第2章高频电路基础.ppt
合集下载
高频电子线路完整章节完整课件(胡宴如版)
第2章 小信号选频放大器
主要内容：
LC谐振回路
小信号谐振放大器
集中选频放大器
2.1 LC谐振回路—概述
LC 谐振回路是高频电路里最常用 的无源选频网络，包括并联回路和串联回路 两种结构类型。
利用LC谐振回路的幅（度）频（率） 特性和相（位）频（率）特性，不仅可以进 行选频，即从输入信号中选择出有用频率分 量而抑制掉无用频率分量或噪声（例如在选 频放大器和正弦波振荡器中），而且还可以
1.1、通信与通信系统
4）信道：信息的传送通道，又称传输媒介。信道 可分为无线信道和有线信道两大类；
5）接收机：把由信道传送过来的已调信号取出并 进行处理，得到与发送相对应的原基带信号， 把这一过程称为解调；
6）输出变换器：把基带信号恢复成原来形式的信 息。
1.1、通信与通信系统
通信系统按传输的基带信号不同，分为模拟通信系统和 数字通信系统两大类。 1）模拟通信系统：直接传输模拟信号（即基带信号为 模拟信号）的通信系统,称为模拟通信系统。 典型的模拟通信系统的发送设备的组成框图和接收 设备的组成框图分别如图2和图3所示。 图2为调幅发射机的组成框图。 图3为超外差式调幅接收机的组成框图。 2）数字通信系统：传输数字信号（即基带信号为数字 信号）的通信系统,称为数字通信系统。
2.1.1 并联谐振回路的选频特 性
谐振回路
谐振回路由电感线圈和电容器组成，它具有选择 信号及阻抗变换作用。
LC并联谐振回路
图2.1.1是电感L、电容C和外加信号源组成的
并联谐振回路。r是电感L的等效损耗电阻，电容的
.
损耗一般可以忽略。 I
S
为电流源，U
为并联回路两
O
端输出电压。
高频电子线路_ppt课件
需要注意： 回路的Q越高，
谐振曲线越尖锐，回 路的B0.707越窄，但其 Kr0.1并不改变。
这说明，对于简单并联谐振回路，回路Q 对回路的通频带和高的选择性的矛盾不能兼顾。
.
33
第2章 高频电路基础
1、简单振荡回路 （1）并联谐振回路
并联阻抗： 谐振频率： 品质因数： 并联谐振电阻：
通频带宽与矩形系数： 幅频特性与相频特性：
.
43
第2章 高频电路基础
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 容部分连接的并联振荡回路，即抽头并联振荡回路。
作用：实现回路与信号源的阻抗匹配或者进行阻抗变换。
（1）接入系数 p (或称抽头系数)：
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。
/0C
i2r
1
0Cr
Zp Cr R0并联谐振回路的等效电路？
.
22
第2章 高频电路基础
并联谐振回路的等效电路
等效电路
L
并联阻抗：ZP
r
C
j(L
1
)
谐振阻抗：
C
Zp
L Cr
R0
.
23
第2章 高频电路基础
(a)谐振频率 (b)特性阻抗 (c)品质因数
0L10C
L C
用 r 表示
Q0L 1 r 0Cr r
为射频扼流圈 RFC）。
高频等效电路：
电感线圈的损耗：在高频电路中是不能忽略的。
分布电容的影响：在分析一般的长、中、短波频段 电路时，通常可以忽略。
.
9
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
3、高频电感
谐振曲线越尖锐，回 路的B0.707越窄，但其 Kr0.1并不改变。
这说明，对于简单并联谐振回路，回路Q 对回路的通频带和高的选择性的矛盾不能兼顾。
.
33
第2章 高频电路基础
1、简单振荡回路 （1）并联谐振回路
并联阻抗： 谐振频率： 品质因数： 并联谐振电阻：
通频带宽与矩形系数： 幅频特性与相频特性：
.
43
第2章 高频电路基础
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 容部分连接的并联振荡回路，即抽头并联振荡回路。
作用：实现回路与信号源的阻抗匹配或者进行阻抗变换。
（1）接入系数 p (或称抽头系数)：
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。
/0C
i2r
1
0Cr
Zp Cr R0并联谐振回路的等效电路？
.
22
第2章 高频电路基础
并联谐振回路的等效电路
等效电路
L
并联阻抗：ZP
r
C
j(L
1
)
谐振阻抗：
C
Zp
L Cr
R0
.
23
第2章 高频电路基础
(a)谐振频率 (b)特性阻抗 (c)品质因数
0L10C
L C
用 r 表示
Q0L 1 r 0Cr r
为射频扼流圈 RFC）。
高频等效电路：
电感线圈的损耗：在高频电路中是不能忽略的。
分布电容的影响：在分析一般的长、中、短波频段 电路时，通常可以忽略。
.
9
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
3、高频电感
高频电子线路二版第二章.高频电路基础
次级回路自阻抗
M2
Zf1 Z22
初级回路自阻抗
M2
Zf2
Z11
Z22 次级回路自阻抗
Z11 初级回路自阻抗
广义失谐量： 0L ( 0 ) 2Q
r 0
0
耦合因子： A Q
临界耦合 A 1
欠耦合 A<1
过耦合 A>1
理相
1
0.7
实际
0.1
0
ω0
ω
② 选择性: 表征了对无用信号的抑制能力，
Q值越高，曲线越陡峭，选择性越好，但通频
带越窄。
③ 理想回路：幅频特性在通频带内应完全
平坦。是一个矩型.
