PIN二极管PN结电容扩散电容 外加正向偏压势垒电容外加反向偏压2）晶体管与场效应管（FET）高频晶体管高频小功率管：高增益、低噪声高频大功率管：大功率发射结电容扩散电容，正比于ICQ

9、;DCDDCI0(1)TCCUrU集电结电容势垒电容，反比于 的1/31/2次方CBQU第2章 高频电路基础频率参数f共射截止频率共基截止频率特征频率fTf第2章 高频电路基础频率参数f00.707共射截止频率共基截止频率特征频率f00.707Tf10Tff第2章 高频电路基础频率参数3）集成电路通用型专用型(ASIC)f00.707共射截止频率共基截止频率特征频率f00.707Tf10Tff第2章 高频电路基础频率参数3）集成电路通用型宽带集成放大器（如FX733） 达120MHz模拟相乘器（如（MC1596）专用型(ASIC)f00.707共射截止频率共基截止频率特征频率f00.707Tf

10、10TffHf第2章 高频电路基础频率参数3）集成电路通用型宽带集成放大器（如FX733） 达120MHz模拟相乘器（如（MC1596）专用型(ASIC)集成锁相环集成调频解调器单片接收机电视中的专用集成片f00.707共射截止频率共基截止频率特征频率f00.707Tf10TffHf第2章 高频电路基础2.2 高频电路中的组件无源组件(无源网络)高频谐振(振荡)回路高频变压器谐振器滤波器第2章 高频电路基础2.2 高频电路中的组件无源组件(无源网络)高频谐振(振荡)回路高频变压器谐振器滤波器完成信号传输、选频、阻抗变换等功能。第2章 高频电路基础2.2.组件无源组件(无源网络)高频谐振(振荡)

11、回路高频变压器谐振器滤波器信号传输、选频、阻抗变换等功能。其它组件平衡调制器、混频器正交调制器、混频器移相器匹配器与衰减器分配器与合路器定向耦合器隔离器与缓冲器高频开关与双工器第2章 高频电路基础1.高频振荡回路简单振荡回路抽头并联振荡回路耦合振荡回路第2章 高频电路基础1.高频振荡回路简单振荡回路抽头并联振荡回路耦合振荡回路1）简单振荡回路串联谐振回路并联谐振活路第2章 高频电路基础1.高频振荡回路简单振荡回路抽头并联振荡回路耦合振荡回路1）简单振荡回路串联谐振回路并联谐振活路（1）串联谐振回路11()|Zsrj lj crjlcZs第2章 高频电路基础幅度221|()sZrlc11Lctg

12、r幅频特性相角相频特性第2章 高频电路基础幅度221|()sZrlc11Lctgr01LC幅频特性相角相频特性谐振角频率第2章 高频电路基础幅度221|()sZrlc11Lctgr01LC幅频特性相角相频特性谐振角频率品质因数20020r11PLLILPLQrCrrCI r第2章 高频电路基础LrCX 00容性感性(a)(b)|ZS|r00(c)0 /20(d)/2 图2 4 串联振荡回路及其特性 第2章 高频电路基础串联谐振回路相频特性:第2章 高频电路基础串联谐振回路相频特性:（a）当 时，阻抗最小， 纯阻 00第2章 高频电路基础串联谐振回路相频特性:（a）当 时，阻抗最小， 纯阻（b）

13、当 时， 阻抗呈容性 000|,0SZr第2章 高频电路基础串联谐振回路相频特性:（a）当 时，阻抗最小， 纯阻（b）当 时， 阻抗呈容性（c）当 时， 呈感性000|,0SZr0|,0SZr第2章 高频电路基础（a）当 时，阻抗最小， 纯阻（b）当 时， 阻抗呈容性（c）当 时， 感性000|,0SZr0|,0SZr谐振时电流最大0uir串联谐振回路相频特性:第2章 高频电路基础（a）当 时，阻抗最小， 纯阻（b）当 时， 阻抗呈容性（c）当 时， 感性000|,0SZr0|,0SZr谐振时电流最大0uiri0i任意频率下回路电流 与谐振电流 之比00000011111()1()1SuZiu

14、LiLjjQrCrjr第2章 高频电路基础（a）当 时，阻抗最小， 纯阻（b）当 时， 阻抗呈容性（c）当 时， 感性000|,0SZr0|,0SZr谐振时电流最大0uiri0i任意频率下回路电流 与谐振电流 之比00000011111()1()1SuZiuLiLjjQrCrjr令000001()()LLCQrr称为广义失谐第2章 高频电路基础 模2200011()IIQ第2章 高频电路基础 模2200011()IIQ220000000000()()()222QQQfQQQf由第2章 高频电路基础 模2200011()IIQ220000000000()()()222QQQfQQQf0ff令绝对

