第2章基础知识

1) 串联谐振回路 图2-4(a)是最简单的串联振荡回路。图中，r是电感线 圈L中的损耗电阻，r通常很小，可以忽略，C为电容。振 荡回路的谐振特性可以从它们的阻抗频率特性看出来。对 于图2-4(a)的串联振荡回路，当信号角频率为ω时，其串联 阻抗为
ZSrjLj 1CrjL1C
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件 2.2 高频电路中的组件
2.1 高频电路中的元器件
2.1.1 高频电路中的元件 各种高频电路基本上是由有源器件、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用的 元器件基本相同，但要注意它们在高频使用时的高频特性。 高频电路中的元件主要是电阻(器)、电容(器)和电感(器)，它 们都属于无源的线性元件。高频电路中完成信号的放大、非 线性变换等功能的有源器件主要是二极管、晶体管和集成电 路。
3. 电感器 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。高频电感器一般由导线绕制(空 心或有磁芯、单层或多层)而成(也称电感线圈)，由于导线都 有一定的直流电阻，所以高频电感器具有直流电阻R。把两 个或多个电感线圈靠近放置就可组成一个高频变压器。
工作频率越高，趋肤效应越强，都会使高频电感的等效电 阻大大增加。在实际中，引入一个易于测量、使用方便的参 数——品质因数Q来表征电感线圈的损耗。品质因数Q定义为 高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。Q值越高，表明该 电感器的储能作用越强，损耗越小。
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。实际上一个电容器
的等效电路如图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， 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。
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
1. 简单振荡回路 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。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，这个特定频率称为谐振频率。简单振荡回 路具有谐振特性和频率选择作用，这是它在高频电子线路中 得到广泛应用的重要原因。
2.2 高频电路中的组件
高频电路中的无源组件或无源网络主要有高频振荡(谐振) 回路、高频变压器、谐振器与各种滤波器等，它们完成信号 的传输、频率选择及阻抗变换等功能。
2.2.1 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，也是
构成高频放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件，在电 路中完成阻抗变换、信号选择等任务，并可直接作为负载使 用。下面以简单振荡回路为例来讨论。
另一种在高频中应用很广的二极管是变容二极管， 其特点是电容随偏 置电压变化。变容二极管在工作时处于反偏截止状态，基本上不消耗能量， 噪声小，效率高。将它用于振荡回路中，可以作成电调谐器，也可以构成 自动调谐电路等。变容管若用于振荡器中，可以通过改变电压来改变振荡 信号的频率。这种振荡器称为压控振荡器(VCO)。压控振荡器是锁相环路 的一个重要部件。
理想电容器的阻抗为1/(jω C)，如图2-2(b)虚线 所示，其中，f 为工作频率，ω =2π f。但实际的电 容器在高频运用时的阻抗频率特性如图2-2(b)实线所
示，呈V形特性，而且其具体形状与电容器的种类和 电容量的不同有关。由此可知，每个电容器都有一个 自身谐振频率。当工作频率小于自身谐振频率时，电 容器呈正常的电容特性，但当工作频率大于自身谐振 频率时，电容器将等效为一个电感。
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，工作频率可达一二百兆赫兹，增益可达五六十分 贝， 甚至更高。用于高频的晶体管模拟相乘器，工作频率也可 达一百兆赫兹以上。随着集成技术的发展，也生产出了一些高 频的专用集成电路(ASIC)。其中包括集成锁相环、集成调频信 号解调器、单片集成接收机以及电视机中的专用集成电路等。
1． 电阻器 一个实际的电阻器，在低频时主要表现为电阻特性，但在 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 性的一面。电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性。 一个电阻R的高频等效电路如图2-1所示，其中，CR为分 布电容，LR为引线电感，R为电阻。分布电容和引线电感越小， 表明电阻的高频特性越好。电阻器的高频特性与制作电阻的材 料、电阻的封装形式和尺寸大小有密切关系。一般说来，金属 膜电阻比碳膜电阻的高频特性要好，而碳膜电阻比线绕电阻的 高频特性要好; 表面贴装(SMD)电阻比引线电阻的高频特性要 好; 小尺寸的电阻比大尺寸的电阻的高频特性要好。 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。
回路电抗
X
L

1
C
、回路阻抗的模|ZS|和辐角
若工作频率更高，电感内线圈匝与匝之间及各匝与地之间 的分布电容的作用就十分明显，等效电路应考虑电感两端总的 分布电容，它应与电感并联。
图 2-3 高频电感器的自身谐振频率SRF
2.1.2 高频电路中的有源器件 1. 二极管
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。因此主要用点接触式二极管和表面势垒二极管 (又称肖特基二极管)。两者都利用多数载流子导电机理，它们的极间电容小、 工作频率高。
2. 晶体管与ຫໍສະໝຸດ Baidu效应管
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， 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: 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; 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。