矩型系数: 表征实际幅频特性与理想幅
频特性接近的程度.谐振曲线下降为谐振值( f0 处 )的0.1时对应的频带宽度B0.1与通频带B0.707 之比:
+
IS
RS
C
N1 N2 RL
+
R'L
IS
RS
C
L
分析：
由 N1:N2=1:n ，得 n = N2 / N1（接入系数）。利用ⅰ 的方法，也可求得负载RL等效到初级回路的等效电阻是：
பைடு நூலகம்RL
1 n2
RL
或 gL n2gL
ⅲ. 电容分压式阻抗变换电路
Ú
+
IS RS
L
C1 ÚT
C2
IS RS C L
C1 R'L
⑷ 分析几种常用的抽头并联谐振回路
ⅰ.自耦变压器阻抗变换电路
Ú1
+
IS
RS
C
N1 Ú2 L
N2
RL
第2章 高频电路基础
0
1 1 2 2 1 2 1 (Q )
0
f B 2f 0 Q
Z arctan(2Q
0
) arctan
并联回路谐振时的电流、 电压关系： . IC
I C jC U
.
.
. I 0
U IR0
. U
Q R0 Q0 L 0C
R
接入系数： p
U jL1 I L L1 (高Q回路，I L I , 忽略互感) UT jLI L L
（
U 2 输入端等效电阻：R ( ) R0 p 2 R0 UT
U ） 2 R0 2 R
2 T
U2
图（b）：
接入系数：
1 U C1 C2 p 1 UT C1 C2 CC 1 2 C1 C2
max
L R0 Cr
谐振特性：在并联振荡回路输入信号的频率为 0 时
（1）回路的阻抗最大、纯阻性 （2）回路两端电压最大
（3）电流、电压同相
谐振频率： 品质因数：
1 0 LC
0 L 1 Q0 0CR0 r 0Cr
L Q R0 Q0 L Cr 0C
谐振电阻：
功能： 频率选择 阻抗变换： 1）使信号源内阻和回路阻抗匹配 2）减小信号源和负载对谐振回路的影响
接入系数：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 —— p
与外电路相连的那部分电抗上的电压与本 回路参与分压的同性质总电抗上的电压之比
p U UT
接入系数与阻抗变换公式: 图（a）：
输入端等效电阻：
U 2 R ( ) R0 p 2 R0 UT
高频电路基础
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 5
3.高频电感
分布 电容 高频电感实际等效电路
损耗 电阻
高频电感 想模型 高频电感理想模型
电感损耗用品质因数Q表征：
Q
L
RL
电感损耗主要指交流损耗。在高 频电路中， 电感损耗比较大，不
高频电感阻抗特性
能忽略，分布电容可以忽略。
高频电子线路 第2章 6
绝对角频率偏移 0 表示(角)频率偏移谐振的程度(失谐)。
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 12
阻抗Zp可化简为 Z p
R0 L Cr ，式中 2 1 j 1 jQ
f 广义失谐 2Q 2Q 0 f0
阻抗幅 Z p 频特性
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 17
1 1/ 2 |zp|/R0 Q1>Q2 Q1 Q2
0
Z
π 2
感性 Q2
Q1
Q1>Q2
容性
0
0
π 2
空载品质因数：回路没有外加负载时的值，LC回路本身的品质 因数 称为空载Q值或Q0； 因数，称为空载 有载品质因数： 回路有外加负载 RL时的值，称为有载Q 值或 QL。
1 r j L jC 并联谐振阻抗 Z p 1 r j L jC
此时有 0 2 20
0
1 LC
L Cr 0 1 jQ 0
0 2 02
0 2 02 0 0 2 2 0 0 0 0 0
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 7
3.高频电感
分布 电容 高频电感实际等效电路
损耗 电阻
高频电感 想模型 高频电感理想模型
电感损耗用品质因数Q表征：
Q
L
RL
电感损耗主要指交流损耗。在高 频电路中， 电感损耗比较大，不
高频电感阻抗特性
能忽略，分布电容可以忽略。
高频电子线路 第2章 6
绝对角频率偏移 0 表示(角)频率偏移谐振的程度(失谐)。
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 12
阻抗Zp可化简为 Z p
R0 L Cr ，式中 2 1 j 1 jQ
f 广义失谐 2Q 2Q 0 f0
阻抗幅 Z p 频特性
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 17
1 1/ 2 |zp|/R0 Q1>Q2 Q1 Q2
0
Z
π 2
感性 Q2
Q1
Q1>Q2
容性
0
0
π 2
空载品质因数：回路没有外加负载时的值，LC回路本身的品质 因数 称为空载Q值或Q0； 因数，称为空载 有载品质因数： 回路有外加负载 RL时的值，称为有载Q 值或 QL。
1 r j L jC 并联谐振阻抗 Z p 1 r j L jC
此时有 0 2 20
0
1 LC
L Cr 0 1 jQ 0
0 2 02
0 2 02 0 0 2 2 0 0 0 0 0
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 7
高频电路基础
(3)谐振曲线
U i ( ) v 常数 R 1s Z. S 1 L U ZS C 1 j R R
.