15、失谐量 相对失谐量f第2章 高频电路基础 模2200011()IIQ220000000000()()()222QQQfQQQf0ff令称广义失谐绝对失谐量 相对失谐量f2011II所以第2章 高频电路基础 模2200011()IIQ220000000000()()()222QQQfQQQf0ff令称广义失谐绝对失谐量 相对失谐量f2011II201121II所以当 时，对应频率范围称为通频带第2章 高频电路基础 模2200011()IIQ220000000000()()()222QQQfQQQf0ff令称广义失谐绝对失谐量 相对失谐量f2011II201121II21所以当 时，对应频率范围称

16、通频带第2章 高频电路基础 模2200011()IIQ220000000000()()()222QQQfQQQf0ff令称广义失谐绝对失谐量 相对失谐量f2011II201121II211 所以当 时，对应频率范围称通频带第2章 高频电路基础0000()()22ffQQf广义失谐第2章 高频电路基础hff0021hffQf当时0000()()22ffQQf第2章 高频电路基础hff0021hffQf0021LffQf 当时当时Lff0000()()22ffQQf第2章 高频电路基础hff0021hffQf0021LffQf 002hfffQ当时当时所以上限截止频率Lff0000()()22ff

17、QQf第2章 高频电路基础hff0021hffQf0021LffQf 002hfffQ002LfffQ当时当时所以上限截止频率下限截止频率Lff0000()()22ffQQf第2章 高频电路基础hff0021hffQf0021LffQf 002hfffQ002LfffQ当时当时所以上限截止频率下限截止频率通 频 带Lff0hLfBffQ0000()()22ffQQf第2章 高频电路基础hff0021hffQf0021LffQf 002hfffQ002LfffQ当时当时所以上限截止频率下限截止频率通 频 带Lff0hLfBffQ0000()()22ffQQf单谐振回路的通频带与谐振频率成正比，与

18、品质因数成反比。第2章 高频电路基础LrCCIC.IR.R0IL.L0B11/ 2Q1 Q2Q1Q20 /2/2感性Q2Q1Q1 Q2容性Z(a)(b)(c)(d)U.0|zp|/R0I. 图2 7 并联谐振回路及其等效电路、 阻抗特性和辐角特性 (a) 并联谐振回路; （b）等效电路; （c）阻抗特性; （d）辐角特性 （）并联谐振回路1()1Prj Lj CZrj Lj C第2章 高频电路基础CrrLQQLC00201111并联回路谐振频率rL串联回路品质因数第2章 高频电路基础CrrLQQLC00201111并联回路谐振频率rL串联回路品质因数电抗/电阻第2章 高频电路基础CrrLQQL

19、C00201111当 时, 1QLC10并联回路谐振频率rL串联回路品质因数第2章 高频电路基础CrrLQQLC00201111当 时, 谐振时的阻抗最大, 为一电阻R01QLC10CQLQCrLR000并联回路谐振频率rL串联回路品质因数2Q r第2章 高频电路基础CrrLQQLC00201111当 时, 谐振时的阻抗最大, 为一电阻R01QLC10CQLQCrLR000并联谐振频率rL串联回路品质因数2Q r0001111(1()1()PLjLRj CCrZjrjLjQrC第2章 高频电路基础模02|1PRZ20(2)arctgarctgQ 幅角第2章 高频电路基础模02|1PRZ20(2

20、)arctgarctgQ 20|1( )1PZMR幅角相对幅模第2章 高频电路基础模02|1PRZ20(2)arctgarctgQ 20|1( )1PZMR幅角相对幅模并联回路000000LRRPCQCRRLLP品质因数电阻/电抗第2章 高频电路基础0fBQ并联谐振回路的通频带 第2章 高频电路基础0fBQ0fBQ并联谐振回路的通频带(单谐振回路均为 )第2章 高频电路基础0fBQ0fBQ0LCRXXQ并联谐振回路的通频带(单谐振回路均为 )LCIIQI并联谐振时并联谐振称为电流谐振。所以第2章 高频电路基础IL.IC.0I.U.图28表示了并联振荡回路中谐振时的电流、 电压关系。 0fBQ0

21、fBQ0LCRXXQ并联谐振回路的通频带(单谐振回路均为 )LCIIQI并联谐振时所以并联谐振称电流谐振。第2章 高频电路基础并联谐振回路相频特性:.第2章 高频电路基础并联谐振回路相频特性:.(1)当=0 时 =0， u与i同相,纯阻性第2章 高频电路基础并联谐振回路相频特性:.(1)当=0 时 =0， u与i同相,纯阻性(2)当 0， u比i超前,呈感性第2章 高频电路基础并联谐振回路相频特性:.(1)当=0 时 =0， u与i同相,纯阻性(2)当 0， u比i超前,呈感性(3)当0 时 0， u比i滞后,呈容性第2章 高频电路基础并联谐振回路相频特性:.(1)当=0 时 =0， u与i同

