第2章_高頻電路基礎(chǔ)

1、第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路1第2章 高頻電路基礎(chǔ) 2.1 高頻電路中的元器件2.2 高頻電路中的基本電路 2.3 電子噪聲2.4 噪聲系數(shù)和噪聲溫度第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路概概 述述 基本元器件（無(wú)源元件、有源器件）基本元器件（無(wú)源元件、有源器件） 基本電路（諧振回路、石英晶體振蕩器、變壓器等）基本電路（諧振回路、石英晶體振蕩器、變壓器等） 基本問(wèn)題（選頻濾波、阻抗變換）基本問(wèn)題（選頻濾波、阻抗變換） 基本方法（線性、非線性）基本方法（線性、非線性） 基本指標(biāo)（小信號(hào)時(shí)的噪聲系數(shù)、大信號(hào)時(shí)的非線性基本指標(biāo)（小信號(hào)時(shí)的噪聲系數(shù)、大信號(hào)時(shí)的非線性失真）失真）第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電

2、子線路3 2.1 高頻電路中的元器件 各種高頻電路基本上是由各種高頻電路基本上是由有源器件有源器件、 無(wú)源元件無(wú)源元件和和無(wú)源網(wǎng)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)組成絡(luò)組成的。的。 高頻電路中使用的元器件與在低頻電路中使用的高頻電路中使用的元器件與在低頻電路中使用的元器件基本相同元器件基本相同, 但要注意它們?cè)诟哳l使用時(shí)的高頻特性。但要注意它們?cè)诟哳l使用時(shí)的高頻特性。 高高頻電路中的元件主要是頻電路中的元件主要是電阻電阻(器器)、 電容電容(器器)和電感和電感(器器), 它們都它們都屬于無(wú)源的線性元件屬于無(wú)源的線性元件。 一、高頻電路中的無(wú)源元件 1、電阻、電阻 一個(gè)實(shí)際的電阻器一個(gè)實(shí)際的電阻器, 在在低頻時(shí)主要表現(xiàn)為

3、電阻特性低頻時(shí)主要表現(xiàn)為電阻特性,但在但在高頻使用時(shí)不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面高頻使用時(shí)不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面, 而且還表現(xiàn)有電抗特而且還表現(xiàn)有電抗特第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路4性的一面。性的一面。 電阻器的電阻器的電抗特性反映的就是其高頻特性電抗特性反映的就是其高頻特性。 一個(gè)電阻一個(gè)電阻R的高頻等效電路如圖的高頻等效電路如圖2-1所示所示, 其中其中, CR為分為分布電容布電容, LR為引線電感為引線電感, R為電阻。為電阻。 通常，通常，表面貼裝電阻的高頻特性好于金膜電阻，金膜表面貼裝電阻的高頻特性好于金膜電阻，金膜電阻好于炭膜電阻，線繞電阻的高頻特性最差。電阻好于炭膜電阻，線繞電

4、阻的高頻特性最差。LRCRR 圖 2-1 電阻的高頻等效電路 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路5 2、電容、電容 由介質(zhì)隔開(kāi)的兩導(dǎo)體即構(gòu)成電容由介質(zhì)隔開(kāi)的兩導(dǎo)體即構(gòu)成電容。 一個(gè)電容器的等一個(gè)電容器的等效電路卻如圖效電路卻如圖2-2（a）所示。）所示。 理想電容器的阻抗理想電容器的阻抗1/(jC), 如圖如圖2-2（b）虛線所示）虛線所示, 其中其中, f為工作頻率為工作頻率, =2f。 高頻電路中常常使用片狀電容和表面貼裝電容，因高頻電路中常常使用片狀電容和表面貼裝電容，因?yàn)槠涓哳l特性較好。為其高頻特性較好。 圖2-2 電容器的高頻等效電路 (a) 電容器的等效電路; （b） 電容器的阻抗特