C
S
L
回路电流幅值与外加电压频率之间的关系曲线。 R
I S I SO
U uS
iS
R
1 1 0 0L 0 1 j ( ) 1 jQ( ) 0 R 0
= o CRp
Rp
L CR
（请注意：R 与 RP 的关系）
1 j L ( 1 ) R CL Rp L o 1 j o ( ) R o Rp Rp Zp 2 1 j 1 jQ
o
Zp e
j p
Zp
Rp 1
2
p tg
1
(1) 当 < o ，
有 0
iS
RS
C
L R
p 0 并联
LC 谐振回路呈电感性。
(2) 当 > o ， 有 0
ZP
电感性
L C p 0 并联 LC 谐振回路呈电容性。 Z p R jX
Rp
电容性
Rp
L / RC 1 j L ( 1 ) R CL
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
基本元件
高频电路中的元器件
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）
主要作用: 有源器件 无源网络
完成信号的放大，非线性变换等功能。 完成信号的传输，阻抗变换、选频等功能。
高频电子线路 第2章-高频电路基础
1 1 L= 2 = ω0 C (2π ) 2 f 02C
以兆赫兹(MHz)为单位 Ｃ以皮法 为单位, 以皮法(pF)为单位 L以 为单位, 将f0以兆赫兹 为单位 为单位 以 微亨（ ）为单位， 上式可变为一实用计算公式： 微亨（µH）为单位， 上式可变为一实用计算公式：
1 2 1 25330 6 L = ( ) 2 × 10 = 2 2π f 0 C f0 C
(3) 求满足 求满足0.5 MHz带宽的并联电阻。 设回路上并联 带宽的并联电阻。 带宽的并联电阻 电阻为R 并联后的总电阻为R 电阻为 1, 并联后的总电阻为 1∥R0, 总的回路有载品 f0 质因数为Q 由带宽公式, 质因数为 L。 由带宽公式 有 Q =
L
B
此时要求的带宽B=0.5 MHz, 故 QL = 20 此时要求的带宽 回路总电阻为
主要包括电台、工业、空间电磁、天电等 主要包括电台、工业、空间电磁、
内部产生的一般称为噪声
人为:接地 回路耦合等 人为 接地,回路耦合等 接地 系统内:电阻 电子器件等的热噪声等 系统内 电阻,电子器件等的热噪声等 电阻
电子噪声：电子线路中普遍存在。 电子噪声：电子线路中普遍存在。指电子线路中的随 机起伏的电信号，与电子扰动有关。 机起伏的电信号，与电子扰动有关。 当噪声,干扰与信号可比拟时 称信号被噪声淹没 当噪声 干扰与信号可比拟时,称信号被噪声淹没 干扰与信号可比拟时 称信号被噪声淹没.
ωM M = 对于互感耦合: 对于互感耦合 k = 2 L1L2 ω L1L2
通常情况: 通常情况
M L1 = L2 = L 则 k = L
CC k= 对于电容耦合: 对于电容耦合 (C1 + CC )(C2 + CC )
高频电路原理与分析 第六版第2章
频率越高，电阻器的高频特性表现越明显。在实际使用 时，要尽量减小电阻器高频特性的影响，使之表现为纯电阻。
图 2-1 电阻的高频等效电路
2. 电容器 由介质隔开的两导体即构成电容。作为电路元件的电
容器一般只考虑其电容量值(标称值)，在理论上也只按电容 量来处理。但实际上一个电容器的等效电路却如图2-2(a)所 示。其中，电阻RC为极间绝缘电阻，它是由于两导体间的 介质的非理想(非完全绝缘)所致，通常用损耗角δ或品质因 数QC来表示; 电感LC为分布电感或(和)极间电感，小容量电 容器的引线电感也是其重要组成部分。
趋肤效应是指当频率升高时，电流只集中在导体的表面， 导致有效导电面积减小，交流电阻可能远大于直流电阻，从而 使导体损耗增加，电路性能恶化。辐射效应是指信号泄漏到空 间中，这就使得信号源或要传输的信号能量不能全部输送到负 载上，产生能量损失和电磁干扰。辐射效应还会引起一些耦合 效应，使得高频电路的设计、制作、调试和测量等都非常困难。
第2章 高频电路基础与系统问题
2.1 高频电路中的元器件 2.2 高频电路中的组件 2.3 阻抗变换与阻抗匹配 2.4 电子噪声与接收灵敏度 2.5 非线性失真与动太范围 2.6 高频电路的电磁兼容 思考题与习题
由上一章的介绍可知，各种无线电设备都包含有处理高频信 号的功能电路，如高频放大器、振荡器、调制与解调器等。虽然 这些电路的工作原理和实际电路都有各自的特点，但是它们之间 也有一些共同之处。这些共同之处就是高频电路的基础，主要包 括高频电路的基本元器件和基本组件等。各种高频电路基本上是 由无源元件、有源器件和高频基本组件等组成的，而这些元器件 和基本组件绝大部分是相同的，它们与用于低频电路的基本元器 件没有本质上的差异，主要需要注意这些元器件在高频运用时的 特殊性，当然也有一些高频电路所特有的器件。在高频多个单元 电路中常用的两个重要功能是选频滤波与阻抗变换，振荡回路、 石英谐振器与集中选频滤波器等组件都具有这两个功能，高频变 压器、传输线变压器及阻抗匹配器则具有较好的阻抗变换能力。
第2章 高频电路基础2009
解 ：(1) 计算L值。 由式(2 — 2), 可得
§3 抽头并联振荡回路 的阻抗变化(折合)关系
一.接入系数：
接入系数P 定义为：抽头点电压与端电压的比
也可定义为：接入点电压与欲折合处电压之比
1.变压器耦合接入电路：
P
U2 U1
N2 N1
2.电感抽头电路：
d + L2 a Is Rs + L1 Vab – b – Vbd
CL P CL
电容减小，阻抗加大。 结论：1、抽头改变时,P改变.