22、相,纯阻性(2)当 0， u比i超前,呈感性(3)当0 时 0， u比i滞后,呈容性第2章 高频电路基础并联谐振回路相频特性:.0B11/2Q1Q2Q1Q20/2/2感性Q2Q1Q1Q2容性Z.0|zp|/R0.(1)当=0 时 =0， u与i同相,纯阻性(2)当 0， u比i超前,呈感性(3)当0 时 0， u比i滞后,呈容性第2章 高频电路基础 例例 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.

23、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? 第2章 高频电路基础CfCL20220)2(11解解 ：(1) 计算L值。第2章 高频电路基础CfCL20220)2(11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， 上式变为一实用计算公式:CfCfL20620225330101)21(解解 ：(1) 计算L值。第2章 高频电路基础CfCL20220)2(11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， 上式变为一实用计算公式:CfCfL20620225330101)21( 将f0=fs=10 MHz代入

24、, 得uL07. 5解解 ：(1) 计算L值。第2章 高频电路基础CfCL20220)2(11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， 上式变为一实用计算公式:CfCfL20620225330101)21( 将f0=fs=10 MHz代入, 得uL07. 5 (2) 回路谐振电阻和带宽。由式(2 12)kLQR8 .311018. 31007. 510210046700解解 ：(1) 计算L值。第2章 高频电路基础回路带宽为 kHzQfB1000 (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R1R0, 总的回路

25、有载品质因数为QL。 由带宽公式, 有BfQL0此时要求的带宽B=0.5 MHz, 故20LQ第2章 高频电路基础kLQRRRR37. 61007. 5102206701010所以回路总电阻为需要在回路上并联的电阻为kRRR97. 737. 637. 6001第2章 高频电路基础kRRRkLQRRRR97. 737. 637. 637. 61007. 5102200016701010RL串联品质因数2002rLLILPQrPI r回路总电阻为需要在回路上并联的电阻为=电抗/电阻第2章 高频电路基础kRRRkLQRRRR97. 737. 637. 637. 61007. 510220001670

26、1010RL串联品质因数 RL并联品质因数2002rLLILPQrPI r2000200LRuRLPQuLPR回路总电阻为需要在回路上并联的电阻为=电阻/电抗第2章 高频电路基础kRRRkLQRRRR97. 737. 637. 637. 61007. 5102200016701010RL串联品质因数 RL并联品质因数Q值的物理意义是回路的无功功率与有功功率之比。2002rLLILPQrPI r2000200LRuRLPQuLPR回路总电阻为需要在回路上并联的电阻为第2章 高频电路基础RL串联品质因数2002rLLILPQrPI r2000200LRuRLPQuLPR00/LLRRQL回路上并联

27、电阻RL 有载品质因数Q值的物理意义是回路的无功功率与有功功率之比。 RL并联品质因数第2章 高频电路基础2)抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路 LC并联回路接上信号源和负载后Q值会降低。为提高Q值,采用部分接入法(抽头)实现阻抗匹配。第2章 高频电路基础2)抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路 LC并联回路接上信号源和负载后Q值会降低。为提高Q值,采用部分接入法(抽头)实现阻抗匹配。常见形式 (a)电感分压式 (b)电容分压式第2章 高频电路基础2)抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路 LC并联回路接上信号源和负载后Q值会降低。为提高Q值,采用部分接入法(抽头)实现阻抗匹配。常见形式 (a)电感分压式

28、 (b)电容分压式第2章 高频电路基础RiLCRLRiTLCRLIIT(a)电感分压式第2章 高频电路基础RiLCRLRiTLCRLIIT(1)接入系数 2221212TXLLLUpUXLLLLL(a)电感分压式第2章 高频电路基础RiLCRLRiTLCRLIIT(1)接入系数 若考虑互感M,则 2221212TXLLLUPUXLLLLL22122LMLMpLLML(a)电感分压式第2章 高频电路基础RiLCRLRiTLCRLIIT(1)接入系数 若考虑互感M,则(2)RL折合到输入端的电阻R 2221212TXLLLUPUXLLLLL22122LMLMPLLML(a)电感分压式第2章 高频电

