[电子课件]高频电子线路 (1)

1
L
r
2
1’
LP
2’
R 电感线圈串、并联等效电路
根据等效电路的原理，在左图中1-2两端的导纳应等于右 图中1’-2’两端的导纳，即
1
11
(r jL) R jLp
( 1.1.3 )
由上式，并用式(1.1.2)就可以得到
R r(1 Q 2 )
R
L1
1 Q2
当Q ＞＞ 1时，则
2 L2
R Q2r
1.1 高频电路中的元器件
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，但是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。
第1章 谐振回路
1.1 高频电路中的元器件 1.1.1 高频电路中的元件 1.1.2 高频电路中的有源器件
1.2 简单谐振回路 1.2.1 串联谐振回路 1.2.2 并联谐振回路 1.2.3 耦合回路
1.3 滤波器 1.3.1 石英晶体谐振器 1.3.2 集中滤波器 1.3.3 衰减器与匹配器
本章小结
R
r
C
Cp 电容器的串、并联等效电路
为了说明电容器损耗的大小，引入电容器的品质因数Q， 它等于容抗与串联电阻之比
1
Q C 1 r Cr
( 1.1.5 )
若以并联等效电路表示，则为并联电阻与容抗之比。
Q
R 1
CPR
CP
( 1.1.6 )
电容器损耗电阻的大小主要由介质材料决定。 Q值可 达几千到几万的数量级，与电感线圈相比, 电容器的损耗常 常忽略不计。
（演 示 ）
在无线电技术中通常不是直接用等效电阻r，而是引入线 圈的品质因数这一参数来表示线圈的损耗性能。
品质因数定义为无功功率与有功功率之比 :
无功功率 Q 有功功率
( 1.1.1 )
设流过电感线圈的电流为I，则电感L上的无功功率为
I2ωL，而线圈的损耗功率，即电阻r的消耗功率为I2r，故由
式（1.1.1）得到电感的品质因数
Lp L r
( 1.1.4 )
由上述结果表明，一个高Q电感线圈，其等效电路可以 表示为串联形式,也可以表示为并联式行。在两种形式中， 电感值近似不变，串联电阻与并联电阻的乘积等于感抗的平 方。
由式(1.1.4)看出，r越小R就越大，即损耗小，反之， 则损耗大。 一般地，r为几欧的量级，变换成R则为几十到几 百千欧。
2. 电感线Baidu Nhomakorabea的高频特性
电感线圈在高频频段除表现出电感L的特性外，还具有 一定的损耗电阻r和分布电容。在分析一般长、中、短波频 段电路时，通常忽略分布电容的影响。因而，电感线圈的等 效电路可以表示为电感L和电阻r串联，如图所示。
L
r
电感线圈的串联等效电路
电阻r随频率增高而增加，这主要是集肤效应的影响。 所谓集肤效应是指随着工作频率的增高，流过导线的交流电 流向导线表面集中这一现象，当频率很高时，导线中心部位 几乎完全没有电流流过，这相当于把导线的横截面积减小为 导线的圆环面积，导电的有效面积较直流时大为减小，电阻 r增大。工作频率越高，圆环的面积越小，导线电阻就越大。
Q 也可以用并联形式的参数表示。 由式(1.1.4)有
r 2L2
R
上式代入(1.1.2)得
Q R R
L Lp
上式表明，若以并联形式表示Q时，则为并联电阻与 感抗之比。
3. 电容器的高频特征
一个实际的电容器除表现电容特性外，也具有损耗 电阻和分布电感。 在分析一般米波以下频段的谐振回路时， 常常只考虑电容和损耗。 电容器的等效电路也有两种形式， 如图所示。
高。
变容二极管的记忆电容Cj与外加反偏电压U之间呈非线 性关系。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，功率高。 将它用于振荡回路中，可以做 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。
内容提要
谐振回路在高频电路中即为选频网络，它能选出我们 需要的频率分量和滤除不需要的频率量。
在高频电子线路中应用的选频网络分为两大类： 第一类是由电感和电容元件组成的振荡回路（也称谐 振回路），它又可分为单谐振回路和耦合谐振回路； 第二类是各种滤波器，如LC集中参数滤波器，石英晶 体滤波器，陶瓷滤波器和声表面波滤波等。
1.1.2 高频电路中的有源器件
从原理上看，用于高频电路的各种有源器件，与用于低 频或其他电子线路的器件没有根本不同。
只是由于工作在高频范围，对器件的某些性能要求更高。 随着半导体和集成电路技术的高速发展，能满足高频应用要 求的器件越来越多，也出现了一些专门用途的高频半导体器 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
2. 晶体管与场效应管
1.1.1 高频电路中的元件
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高频特性。
一个电阻R的高频等效电路如图所示，其中CR为分布电 容，LR为引线电感，R为电阻。
CR
LR
R
电阻的高频等效电路
同理，可以推导出上图串、并联电路的变换式:
R r(1 Q 2C)
1
Cp
1
1 Q2C
当Q ＞＞ 1时，它们近似式为
R
rQ
2
C
1 2C
2r
Cp C
上面分析表明，一个实际的电容器，其等效电路可以
表示为串联形式，也可以表示为并联形式。 两种形式中电
容值近似不变，串联电阻和并联电阻的乘积等于容抗的平
方。
I 2L L
Q I 2r r
( 1.1.2 )
Q值是一个比值，它是感抗ωL与损耗电阻r之比，Q值
越高损耗越小，一般情况下, 线圈的Q值通常在几十到一二
百左右。
在电路分析中，为了计算方便，有时需要把电感与电阻 串联形式的线圈等效电路转换为电感与电阻的并联形式。 下 图中的LP、R表示并联形式的参数。