b
b
C2 C1 C
L1 L1 L 2
2、抽头由低高，等效导纳降低P2倍，Q值提高许 多，即等效电阻提高了 1 倍，并联电阻加大，Q 2 P 值提高。
因此，抽头的目的是：
减小信号源内阻和负载对回路的影响。 负载电阻和信号源内阻小时应采用串联方式； 负载电阻和信号源内阻大时应采用并联方式； 负载电阻信号源内阻不大不小采用部分接入方式 。
2
1 2
时所对应的频率范围
1 2
N (f) V om
Q0
2f 0.7 fo
f0 Q0
0.7
1
1 2
V0 m
2 f 0.7
B0.7
1
0
2
f
即 通频带 B
fo Qp
7. 信号源内阻和负载电阻对并联 谐振回路的影响
1 1 QL
1 R0
1 RL
RS
0 L
O
0
–
1Cຫໍສະໝຸດ 总结：串联振荡回路及其特性
2.品质因数Q ：
谐振时回路感抗值（或容抗值）与回路电阻R的比值称 为回路的品质因数，以Q表示，它表示回路损耗的大小。
第2章 噪声系数和噪声温度
通常需要描述一个电路或系统内部噪声的大小，因此需要引入相应的物理量（噪声系数或噪声指数）来描述。
一．噪声系数的定义图 2-35 为一线性四端网络, 它的噪声系数定义为输入端的信号噪声功率比(S/N)i 与输出端的信号噪声功率比(S/N)o 的比值, 即 图 2-35 噪声系数的定义第四节 噪声系数和噪声温度线性电路K P N F S iN i S o N o信号功率噪声功率图中, K P 为电路的功率传输系数(或功率放大倍数)，K P =Ｓo /S i。
用N a 表示线性电路内部附加噪声功率在输出端的输出, 考虑到K P =Ｓo /S i , 上式可以表示为：o o i i o i F N S N S N S N S N ==)()(1i p a a p p F i i N K N N K K N N N +==+o p o F i p iN K N N N K N ==噪声系数通常用dB 表示, 用dB 表示的噪声系数为o i F F NS N S Lg LgN dB N )()(1010)(==关于噪声系数，有以下几点需要说明：(1) 由于噪声功率是与带宽B相联系的，为了不使噪声系数依赖于 (1)指定的频宽，因此国际上式(2-6(2-611)定义中的噪声功率是指单位频带内的噪声功率，即是指输出、输入噪声功率谱密度。
此时的噪声系数将随指定的工作频率不同而不同，即表示点频的噪声系数。
(2) 由式(2-60)可以看出，输入、输出信号功率是成比例变化的， (2)即噪声系数与输入信号大小无关，但却与输入噪声功率Ni有关，因此，为了明确，在噪声系数的定义中，规定输入噪声功率Ni为信号源内阻Rs的热噪声最大输出功率（由前可知为kTB），并规定温度为290K。
(3) 在噪声系数的定义中，没有对网络的匹配情况提出要求，因而是普遍适用的。
实际上输出端的阻抗是否匹配并不影响噪声系数的大小。
因此噪声系数可以表示为输出端开路时两均方电压之比或输出端短路时两均方电流之比，即2222nionoF nio no F I I N UU N ==(4) 上述噪声系数的定义只适用于线性或准线性电路。
高频西电教学课件2-高频电路基础.ppt
IL IC QI
. IC
. I
0
.
U
17
（2-12） （2-14）
. IL
图2-5 表示了并联振荡回路中谐振时的电流、 电压关系。
第2章 高频电路基础
18
Zp
1
R jQ 2
R0 1 j
0
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, 将回路电流值下降 为谐振值的 1 2 时对应的频率范围称为回路的通频带, 也称回路带宽, 通常用B来表示。 令上式等于 R0 2 , 则可推得ξ=±1, 从而可得带宽为：
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：
Kr0.1 102 1 9.96
第2章 高频电路基础
20
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 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。
11
|zp|/R0
.
I
1
. .＋
L
.
C
IC C
IR IL . U
R0 L
1/ 2
Q1＞Q2 Q1 Q2
Z /2
感性 Q2 0
Q1 Q1＞Q2 容性
r
－
感性区
容性区 －/2
0
0
B
(a)
(b)
(c)
(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
第2章 高频电路基础
. IC
. I
0
.
