第二章高频电路基础
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本地振荡信号)通过非线性处理获得两频率之差的信号 (简称差频)、或两频率之和的信号(简称和频)的过程。
混频二极管是一种肖特基势垒二极管。 与一般二极管相比，混频二极管具有工作频率高、 噪声低、反向电流小、结电容小等特点。在大信号工 作时，为开关工作状态，可获得较大的动态范围，广 泛应用于高频与微波电路中。
当直流正向偏置时，本征区的阻抗很小，为导通状 态，作为可变阻抗元件使用；
反向偏置时，本征区为高阻抗状态，呈开路状态。 常用于高频开关、移相、调制、限幅等电路中，作 为开关和衰减器使用。
§2.1 无源器件与模型
2.1.6 高频二极管 2．高频二极管应用
3)晶体二极管
第二章 高频电路基础
电阻 (Ω) 电容（pF）
《高频电子线路》
主讲：郑宽磊 电话：15926338899 武汉工程大学电气信息学院
2016年9月
主要内容
第二章 高频电路基础
2.1 无源器件与模型 2.2 有源器件与模型 2.3 传输线与微带线 2.4 Y参数与S参数 2.5 噪声与噪声系数
引子
第二章 高频电路基础
1、高频电路与低频电路中元器件的频率特性是不同的。 在低频呈现的集总器件 在高频时呈现分布参数
§2.1 无源器件与模型
第二章 高频电路基础
2.1.6 高频二极管
2．高频二极管应用
3)晶体二极管
又称为PIN二极管，是由在P型和N型半导体材料之 间掺入一薄层低掺杂的本征半导体层组成，为一种静态 结电容很小、用于高频开关和高频保护的特殊二极管。
当工作频率超过100MHz时，由于少数载流子的存 储效应和本征层中渡越时间效应，该二极管失去整流功 能而变为阻抗器件，并且其阻抗值随偏置电压变化而变。
第二章 高频电路基础
2.1.1 导线
1、导线包括裸铜线、镀银(金)线、漆包线、塑包线、纱包线 等，用于传输信号。
2、趋肤效应
图2-1 趋肤效应示意图
§2.1 无源器件与模型
2.1.1 导线
第二章 高频电路基础
图2-2 趋肤 深度与工作 频率的关系
§2.1 无源器件与模型
2.1.2 电阻器
LR为电阻的引线电感; CR为分布电容
第二章 高频电路基础
§2.1 无源器件与模型
2.1.3 电容器
第二章 高频电路基础
（a）
聚酯 云母 (CL) (CY)
独石 钽(CA)
陶瓷 (CC)
（c）
fc
（b）
§2.1 无源器件与模型
第二章 高频电路基础
2.1.3 电容器 电容标定：1MHz；rc为损耗电阻；Lc为引线电感 电容的品质因数Qc为
2.1.4 电感器
1000
环形电感
第二章 高频电路基础
Z(Ω)
理想电感
100
SMD电感
10 1M
10M
fL 100M
1G f (Hz)
§2.1 无源器件与模型
第二章 高频电路基础
2.1.4 电感器
电感的品质因数QL为
QL
一个周期内电感的储能＝L
一个周期内消耗的能量 rL
采用漆包线绕制
L(18d 40l) N
隧道二极管的正向电流－电压特性具有负阻特性
通常选用锗半导体材料制成的点接触型二极管， 其接触面积小，虽然不能通过大的电流，且结电容小， 但具有工作频率高和反向电流小等特点。
常用的检波二极管有2AP系列、1N34/A、1N60等。
§2.1 无源器件与模型
第二章 高频电路基础
2.1.6 高频二极管
2．高频二极管应用
2)混频二极管 混频是将两个不同频率的信号(如接收射频信号和
2、无线通信电路中，器件的物理结构都尽可能的小， 从而使得器件的有效工作频率随尺寸的减小而升高， 如表面贴器件。 3、高频电路由无源元件和有源器件组成。
有源器件：具有电流控制能力的器件。如电子管、 三极管、场效应管、晶闸管、可控硅等。
无源器件：导线、电阻、电容、电感，以及二极 管等。
§2.1 无源器件与模型
高频电路基础
Cj：反向偏置时的势垒电容：
Cj
C
j
0
1
ur VD
§2.1 无源器件与模型
2.1.6 高频二极管
第二章 高频电路基础
反向工作时，结电容以势垒电容Cj为主，其大小 与外加反向电压ur的关系：
Cj
Cj0
1
ur VD
