2 高频电路基础 西电

第2章 高频电路基础
17
6）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, 将回路电 1 流值下降为谐振值的 2 时对应的频率范围称为回路的通频 R0 带, 也称回路带宽, 通常用B来表示。 令式（2-15）等于 2 , 则可推得ξ=±1, 从而可得带宽为：
f0 B 2f Q
CR LR R
图 2-1 电阻的高频等效电路
第2章 高频电路基础
4
2、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2-2（a）所示。 理想电容器的阻抗1/(jωC), 如图2-2（b）虚线所示, 其中, f为工作频率, ω=2πf。 高频电路中常常使用片状电容和表面贴装电容，因
14
3）特征阻抗：定义为

L Qr C
（2-5）
4）谐振电阻：回路在谐振时的阻抗最大, 为一纯电阻R0：
L Q R0 Q0 L Cr 0C
（2-6）
由前面分析可知，若电感的耗损电阻越小，回路的Q值越
高，其谐振电阻R0越大。
第2章 高频电路基础
15
5）阻抗特性
高Q时，由式(2-1)可得： Z p
第2章 高频电路基础
20
例3-1：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。 由式(2-4), 可得
12
Z
/2 Q1 感性 Q2 容性 Q1＞Q2
L r
C
. IC C
感性区
0
B (c)
容性区

(d)
图2-4 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
并联谐振回路的并联阻抗为：
1 ( r j L ) jC Zp 1 r j L jC
(2-10)
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
18
7）矩形系数：定义为阻抗的幅频特性下降为谐振值的0.1时 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 宽度之比。即
B0.1 K r 0.1 B0.707
(2-11)
其中：B0.1谐振曲线下降为谐振值的0.1时的频带宽度
L 5.07u
(2) 回路谐振电阻和带宽。由式(2-12)
R0 Q0 L 100 2 107 5.07 106 3.18 104 31.8k
第2章 高频电路基础
22
回路带宽为
f0 B 100kHz Q
(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
为其高频特性较好。
LC C 0 (a)
阻抗
RC
自身 谐振 频率 容性区
频率 f (b)
感性区
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
第2章 高频电路基础
5
3、电感 电感的作用：谐振元件、滤波元件、阻隔元件。 电感的耗损：电感一般都是由导线绕制的，一般都有一 定直流电阻，同时由于存在涡流、磁滞和电磁辐射等损失， 所以电感就存在耗损。
B0.707谐振曲线下降3dB的频带宽度
矩形系数是大于1的（理想时为1），矩形系数越小，回路的 选择性越好。 对于单级简单并联谐振回路，可以计算出其矩形系数为：
K r 0.1 102 1 9.96
第2章 高频电路基础
19
需要说明的几点：通过前面分析可知 (1) 回路的品质因素越高，谐振曲线越尖锐，回路的通
(1) 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; (2) 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。
第2章 高频电路基础
9
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。
目前通用型的宽带集成放大器，其增益可达50～ 60dB甚至更高，其工作频率可达100～200MHz甚至更高。
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。 (2) 前面的结论均是在“高Q”情况下，如果Q值较低， 并联谐振回路的谐振频率将低于高Q时的谐振频率，并使 谐振曲线和相位特性随着Q值而偏离。 (3) 以上所知品质因素均是指回路没有外加负载时的值， 称为空载Q值或Q0 。当回路有外加负载时，品质因素要用 有载Q值或QL表示。其中的r为考虑负载后总的耗损电阻。
0

0
(c)

图2-6
串联谐振回路及其特性
第2章 高频电路基础
25
回路阻抗： Z S r jL 谐振频率：
1 1 r j (L ) jC C
0
1 LC

（2-15）
若在串联振荡回路两端加一恒压信号 U , 则发生串联 谐振时因阻抗最小, 流过电路的电流最大, 称为谐振电流, 其 值为
常用高频二极管的类型：
(1) 点触式二极管：其最高工作频率约200～300MHz (2) 表 面 势 垒 二 极 管 ： 其 最 高 工 作 频 率 约 200 ～ 300MHz (3) 变容二极管：其电容随偏置电压变化而变化。
第2章 高频电路基础
8
2、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 管，通常这些管子比用于低频的管子性能更好, 在外形结构 方面也有所不同。 高频晶体管有两大类型:
此时要求的带宽B=0.5 MHz, 故
f0 QL B
QL 20
根据 R Q L 可得，回路总电阻为：
第2章 高频电路基础
23
R0 R1 Q0 L 20 2 107 5.07 106 6.37k R0 R1 R1 6.37 R0 7.97k R0 6.37
对于图(2-7)(b)，可得
p C1 U UT C1 C2
第2章 高频电路基础
UT IL I U (a) L R0 U C2 (b) C1 C L R0 U (c) L C1 UT UT C2
31
R1
UT
C
L
U1 R1
C1 UT L C2
U1 R1
(d)
(e)
图2-7 几种常见抽头振荡回路
30
2、 抽头并联振荡回路 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。 如图2-7所示。 (1) 接入系数p：定义为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。也可定义为电压之比。
p U UT
(2-16)
对于图(2-7)(a)，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。
需要在回路上并联7.97 kΩ的电阻。
（2） 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） 的情况或低阻抗的电路（如微波电路）。
图2-4（a）是最简单的串联振荡回路。
第2章 高频电路基础
X 容性 L 0 r C (b) 感性
24
0

(a) |ZS|

/2 r 0 0 －/2 (d)
SRF
感性区
相角
容性区
阻抗与相角
阻抗
0
频率 f
图 2-3 高频电感器的自身谐振频率SRF
第2章 高频电路基础
7
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。 1、二极管 二极管的作用：半导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, 工作在低电平。
第2章 高频电路基础
21
1 1 L 2 0 C (2 ) 2 f 02C
将f0以兆赫兹(MHz)为单位, Ｃ以皮法(pF)为单位, L以微 亨（μH）为单位， 上式可变为一实用计算公式: 1 1 25330 L ( )2 2 106 2 2 f 0 C f0 C 将f0=fs=10 MHz代入, 得
（2-7）
对应的阻抗模值与相角分别为
R0 R0 Zp 2 2 1 2 1 (Q )
0
第2章 高频电路基础
16
Z arctan( Q 2

0
) arctan
（2-12）
I L IC QI
. IC
（2-14）中谐振时的电流、 电压关系。
第2章 高频电路基础
32
下面以图2-7(a)、(b)为例分析抽头并联振荡回路的特性。 (2) 阻抗变换特性 对于图(2-7)(a)，考虑是窄带高Q的实际情况，当谐振时， 输入端呈现的电阻设为R，从功率相等的关系，有：
并联回路通常用于窄带系统, 此时ω与ω0 相差不大, 式 （2-13）可进一步简化为
R0 Zp 2 1 j （2-9） 1 jQ 0 f 2Q 2Q 式中, Δω=ω-ω0。 称为广义失谐。 0 f0 R
1 jQ( 0 ) 0
L Cr
第2章 高频电路基础
1
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
2.2 高频电路中的基本电路
2.3 电子噪声 2.4 噪声系数和噪声温度