U
17
（2-12） （2-14）
. IL
图2-5 表示了并联振荡回路中谐振时的电流、 电压关系。
第2章 高频电路基础
18
Zp
1
R jQ 2
R0 1 j
0
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, 将回路电流值下降 为谐振值的 1 2 时对应的频率范围称为回路的通频带, 也称回路带宽, 通常用B来表示。 令上式等于 R0 2 , 则可推得ξ=±1, 从而可得带宽为：
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：
Kr0.1 102 1 9.96
第2章 高频电路基础
20
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 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。
11
|zp|/R0
.
I
1
. .＋
L
.
C
IC C
IR IL . U
R0 L
1/ 2
Q1＞Q2 Q1 Q2
Z /2
感性 Q2 0
Q1 Q1＞Q2 容性
r
－
感性区
容性区 －/2
0
0
B
(a)
(b)
(c)
(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
第2章 高频电路基础
高频电路课件
cj
u
PN结呈电容效应: PN结正偏时,扩散电容cD起主要作用; PN结反偏时,势垒电容(结电容) cj起主要 作用。
在PN结反偏时经过特殊处理使cj有较大变 化范围—变容二极管 2.晶体管 场效应管 高频小功率管:高增益,低噪声,工作频率可达
几GHz。 高频大功率管：高增益,较大输出功率。
几百MHz下，输出功率可达10-1000w。 场效应管：同高频率下，增益同级，噪声
通常用波形图或数学表达式描述，f(t) 2.频谱特性
(角)频率和振幅之间的关系。F(ω) 有幅频特性和相频特性。 周期信号离散的频谱；非周期信号连续的 频谱。 较复杂的信号用频谱表示较为方便。 重要参数是频带宽度。 例：语音范围在 100HZ-6KHZ， 一般在 300-3400HZ，
调幅带宽为 9KHZ， 调频带宽为 200KHZ， 电视带宽为 8MHZ。 频分复用是无线通信采用高频原因之一。 三.频率特性 指无线电信号的频率或波长。 无线电波在电磁波频谱中的位置看p5，在 电磁波中无线电波频率相对较低，波长相 对较长。 无线电波波段划分：p5
第二章 高频电路基础
• § 2.1 高频电路中的元器件
一.高频电路中的元件
1.高频电阻
cR
LR
R
LR—引线电感; cR —分布电R容 LR cR越小,高频特性越好, 高频特性与制作电阻的材料、封装形式和
尺寸大小有关。
金属膜电阻比碳膜电阻高频特性好；
碳膜电阻比线绕电阻高频特性好；
表面贴装电阻比引线电阻高频特性好；
更低。 一种砷化镓场效应管，工作频率可达十几 GHz。 金属氧化物场效应管，几GHz频率上， 输出功率能达几瓦。 3.集成电路 高频比低频品种少 通用有:宽带集成放大器,100-200 MHz,
u
PN结呈电容效应: PN结正偏时,扩散电容cD起主要作用; PN结反偏时,势垒电容(结电容) cj起主要 作用。
在PN结反偏时经过特殊处理使cj有较大变 化范围—变容二极管 2.晶体管 场效应管 高频小功率管:高增益,低噪声,工作频率可达
几GHz。 高频大功率管：高增益,较大输出功率。
几百MHz下，输出功率可达10-1000w。 场效应管：同高频率下，增益同级，噪声
通常用波形图或数学表达式描述，f(t) 2.频谱特性
(角)频率和振幅之间的关系。F(ω) 有幅频特性和相频特性。 周期信号离散的频谱；非周期信号连续的 频谱。 较复杂的信号用频谱表示较为方便。 重要参数是频带宽度。 例：语音范围在 100HZ-6KHZ， 一般在 300-3400HZ，
调幅带宽为 9KHZ， 调频带宽为 200KHZ， 电视带宽为 8MHZ。 频分复用是无线通信采用高频原因之一。 三.频率特性 指无线电信号的频率或波长。 无线电波在电磁波频谱中的位置看p5，在 电磁波中无线电波频率相对较低，波长相 对较长。 无线电波波段划分：p5
第二章 高频电路基础
• § 2.1 高频电路中的元器件
一.高频电路中的元件
1.高频电阻
cR
LR
R
LR—引线电感; cR —分布电R容 LR cR越小,高频特性越好, 高频特性与制作电阻的材料、封装形式和
尺寸大小有关。
金属膜电阻比碳膜电阻高频特性好；
碳膜电阻比线绕电阻高频特性好；
表面贴装电阻比引线电阻高频特性好；
更低。 一种砷化镓场效应管，工作频率可达十几 GHz。 金属氧化物场效应管，几GHz频率上， 输出功率能达几瓦。 3.集成电路 高频比低频品种少 通用有:宽带集成放大器,100-200 MHz,
第2章 高频电路基础知识
0
0
0
（2 — 7）
令
Q 2 ( ) 2Q f
0
f0
（2 — 8）
为广义失谐, 则式（2 — 5）可写成
I 1
I0 1 2
（2 — 9）
第2章 高频电路基础知识 17
当保持外加信号的幅值不变而改变其频率时, 将回路电流 值下降为谐振值的 1 2 时对应的频率范围称为回路的通 频带, 也称回路带宽, 通常用B来表示。 令式（2 — 9）等 于 1 2 , 则可推得ξ=±1, 从而可得带宽为.