29、路基础RiLCRLRiTLCRLIIT(1)接入系数 若考虑互感M,则(2)RL折合到输入端的电阻R 由 (折合前后功率相等) 得 (缩小了 倍)2221212TXLLLUpUXLLLLL22122LMLMpLLML22()LLTURRp RU2p(a)电感分压式2222TLUURR第2章 高频电路基础折合到并联回路的电阻（RS=RiT) 由 得 (扩大 倍)2222TsSUURR221()TSSSURRRUp 21pRiLCRLRiTLCRLIIT第2章 高频电路基础折合到并联回路的电阻 由 得 (扩大 倍) (4)信号源电流 折合到LC回路的电流 由 (变换前后信号源提供的功率不变) 得2

30、222TsSUURR221()TSSSURRRUP ()TSIISSTI UI UTSSSUIIpIU 21PSIRiLCRLRiTLCRLIIT第2章 高频电路基础折合到并联回路的电阻 由 得 (扩大 倍) (4)信号源电流 折合到 由 (变换前后信号源提供的功率不变) 得(5)电感支路电流 由 得2222TsSUURR221()TSSSURRRUP ()TSIISSTI UI UTSSSUIIPIU 0TTLUUQILRSUIRLSSIpQIQI21PSI第2章 高频电路基础(b)电容分压式等效于第2章 高频电路基础(b)电容分压式等效于接入系数221121212111ccLTccccXU

31、CpUXXCC第2章 高频电路基础221121212201111ccLTccccLLLLTTLLXUCPUXXCCRRpUpUpUURQL由，得(b)电容分压式等效于接入系数(1)RL折合到并联回路(2)UT折合到输出端电压UL(3)并联回路Q值第2章 高频电路基础 例例 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。 C2C12000 pF500R12000 pF10 HLi Icos 107tI1 mAu1(t)第2章 高频电路基础 解：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pFCCCCC10

32、002121第2章 高频电路基础 解：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pFCCCCC10002121 谐振角频率为 sradLC/10170第2章 高频电路基础 解：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 回路两端电压u(t)与i(t)同相, 电压振幅 U=IR=1*2=2 V, 第2章 高频电路基础 回路两端电压u(t)与i(t)同相

33、, 电压振幅 U=IR=1*2=2 V, 故 7( )2cos10u ttV第2章 高频电路基础 回路两端电压u(t)与i(t)同相, 电压振幅 U=IR=1*2=2 V, 故 输出电压为 771( )2cos10( )( )cos10u ttVu tpu ttV第2章 高频电路基础 回路两端电压u(t)与i(t)同相, 电压振幅 U=IR=1*2=2 V, 故 771( )2cos10( )( )cos10u ttVu tpu ttV输出电压为 回路有载品质因数0200020100LRQL第2章 高频电路基础 回路两端电压u(t)与i(t)同相, 电压振幅 U=IR=1*2=2 V, 故 2

34、02/1020100200010cos)()(10cos2)(700717LLQfBLRQtVtpututVtu输出电压为 回路有载品质因数 回路带宽 =5105/2=80kHz第2章 高频电路基础L2C2R2L1C1MR1I.U1.U2.R1L1C1C2L2R2I.U1.CCU2.L2r2L1C1Mr1I2.I1.E.jC1I.r2L1L2C1C2Cmr1(a)(b)(c)(d)C2E jL1I. 图 2 12 两种常见的耦合回路及其等效电路 3)耦合振荡回路耦合振荡回路互感耦合电容耦合第2章 高频电路基础互感耦合系数21212LLMLLMk)(21CCCCCCCCk电容耦合系数第2章 高频

35、电路基础kQAQrL00002)(耦合因子 互感耦合系数21212LLMLLMk)(21CCCCCCCCk电容耦合系数广义失谐第2章 高频电路基础kQAQrL00002)(耦合因子 初次级阻抗 次级阻抗为 互感耦合系数21212LLMLLMk)(21CCCCCCCCk11(1)Zrj电容耦合系数广义失谐22(1)Zrj第2章 高频电路基础0000000000011()()()(1()(1()(1)LZrjLrjLCLCLLrjLrjrrjQrj 22222122112201112IUj CIZIj C ECEQAjCAj 转移阻抗第2章 高频电路基础归一化转移阻抗(相对幅模)21222221

36、max|2( )|(1)4ZAMZA A=1时称临界耦合,临界耦合系数k0=A/Q=1/Q (k=k0)|Z21|max|Z21|10.707k k0k k0k k0ff1faf0fbf20第2章 高频电路基础(1)A1,欠耦合,幅频特性曲线为单峰,且峰值随A的减小而减小 这意味着放大量减小,没有实用价值 (K1,过耦合,双峰,峰值不随A的增大而改变,但A增大时两峰间距增大且凹陷加深,也不实用。实用中,常选A=1或略大于1,双峰凹陷不多,矩形系数好。 定义:矩形系数7 . 01 . 01 . 0BBK第2章 高频电路基础单谐振回路00.700.10.11010fBQfBQk第2章 高频电路基础