正向工作时，结电容以扩散电容为主，其大小 与二极管电流有关：
Cd
dQ
dVD
T
dID dVD
T
ID VT
§2.1 无源器件与模型
第二章 高频电路基础
2.1.6 高频二极管
2．高频二极管应用
1)检波二极管
检波(也称幅度解调)二极管是利用二极管单向导电 性将高频或中频无线电信号中的幅度信息(如音频信号) 取出来；
广泛应用于半导体收音机、电视机及通信设备等 小信号电路中，其工作频率较高，但处理信号时无增益。
2.1.6 高频二极管
2．高频二极管应用 5) 隧道二极管
第二章 高频电路基础
隧道二极管(Tunnel diode)是采用砷化镓(GaAs)和锑化镓(GaSb) 等材料混合、在重掺杂 N型(或 P型)的半导体片上用快速合金工 艺形成高掺杂的PN结而制成的，PN结的耗尽层非常薄，使电子 能够直接从N型层穿透PN结势垒进入P型层，称为隧道结。
Qc
一个周期内电容的储能 一个周期内消耗的能量
＝Crc
阻抗
式中：ω为工作频率 C为电容值 rc为电容的总损耗电阻。
RC LC
C
§2.1 无源器件与模型
2.1.4 电感器
rLb 为磁芯损耗的等效电阻 CL 为绕组间的分布电容 rLa 为电感绕组的交流电阻
第二章 高频电路基础
§2.1 无源器件与模型
d
绕制环形线圈 N 100 L (铁粉磁芯)
AL N 1 000 L (铁氧体磁芯)
AL
§2.1 无源器件与模型
2.1.5 铁氧体磁珠
第二章 高频电路基础
L
R
C
§2.1 无源器件与模型
Leabharlann Baidu
第二章
2.1.6 高频二极管
应用:检波、调制、解调以及混频等 非线性变换电路中, 工作在低电平。
1．高频二极管模型 Rd：二极管耗损电阻 VD：内部PN结电压 ID：直流导通电流 Cd：正向偏置时的扩散电容
100MHz时，正向电流（mA）
反向电压（V）
§2.1 无源器件与模型
2.1.6 高频二极管
2．高频二极管应用
4) 变容二极管
Cj
C
j
0
1
ur VD
第二章 高频电路基础
常用于调谐回路、振荡电路 和锁相环路，实现自动频率控 制、扫描振荡、调频和调谐等， 如电视机高频头的频道转换和 调谐电路
§2.1 无源器件与模型
混频二极管是一种肖特基势垒二极管。 与一般二极管相比，混频二极管具有工作频率高、 噪声低、反向电流小、结电容小等特点。在大信号工 作时，为开关工作状态，可获得较大的动态范围，广 泛应用于高频与微波电路中。
当直流正向偏置时，本征区的阻抗很小，为导通状 态，作为可变阻抗元件使用；
反向偏置时，本征区为高阻抗状态，呈开路状态。 常用于高频开关、移相、调制、限幅等电路中，作 为开关和衰减器使用。
§2.1 无源器件与模型
2.1.6 高频二极管 2．高频二极管应用
3)晶体二极管
第二章 高频电路基础
电阻 (Ω) 电容（pF）
《高频电子线路》
主讲：郑宽磊 电话：15926338899 武汉工程大学电气信息学院
2016年9月
主要内容
第二章 高频电路基础
2.1 无源器件与模型 2.2 有源器件与模型 2.3 传输线与微带线 2.4 Y参数与S参数 2.5 噪声与噪声系数
引子
第二章 高频电路基础
1、高频电路与低频电路中元器件的频率特性是不同的。 在低频呈现的集总器件 在高频时呈现分布参数
§2.1 无源器件与模型
第二章 高频电路基础
2.1.6 高频二极管
2．高频二极管应用
3)晶体二极管
又称为PIN二极管，是由在P型和N型半导体材料之 间掺入一薄层低掺杂的本征半导体层组成，为一种静态 结电容很小、用于高频开关和高频保护的特殊二极管。
当工作频率超过100MHz时，由于少数载流子的存 储效应和本征层中渡越时间效应，该二极管失去整流功 能而变为阻抗器件，并且其阻抗值随偏置电压变化而变。
第二章 高频电路基础
2.1.1 导线
1、导线包括裸铜线、镀银(金)线、漆包线、塑包线、纱包线 等，用于传输信号。
2、趋肤效应
图2-1 趋肤效应示意图
§2.1 无源器件与模型
2.1.1 导线
第二章 高频电路基础
图2-2 趋肤 深度与工作 频率的关系
§2.1 无源器件与模型
2.1.2 电阻器
LR为电阻的引线电感; CR为分布电容