ZS
r
jL
1
jC
r
j(L 1 ) C
（2 — 1）
串联谐振角频率 0 为：
0
1 LC
（2 — 2）
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
I0
U
r
第2章 高频电路基础知识 12
（2 — 3）
谐振时回路电流最大，且与外加电压同相。
RC LC
C
自身谐振频率SRF f小于SRF时，电容器呈正常的电容特性 F大于SRF时，电容器等效为一个电感
阻抗Z
SRF
频率f
❖电感
第2章 高频电路基础知识 5
➢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L产生的感抗为jωL, 其中, ω为工 作角频率。高频电路中的电感不仅具有电感的特性， 还具有电阻和电容的特性。其等效电路如图所示。
. IL
I&L
r
V&
j0 L
V&
j0 L
jI&s
0
1 L
《高频电路Cla》课件 (2)
为了获得最佳性能，需要对电路进行匹配和调谐，特别是在传输线和放大器中。
高频器件和材料
仪器和测量
高频电路性能的测量和调试需要使用高端设备，如 示波器、网络分析器和频成部分，我们将介绍一 些天线的设计技巧。
晶体管和耦合器
晶体管和耦合器在高频电路中广泛使用，我们将介 绍它们的特性和应用。
高频电路仿真与优化
1
电路仿真软件
电路仿真软件可以模拟各种高频电路以评估其性能、成本和可靠性。
2
仿真优化
使用仿真软件进行电路优化是高频电路设计中不可或缺的一部分。
3
成本效益
高频电路设计的成本效益需要考虑不同设计方案的成本、成本与性能之间的权衡、 性能需求以及技术实现难度等多个方面。
结论和总结
结论
高频电路设计需要全面考虑物理、技术、成本和性 能等多个因素，以满足不同领域的需求。
信号过载和失真
高频信号过载和失真对信号完整性和性能有负 面影响。我们将介绍如何识别和避免这些问题。
高频电路设计原则
1
稳定性
为了获得稳定和可靠的性能，需要对电路进行精心的设计、实施和测试。
2
功率传输和放大
为了提高功率传输和信号放大，需要了解电源、放大器、功率放大和驱动等方面 的设计原理。
3
网络匹配和调谐
常见高频电路拓扑
谐振器和滤波器
谐振器和滤波器在无线电、通信和雷达中都有 应用，我们将介绍它们的设计和性能。
混频器和检波器
混频器和检波器在多个高频应用中都有干扰， 我们将介绍它们的设计和性能。
放大器
放大器是高频电路的重要组件，我们将介绍一 些常见的高频放大器拓扑和设计原理。
数字电路
数字电路在高频信号处理中的应用日益广泛， 我们将介绍一些数字电路的基础知识和应用。
(高频电子线路)第二章高频电路基础
和适用场景。
低通滤波器的应用包括信号处理、 电源滤波等，可以有效地抑制高
频噪声，提高信号的信的电路。其特点是通带范围较 窄，阻带范围较宽。
高通滤波器的电路结构也有多种形式，如RC、LC等。不同结构的高通滤波器具有不 同的性能指标和适用场景。
对信号进行放大，提高信号的 幅度和功率。
振荡器
产生高频振荡，为电路提供所 需频率的信号。
信号源
产生高频信号，提供电路所需 输入信号。
滤波器
对信号进行滤波，提取所需频 率成分，抑制无用频率成分。
调制解调器
对信号进行调制和解调，实现 信号的传输和处理。
02
高频电子器件
电感器
01
02
03
04
电感器定义
差。
调相振荡器的应用
调相振荡器广泛应用于信号处理、 电子对抗和通信等领域。
锁相环路
锁相环路的定义
锁相环路是一种自动控制系统，它通过比较输入信号和输出信号的 相位差，自动调节输出信号的频率和相位。
锁相环路的工作原理
当输入信号和输出信号的相位差在一定范围内时，锁相环路会自动 调节其内部参数，使输出信号的频率和相位与输入信号保持一致。
标和适用场景。
带通滤波器的应用包括信号选频、 消除干扰等，可以有效地提取特 定频段的信号，提高信号的准确
度。
带阻滤波器
带阻滤波器是一种阻止某一频段内的信 号通过而允许其他频段信号的电路。其 特点是阻带范围较窄，通带范围较宽。
带阻滤波器的应用包括消除特定频段干 扰、抑制噪声等，可以有效地抑制特定 频段的噪声，提高信号的清晰度。
高频电路的应用领域
通信领域
高频电路广泛应用于通信 领域，如无线通信、卫星
低通滤波器的应用包括信号处理、 电源滤波等，可以有效地抑制高
频噪声，提高信号的信的电路。其特点是通带范围较 窄，阻带范围较宽。
高通滤波器的电路结构也有多种形式，如RC、LC等。不同结构的高通滤波器具有不 同的性能指标和适用场景。
对信号进行放大，提高信号的 幅度和功率。
振荡器
产生高频振荡，为电路提供所 需频率的信号。
信号源
产生高频信号，提供电路所需 输入信号。
滤波器
对信号进行滤波，提取所需频 率成分，抑制无用频率成分。