37、单谐振回路00.700.10.11010fBQfBQk00.700.10.124.53.15fBQfBQk双调谐回路(A=1时)临界耦合第2章 高频电路基础单谐振回路00.700.10.11010fBQfBQk00.700.10.124.53.15fBQfBQk双调谐回路(A=1时)临界耦合最大凹陷0.707时,A=2.4100.73.1fBQ第2章 高频电路基础 2. 高频变压器和传输线变压器高频变压器和传输线变压器 1)高频变压器 与低频变压器在磁芯材料和结构上区别： 第2章 高频电路基础 2. 高频变压器和传输线变压器高频变压器和传输线变压器 1)高频变压器 与低频变压器在磁芯材料和结构

38、上区别： (1)用导磁率高、高频损耗小的软磁材料做磁芯； 第2章 高频电路基础 2. 高频变压器和传输线变压器高频变压器和传输线变压器 1)高频变压器 与低频变压器在磁芯材料和结构上区别： (1)用导磁率高、高频损耗小的软磁材料做磁芯； (2)用于小信号场合,尺寸小,匝数少。第2章 高频电路基础 2. 高频变压器和传输线变压器高频变压器和传输线变压器 1)高频变压器 与低频变压器在磁芯材料和结构上区别： (1)用导磁率高、高频损耗小的软磁材料做磁芯； (2)用于小信号场合,尺寸小,匝数少。磁芯结构有环形线圈绕在磁环上罐形磁路有气隙，微调电感双孔磁芯第2章 高频电路基础N1N2(a)LSCSLN

39、1N2(b)图 2 15 高频变压器及其等效电路 电路符号等效电路第2章 高频电路基础N1N2(a)LSCSLN1N2(b)图 2 15 高频变压器及其等效电路 SL漏感分布电容初级励磁电感电路符号等效电路SC第2章 高频电路基础N1N2(a)LSCSLN1N2(b)图 2 15 高频变压器及其等效电路 SL漏感分布电容初级励磁电感在低频端，LS、CS 的影响可忽略，分流，影响低频响应电路符号等效电路SC第2章 高频电路基础N1N2(a)LSCSLN1N2(b)图 2 15 高频变压器及其等效电路 SL漏感分布电容初级励磁电感在低频端，LS、CS 的影响可忽略，分流，影响低频响应在高频端， L

40、S分压， CS 旁路，影响高频响应，的旁路作用可忽略。电路符号等效电路SC第2章 高频电路基础N1N2(a)LSCSLN1N2(b)图 2 15 高频变压器及其等效电路 SL漏感分布电容初级励磁电感在低频端，LS、CS 的影响可忽略，分流，影响低频响应在高频端， LS分压， CS 旁路，影响高频响应，的旁路作用可忽略。为展宽高频范围，采用导磁率高的磁芯。电路符号等效电路SC第2章 高频电路基础)(213321IInInUUU 图 2 16 中心抽头变压器电路 （a） 中心抽头变压器电路; （b） 作四端口器件应用 N1N1U1.U2.I1.I2.N2I3.(a)(b)Z1Z2Z4Z3n:1U3

41、.中心抽头变压器n=N1/N2第2章 高频电路基础)(213321IInInUUU 图 2 16 中心抽头变压器电路 （a） 中心抽头变压器电路; （b） 作四端口器件应用 N1N1U1.U2.I1.I2.N2I3.(a)(b)Z1Z2Z4Z3n:1U3.中心抽头变压器n=N1/N2用途：功率分配器、平衡电桥电路 功率合成器、平衡调制器第2章 高频电路基础2）传输线变压器）传输线变压器传输线传输高频信号的双导线，同轴线。 利用两导线间的分布电容和分布电感形成 电磁波的传输系统。 频带宽0几千MHz第2章 高频电路基础2）传输线变压器）传输线变压器传输线传输高频信号的双导线，同轴线。 利用两导线

42、间的分布电容和分布电感形成 电磁波的传输系统。 频带宽0几千MHz传输线工作方式变压器工作方式传输线变压器有 两种工作方式第2章 高频电路基础2）传输线变压器）传输线变压器传输线传输高频信号的双导线，同轴线。 利用两导线间的分布电容和分布电感形成 电磁波的传输系统。 频带宽0几千MHz两线电流反相频带宽两电压同相频带宽传输线工作方式变压器工作方式传输线变压器有 两种工作方式第2章 高频电路基础rrfvcv0主要参数：波速 ，波长 ，特性阻抗传输线的相对介电常数CZr第2章 高频电路基础rrfvcv0RSES1324U1.RLU2.ZCI.RSES1234U1.RLUL(a)(b)I. 图 2