第二章 高频电路基础
§2.1 无源器件与模型
2.1.3 电容器
第二章 高频电路基础
（a）
聚酯 云母 (CL) (CY)
独石 钽(CA)
陶瓷 (CC)
（c）
fc
（b）
§2.1 无源器件与模型
第二章 高频电路基础
2.1.3 电容器 电容标定：1MHz；rc为损耗电阻；Lc为引线电感 电容的品质因数Qc为
2.1.4 电感器
1000
环形电感
第二章 高频电路基础
Z(Ω)
理想电感
100
SMD电感
10 1M
10M
fL 100M
1G f (Hz)
§2.1 无源器件与模型
第二章 高频电路基础
2.1.4 电感器
电感的品质因数QL为
QL
一个周期内电感的储能＝L
一个周期内消耗的能量 rL
采用漆包线绕制
L(18d 40l) N
隧道二极管的正向电流－电压特性具有负阻特性
通常选用锗半导体材料制成的点接触型二极管， 其接触面积小，虽然不能通过大的电流，且结电容小， 但具有工作频率高和反向电流小等特点。
常用的检波二极管有2AP系列、1N34/A、1N60等。
§2.1 无源器件与模型
第二章 高频电路基础
2.1.6 高频二极管
2．高频二极管应用
2)混频二极管 混频是将两个不同频率的信号(如接收射频信号和
2、无线通信电路中，器件的物理结构都尽可能的小， 从而使得器件的有效工作频率随尺寸的减小而升高， 如表面贴器件。 3、高频电路由无源元件和有源器件组成。
有源器件：具有电流控制能力的器件。如电子管、 三极管、场效应管、晶闸管、可控硅等。
无源器件：导线、电阻、电容、电感，以及二极 管等。
§2.1 无源器件与模型
高频电路基础
Cj：反向偏置时的势垒电容：
Cj
C
j
0
1
ur VD
§2.1 无源器件与模型
2.1.6 高频二极管
第二章 高频电路基础
反向工作时，结电容以势垒电容Cj为主，其大小 与外加反向电压ur的关系：
Cj
Cj0
1
ur VD
正向工作时，结电容以扩散电容为主，其大小 与二极管电流有关：
Cd
dQ
dVD
T
dID dVD
T
ID VT
§2.1 无源器件与模型
第二章 高频电路基础
2.1.6 高频二极管
2．高频二极管应用
1)检波二极管
检波(也称幅度解调)二极管是利用二极管单向导电 性将高频或中频无线电信号中的幅度信息(如音频信号) 取出来；
广泛应用于半导体收音机、电视机及通信设备等 小信号电路中，其工作频率较高，但处理信号时无增益。
2.1.6 高频二极管
2．高频二极管应用 5) 隧道二极管
第二章 高频电路基础
隧道二极管(Tunnel diode)是采用砷化镓(GaAs)和锑化镓(GaSb) 等材料混合、在重掺杂 N型(或 P型)的半导体片上用快速合金工 艺形成高掺杂的PN结而制成的，PN结的耗尽层非常薄，使电子 能够直接从N型层穿透PN结势垒进入P型层，称为隧道结。
Qc
一个周期内电容的储能 一个周期内消耗的能量
＝Crc
阻抗
式中：ω为工作频率 C为电容值 rc为电容的总损耗电阻。
RC LC
C
§2.1 无源器件与模型
2.1.4 电感器
rLb 为磁芯损耗的等效电阻 CL 为绕组间的分布电容 rLa 为电感绕组的交流电阻
第二章 高频电路基础
§2.1 无源器件与模型
d
绕制环形线圈 N 100 L (铁粉磁芯)
AL N 1 000 L (铁氧体磁芯)
AL
§2.1 无源器件与模型
2.1.5 铁氧体磁珠
第二章 高频电路基础
L
R
C
§2.1 无源器件与模型
Leabharlann Baidu
第二章
2.1.6 高频二极管
应用:检波、调制、解调以及混频等 非线性变换电路中, 工作在低电平。
1．高频二极管模型 Rd：二极管耗损电阻 VD：内部PN结电压 ID：直流导通电流 Cd：正向偏置时的扩散电容
100MHz时，正向电流（mA）
反向电压（V）
§2.1 无源器件与模型
2.1.6 高频二极管
2．高频二极管应用
4) 变容二极管
Cj
C
j
0
1
ur VD
第二章 高频电路基础
常用于调谐回路、振荡电路 和锁相环路，实现自动频率控 制、扫描振荡、调频和调谐等， 如电视机高频头的频道转换和 调谐电路
§2.1 无源器件与模型