调制解调器
对信号进行调制和解调，实现 信号的传输和处理。
02
高频电子器件
电感器
01
02
03
04
电感器定义
差。
调相振荡器的应用
调相振荡器广泛应用于信号处理、 电子对抗和通信等领域。
锁相环路
锁相环路的定义
锁相环路是一种自动控制系统，它通过比较输入信号和输出信号的 相位差，自动调节输出信号的频率和相位。
锁相环路的工作原理
当输入信号和输出信号的相位差在一定范围内时，锁相环路会自动 调节其内部参数，使输出信号的频率和相位与输入信号保持一致。
标和适用场景。
带通滤波器的应用包括信号选频、 消除干扰等，可以有效地提取特 定频段的信号，提高信号的准确
度。
带阻滤波器
带阻滤波器是一种阻止某一频段内的信 号通过而允许其他频段信号的电路。其 特点是阻带范围较窄，通带范围较宽。
带阻滤波器的应用包括消除特定频段干 扰、抑制噪声等，可以有效地抑制特定 频段的噪声，提高信号的清晰度。
高频电路的应用领域
通信领域
高频电路广泛应用于通信 领域，如无线通信、卫星
高频电路第二章课件
I
1
0
其中,
Q
0L
r
1
0 Cr
称为回路的品质因数。
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
串联谐振回路
在任意频率下的回路电流
I
与谐振电流之比为
1 1 j
U ZS
I
r ZS
1 j
1
I0
U r
L
r
1
0L
( r
C
0
0
C
(d )
)
(c)
0
/2 0
1 LC
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
串联谐振回路
X
L
若在串联振荡回路两端加一 容性 感性 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, 0 称为谐振电流, 其值为 0
r C
I0
U r
(b )
对应的阻抗模值与幅角分别为
Zp R0 1 (Q
Zp
R 1 jQ 2
1 j
Zp
)
20 R2Fra bibliotekR0 1 j
1 jQ R0
1
2
0
2
0
Z arctan( 2 Q
0
) arctan
Department of P.&E.I.S
高频电路中的元器件
高频电路是由各种有源器件、 无源元件和无 源网络组成的。 高频电路中使用的元器件与在低频电路中使
第二讲 谐振回路
从图2-2(b)可求得辐角为
Z
arctan 2Q
0
arctan
相频特性呈负斜率，在谐振频率处为
2 11
dz
2Q
d 0
0
2 12
⑵串联谐振回路
X
串联谐振回路的组成、
电抗特性、幅频特性如图
0
2-3所示。串联谐振角频率
ω0为
|Zs|
并联谐荡回路:频率不是非常高的场合下应用最广范。
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
率称谐振频率。简单谐振回路具有谐振特性和频
率选择作用。
İ
(1) 并联谐振回路
①电路结构 如图2-1所示。
并 L联
谐 振
İC CC
等 İR
效
电
R0
İL
L
r
回
路
路
图2-1并联振荡回路
RL )2
C1 C2
耦合振荡回路
2 18
简单振荡回路具有一定的选频能力，结构简单，但
选择性差、矩形系数太大。在高频电路中经耦合振荡回路的功用：进行阻抗变换以完成 高频信号的传输；获得比简单振荡回路更好的 频率特性。
常见耦合振荡回路如图2-10所示。
Ì R1 C1
L
ZP
1
Cr
jQ
0
0
(2 6)
并联谐振回路通常工作在窄带系统，ω与ω0相差不大
0
0
2 02 0
0
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2021/3/19
6
二、高频电路中的基本电路
高频电路中的基本电路(无源组件或无源网络)有很多， 本章主要介绍高频谐振 (振荡)回路、高频变压器、石英晶 体谐振器和集中滤波器四种无源组件。
其它基本电路(平衡调制器、正交调制器、移相器、匹配 器与衰减器等)在后续章节里介绍。
1、高频谐振 (振荡)回路 主要功能：作为高频放大器、振荡器和滤波器的主要部 件完成阻抗变换、信号选择的功能，也可以直接作为负载 来使用。 高频谐振回路的分类：简单谐振回路、抽头并联谐振回 路和耦合谐振回路。
0
f0
f
0
f
:f绝 0 : 绝 对对 角频 频率 率偏 偏移 移表示频率偏离谐振的程度,
称为失谐。
回路阻抗 Z p
1
R0
jQ 2
R0
1 j
,
Zp
0
2021/3/19
R0
12
,
z
arctg
10
归一化阻抗的幅频特性(谐振特性)：品 1 质因数越高，谐振曲线越尖锐。
1/ 2
3dB通频带(半功率通频带)：将阻抗 幅频特性下降为谐振值的0.707倍时 .