43、18 传输线变压器的工作方式 (a) 传输线方式; (b) 变压器方式 主要参数：波速 ，波长 ，特性阻抗传输线的相对介电常数CZr第2章 高频电路基础LLiRIUIUR4122/21211121122244LLLiLUUUUUUURRIII1Luu LLURI（a）高频反相器（c）1：4阻抗变换器12UU第2章 高频电路基础3）石英晶体振荡器）石英晶体振荡器1）物理特性第2章 高频电路基础3）石英晶体振荡器）石英晶体振荡器1）物理特性0C静态电容 几p几十pF 第2章 高频电路基础3）石英晶体振荡器）石英晶体振荡器1）物理特性0CqL静态电容 几p几十pF 机械惯性 101000mH 第2章

44、 高频电路基础3）石英晶体振荡器）石英晶体振荡器1）物理特性0CqL静态电容 几p几十pF 机械惯性 101000mH机械弹性 2110 10 pFqC第2章 高频电路基础3）石英晶体振荡器）石英晶体振荡器1）物理特性0CqLqr静态电容 几p几十pF 机械惯性 101000mH机械弹性 损耗电阻2110 10 PF1210 10 qC第2章 高频电路基础0000011212121CCfCCCLCCCCLfCLfqqqqqqqqqqq串联谐振频率 并谐频率 第2章 高频电路基础0000011212121CCfCCCLCCCCLfCLfqqqqqqqqqqq串联谐振频率 并谐频率 0001212

45、qqqqqCffffCCffC 310频差相对频差量级第2章 高频电路基础0000011212121CCfCCCLCCCCLfCLfqqqqqqqqqqq串联谐振频率 并谐频率 0001212qqqqqCffffCCffC 3100fLCLC频差相对频差量级实用中，晶体两端并接电容 ，称晶体的负载电容（一般30pF、50pF）。 越大， 越接近 fq。第2章 高频电路基础0000011212121CCfCCCLCCCCLfCLfqqqqqqqqqqq串联谐振频率 并谐频率 0001212qqqqqCffffCCffC 3100fLCLC频差相对频差量级实用中，晶体两端并接电容 ，称晶体的负载电

46、容（一般30pF、50pF）。 越大， 越接近 fq 。应用晶体振荡器晶体滤波器、差接桥式第2章 高频电路基础 4. 集中滤波器集中滤波器 集中滤波器LC滤波器、晶体滤波器陶瓷滤波器、声表面滤波器 4. 集中滤波器集中滤波器 集中滤波器LC滤波器、晶体滤波器陶瓷滤波器、声表面滤波器二端件, 相当于旁路电容三端件 ,例6.5MHz第二伴音带通滤波器.1）陶瓷滤波器模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章第二章 高频电路基础高频电路基础149 三端陶瓷滤波器三端陶瓷滤波器第2章 高频电路基础 集中选频放大器应用举例输入端变压器耦合

47、输入端变压器耦合射极输出器射极输出器实现阻实现阻抗匹配抗匹配展宽通频带展宽通频带陶瓷滤波器选频放大器陶瓷滤波器选频放大器 并联谐振回路调谐在陶瓷滤波器主谐振频率上，以消除并联谐振回路调谐在陶瓷滤波器主谐振频率上，以消除陶瓷滤波器通带外出现的小谐振峰。陶瓷滤波器通带外出现的小谐振峰。第2章 高频电路基础 4. 集中滤波器集中滤波器 集中滤波器LC滤波器、晶体滤波器陶瓷滤波器、声表面滤波器二端件, 相当于旁路电容三端件 ,例6.5MHz第二伴音带通滤波器的陷滤波1）陶瓷滤波器2）声表面滤波器声表面滤波器（SAWF）主要特性:（1）工作频率范围宽（2）相对频带宽第2章 高频电路基础 4. 集中滤波器

48、集中滤波器 集中滤波器LC滤波器、晶体滤波器陶瓷滤波器、声表面滤波器二端件, 相当于旁路电容三端件 ,例6.5MHz第二伴音带通滤波器的陷滤波1）陶瓷滤波器2）声表面滤波器（SAWF）主要特性:（1）工作频率范围宽（2）相对频带宽（3）便于器件微型 化和片式化原：圆形金属壳封装改：方形扁平金属封装、表面贴装第2章 高频电路基础 4. 集中滤波器集中滤波器 集中滤波器LC滤波器、晶体滤波器陶瓷滤波器、声表面滤波器二端件, 相当于旁路电容三端件 ,例6.5MHz第二伴音带通滤波器的陷滤波1）陶瓷滤波器2）声表面滤波器（SAWF）主要特性:（1）工作频率范围宽（2）相对频带宽（3）便于器件微型 化和

49、片式化原：圆形金属壳封装改：方形扁平金属封装、表面贴装（4）带内插入衰减较大，电视需加预中放（5）矩形系数接近理想 1.12模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路 高高 频频 电电 子子 线线 路路第二章第二章 高频电路基础高频电路基础154第2章 高频电路基础第2章 高频电路基础主要特点：频率特性好、性能稳定、体积小、可靠性高 便于批量生产、免调试第2章 高频电路基础声表面波滤波器选频放大器声表面波滤波器选频放大器L1 与分布电容并联谐振于中心频率。C1 、C2、C3 均为隔直耦合电容。 R2 、C4 为电源去耦滤波电路。L2、L3为匹配电感，用于抵消SAWF 输

50、入、输出端分布电容的影响，以实现阻抗匹配。第2章 高频电路基础5.衰减器与匹配器衰减器与匹配器1）高频衰减器用来调整信号传输通路上的信号电平第2章 高频电路基础5.衰减器与匹配器衰减器与匹配器1）高频衰减器用来调整信号传输通路上的信号电平类型高频固定衰减器高频可变衰减器第2章 高频电路基础5.衰减器与匹配器衰减器与匹配器1）高频衰减器用来调整信号传输通路上的信号电平类型高频固定衰减器高频可变衰减器器件电阻性网络开关电路PIN二极管第2章 高频电路基础5.衰减器与匹配器衰减器与匹配器1）高频衰减器用来调整信号传输通路上的信号电平类型高频固定衰减器高频可变衰减器器件电阻性网络开关电路PIN二极管结

51、构T型 型L型u型桥T型O型第2章 高频电路基础VVWVWW 图 2 - 28 T型和型网络 特性阻抗：50 和70 两种第2章 高频电路基础VVWVWW 图 2 - 28 T型和型网络 特性阻抗：50 和70 两种2）高频匹配器）高频匹配器用来连接阻抗不匹配的两部分高频电路类型电阻衰减器变压器变换式第2章 高频电路基础R1R2R3Z1Z2 图 2 29 T型电阻网络匹配器 第2章 高频电路基础R1R2R3Z1Z2 图 2 29 T型电阻网络匹配器 1min112221min12min1min2min12min2min12min3min22(1) 1(1)21(1)2121ZLZZZZZZ L

52、Z Z LRLZLZ Z LRLZ Z LRL匹配的最小衰减量电阻值第2章 高频电路基础2.3 阻抗变换与阻抗匹配 在高频电路中，阻抗变换的目标是实现阻抗匹配。（1）负载得到最大传输功率；（2）滤波器达到最佳性能；（3）接收机的灵敏度得以改善；（4）发射机的效率得以提高。阻抗匹配目的是：第2章 高频电路基础2.3 阻抗变换与阻抗匹配 在高频电路中，实现阻抗变换的方法有：（1）利用抽头并联振荡回路或耦合振荡回路实现；（2）利用LC网络实现；（3）利用变压器实现；（4）利用电阻网络实现。第2章 高频电路基础2.4 电电 噪噪 声声 一.概述内部噪声外部干扰自然干扰人为干扰电特性脉冲型正弦型起伏型二

53、.电子噪声的来源与特性来源电阻热噪声半导体管噪声第2章 高频电路基础1.电阻势噪声电阻势噪声(1)产生原因:由导体内部自由电子无规则运动产生(2)特点: 由持续时间极短的脉冲组成 具有平坦的噪声谱,属于白噪声(3)表示方法: 无确定极性,无确定数值,且平均值为0; 只能用噪声噪声电压的均方值表示.22min231401.37 10/,nnTELe dtkTRBTkJ K波尔茨曼常数T绝对温度（K）B测量此电压时的带宽第2章 高频电路基础2224(/)4(/)USKTR vHzSKTG AHzRR (理想)E2n4 kTBRGI2n4 kTBG(a)(b)图 2 31 电阻热噪声等效电路 （4）

54、功率谱密度均方电压谱密度均方电流谱密度 均为功率谱，称白噪声12141010 xfHz第2章 高频电路基础 （5） 线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声 12nnneee)(42122212RRkTBEEEnnn|H(j)|2U2iSUiU2oSUo图 2 32热噪声通过线路电路的模型 多个电阻的热噪声设两个电阻串联，且两个电阻上的噪声电势互不相关1ne2ne热噪声通过线性网络第2章 高频电路基础第2章 高频电路基础热噪声 散弹噪声分配噪声闪烁噪声 2.晶体三极管的噪声1)散弹噪声（散粒噪声） 产生原因: 载流子通过PN结时随即起伏流动产生的 特点: 具有平坦的噪声谱,也是白噪声噪声谱密度:发