高频功率输出。 晶体管：工作频率可达几千MHz，噪声系数为几个分贝，
输出功率可达上百瓦。 场效应管：在同样的工作频率下，噪声系数要比双极晶体
管的更低。
3）集成电路(IC) 用于高频的集成电路分为通用IC和专用IC(ASIC)。 通用IC：宽带放大器、模拟乘法器。
ASIC：锁相环(PLL)、调频解调器、单片接收机以及电视 机专用集成IC等。
率小于SRF，电容器才呈现正常的电容特性。
高频特性好的电容：片状电容和表面贴装电容。
阻抗
RC LC
C (a)电容器的等效电路
2021/3/19
频率 f 0
(b)电容器的阻抗特性 虚线为理想电容特性
3
电感：一个电感器除了其电感特性和线圈损耗电阻外，在高 频电路中还要考虑其分布电容。因此高频电感器也有其SRF， 它的工作频率应小于这个SRF。 高频电感与传输线变压器：由小尺寸电感线圈与磁芯构成。
实际电阻的高频特性： 金属膜电阻好于碳膜电阻； 碳膜电阻好于绕线电阻； 表面贴装(SMD)电阻好于引线电阻； 小尺寸电阻好于大尺寸电阻。
2021/3/19
CR LR
R 电阻的高频等效电路 CR:分布电容； LR:分布电感
2
电容：对于非理想的电容器，除了电容特性外，还要考虑 它的两极间的绝缘电阻和分布电感。高频电容器都有一个 自身谐振频率SRF(Self Resonant Frequency) ，只有工作频
|Zp|/R0
Q1>Q2 Q1 Q2
对应的频率范围，简称回路带宽。
B0.707 2f
f0 Q
Q 2f
f0
1
0
0
B
B0.1 : 定义为谐振曲线下降为谐振值的0.1对应的频率范围
B0.1
102 1 f0 9.96 f0
Q
Q
矩形系数：描述谐振曲线接近理想带通(矩形)的程度。
K r 0.1
B0.1 B0.707
U R0 L
−
jL 1
r
jC jL 1
, r L
jC
上图是用R0表示的等效电路
L
1
L
C r jL
1
Cr 0
jC
2021/3/19
9
用广义失谐表示回路阻抗：
重写回路阻抗Z p
L C
r
1
jL
1
jC
1
R0
jQ
0
,
0
r L
定义广义失谐
Q
0
0
Q
2 02 0
Q
0
2
0
2Q 2Q f
1,
理想带通
9.96 1,并联谐振回路
2021/3/19
11
归一化阻抗的相频特性：
Z
arctg
Q
2 0
,
dZ d
0
2Q
0
f
f
0
:
Z
呈感性；
p
f f0 : Z p呈容性,Q越大,
相频特性斜率越大。
Z
0 感性 Q2
Q1 Q1>Q2
0 容性
谐振时电压电流关系：I为回路电流。
.
IC
IL IC QI
0
1 LC
1
1 Q2
1 ，Q 1 LC
一般电感线圈的Q 10 ~ 200
品质因数：Q 0L 1 1
2021/3/19
r 0Cr r
L ,
Cr
0L
8
回路谐振阻抗：谐振时阻抗最大，近似为一纯电阻。
R0
L Cr
Q0L
Q
0C
上式的推导：
(r jL) 1
Zp
r
jL
jC
1
jC
. I
.+ IR IL .
I.
U I
0
.
U
IC I I IL 90
2021/3/19
.
IL
12
例 2-1 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=50pF。
(a) 计算所需的线圈电感值；
(b) 若线圈品质因数(空载)为Q=100, 试计算R0及B； (c) 若放大器所需的带宽(有载)B=0.5 MHz, 则应在回路上并联多
SRF
相角
阻抗与相角
2021/3/19
阻抗 0
频率f
4
2. 高频电路中的有源器件：半导体二极管、晶体管和集成电路。 主要介绍有源器件在高频状态下的特性。
1）二极管 非线性变换二极管：用于调制、解调和混频电路中，工作在
低电平，结电容小、工作频率高。
举例：点触式二极管(如2AP系列) →工作频率100~200MHz。 表面势垒二极管→工作频率可以达到微波波段。
2021/3/19
7
（1) 简单谐振回路：只有一个回路的谐振回路称为简单谐振
回路，包括并联谐振回路和串联谐振回路两种。
串联谐振回路主要用在低阻抗电路(微波线路)中，而在中
波、短波和超短波线路中并联谐振回路用的比较广。
并联谐振回路：
(r jL) 1
回路阻抗：
Zp
r
jL
jC
1
jC
L C
谐振频率：令ZP的虚部为零，可得谐振频率。 r
第2章 高频电路基础
➢ 高频电路中的元器件 ➢ 高频电路中的基本电路 ➢ 电子噪声及其特性 ➢ 噪声系数与噪声温度
2021/3/19
1
一、高频电路中的元器件
高频电路中的元器件包括无源元件和有源器件。 1、无源元件：电阻、电容和电感 电阻：电阻器在高频状态下，除电阻特性外，还要考虑分
布电感和分布电容，这就是电阻的高频特性，它与制作电 阻的材料、封装形式与尺寸的大小有密切关系。
变容二极管：结电容随反偏电压变化而变化。主要用在电调 谐器、电压控制振荡器(VCO)、调频器等电路中。
PIN二极管：由P型、N型和本征(I型 )半导体组成。它的高频 等效电阻受正向直流电流的控制，主要用在电控的开关、限 幅、衰减和移相电路中。
2021/3/19
5
2）晶体管和场效应管(FET) 二者的主要用途：高频小信号放大器、高频功率放大器。 高频小信号放大管：要求高增益和低噪声。 高频功率放大管：除了高频增益要求外，还要求有较大的