55、射结的散弹噪声起主要作用,集电结的散弹噪声可忽略.019( )21.6 10ISfqIqC第2章 高频电路基础2)分配噪声(过剩噪声、接触噪声） 原因：Ic与Ib的分配比起伏变化而产生的Ic、Ib起伏噪声 特点：也是白噪声3)闪烁噪声 原因：器件表面清洁处理不好或内部缺陷引起的噪声 特点：电流噪声谱密度与频率成反比，又称1/f噪声，低频噪声。电路中也有这种噪声，且碳膜电阻噪声最大，金属膜最小。3.场效应管的噪声场效应管的噪声无散弹噪声(因它不靠少数载流子运动)有热噪声、感应噪声、闪烁噪声第2章 高频电路基础 三三. 噪声系数和噪声温度噪声系数和噪声温度 1 噪声系数的定义噪声系数的定义 线性电

56、路KPNFSiNiSoNo 图 2 35 噪声系数的定义 S信号功率 N噪声功率第2章 高频电路基础ooiioiFNSNSNSNSN)()(ipaipapiFipopioFNKNNKNKNNNKNKNNN1噪声系数定义为线性电路输入信噪比与输出信噪比的比值输出噪声功率 ，内部附加噪声0PiaNK NN第2章 高频电路基础 噪声系数通常用dB表示, 用dB表示的噪声系数为 oiFFNSNSLgLgNdBN)()(1010)(说明（1）噪声功率与带宽有关； （2）噪声系数与输入信号大小无关，但与输入噪声功率有关。 规定Ni为Rs的最大输出功率，Rs的温度为290K，标准噪声温度。 （3）噪声系数与

57、负载大小无关 开路电压法 短路电流法 （4）噪声系数的概念仅适用于线性电路或准线性电路。 非线性电路中，信号与噪声、噪声与噪声相互作用，输出信 噪比更恶化。2222nionoFnionoFIINUUN第2章 高频电路基础 2噪声温度噪声温度 将线性电路的内部附加噪声折算到输入端, 用提高信号源内阻上的温度来等效, 这就是“噪声温度”。BkTKNepaTNTTTBkTBkTNBkTNFeeeieF) 1(111由得例：某低噪声放大器NF=1.05（0.21dB）Te=0.09*290K=14.5K 采取某种措施后NF=1.025（0.11dB）Te=0.025*290K=7.25K可见：采用噪声

58、温度的度量方法，数量变化概念较明显。第2章 高频电路基础RSESRL RSISRSRL RS(a)(b) 图 2 36 信号源的额定功率 （a） 电压源; （b） 电流源 2）额定功率增益KPm是指四端网络的输出额定功率Psmo和输入额定功率Psmi之比, 即smismoPmPPK第2章 高频电路基础 由此定义噪声系数/moimoPmNNKmipmmomoamomismiFNKNNPNPN因为Nmi= kTB, Nmo= KPmNmi+ Nmn, , 所以 kTBKkkTBKNNpmmnpmmoF1令 是网络额定输出噪声功率等效到输入端的数值 则moimoiFmiNNNNKTB第2章 高频电路

59、基础无 源四端网络KPmE2S.Roj Xo4 kTBRoUon2(a)(b)RSRL图 2 37 无源四端网络的噪声系数 3）无源四端网络的噪声系数在输出端匹配时，输出的额定噪声功率所以：无源四端网络的 噪声系数无源四端网络的 噪声系数等于网络的衰减倍数moNKTB1moFPmmiPmPmKkTBNLKNKkTBK第2章 高频电路基础 3 噪声系数与灵敏度噪声系数与灵敏度 噪声系数是用来衡量部件和系统噪声性能的。 噪声性能的好坏决定了输出端的信噪比. 当要求一定的输出信噪比时,它决定了输入端必要的信号功率.也就决定了放大或接收微弱信号的能力. 接收机接收微弱信号的能力可用灵敏度来衡量. 灵敏

60、度是指保持输出端信噪比一定时,接收机输入的最小信号电压或功率.第2章 高频电路基础 习题课习题课(一一)高频电路基础1.重点掌握高频振荡回路的频率特性 (1)简单振荡回路(串联谐振、并联谐振) (2)抽头并联振荡回路(电感分压式、电容分压式) (3)耦合振荡回路(双调谐回路)2.了解高频电压器的特点,熟悉传输线变压器的工作方式3.掌握石英晶体振荡器的阻抗特性及等效电路. 熟悉石英晶体振荡器的特点4.熟悉集中滤波器(主要是SAWF)的主要特点. 了解衰减器与匹配器的作用及特点.5.熟悉电子噪声的来源与特性(电阻、三极管) (热噪声、散弹噪声、闪烁噪声、分配噪声) 了解噪声系数的概念第2章 高频电