5、性 LCRCC(a)阻抗頻率 f(b)0自身諧振頻率容性區(qū)容性區(qū)感性區(qū)感性區(qū)絕緣電阻引線電感第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路6 3、電感、電感 電感的作用電感的作用：諧振元件、濾波元件、阻隔元件扼流圈。：諧振元件、濾波元件、阻隔元件扼流圈。 電感的耗損電感的耗損：電感一般都是由導(dǎo)線繞制的，一般都有一：電感一般都是由導(dǎo)線繞制的，一般都有一定定直流電阻直流電阻；同時(shí)由于存在渦流、磁滯和電磁輻射等損失，；同時(shí)由于存在渦流、磁滯和電磁輻射等損失，所以電感就存在耗損電阻所以電感就存在耗損電阻交流電阻交流電阻。 品質(zhì)因素品質(zhì)因素：定義為電路中無(wú)功功率與有功功率之比，：定義為電路中無(wú)功功率與有功功率之比，是

6、專(zhuān)門(mén)用來(lái)描述電路的能量耗損的。是專(zhuān)門(mén)用來(lái)描述電路的能量耗損的。 高頻電感器與普通電感器一樣高頻電感器與普通電感器一樣, 電感量是其主要參數(shù)。電感量是其主要參數(shù)。 電感量電感量L產(chǎn)生的感抗為產(chǎn)生的感抗為jL, 其中其中, 為工作角頻率。為工作角頻率。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路7 高頻電感器也具有高頻電感器也具有自身諧振頻率自身諧振頻率SRF。 在在SRF上上, 高頻高頻電感的阻抗的幅值最大電感的阻抗的幅值最大, 而相角為零而相角為零, 如圖如圖2-3所示。所示。阻抗與相角阻抗相角頻率 fSRF0 圖 2-3 高頻電感器的自身諧振頻率SRF 感性區(qū)感性區(qū)容性區(qū)容性區(qū)第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電

7、子線路8二、二、高頻電路中的有源器件 用于低頻或其它電子線路的器件沒(méi)有什么根本不同。用于低頻或其它電子線路的器件沒(méi)有什么根本不同。 1、二極管、二極管 二極管的作用二極管的作用：半導(dǎo)體二極管在高頻中：半導(dǎo)體二極管在高頻中主要用于檢波、主要用于檢波、 調(diào)制、調(diào)制、 解調(diào)及混頻等非線性變換電路中解調(diào)及混頻等非線性變換電路中, 工作在低電平。工作在低電平。 常用高頻二極管的類(lèi)型：常用高頻二極管的類(lèi)型： (1) 點(diǎn)觸式二極管點(diǎn)觸式二極管：其最高工作頻率約：其最高工作頻率約100200MHz (2)表面勢(shì)壘二極管表面勢(shì)壘二極管：其最高工作頻率約：其最高工作頻率約200300MHz (3) 變?nèi)荻O管變?nèi)?/p>

8、二極管：其電容隨偏置電壓變化而變化。：其電容隨偏置電壓變化而變化。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路9 2、晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管（、晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管（FET） 在高頻中應(yīng)用的晶體管仍然是雙極晶體管和各種場(chǎng)效應(yīng)在高頻中應(yīng)用的晶體管仍然是雙極晶體管和各種場(chǎng)效應(yīng)管，通常這些管子比用于低頻的管子性能更好管，通常這些管子比用于低頻的管子性能更好, 在外形結(jié)構(gòu)在外形結(jié)構(gòu)方面也有所不同。方面也有所不同。 高頻晶體管高頻晶體管有兩大類(lèi)型有兩大類(lèi)型: (1) 一類(lèi)是作小信號(hào)放大的一類(lèi)是作小信號(hào)放大的高頻小功率管高頻小功率管, 對(duì)它們的主對(duì)它們的主要要求是高增益和低噪聲要要求是高增益和低噪聲; (2) 另一類(lèi)為另一類(lèi)為

9、高頻功率放大管高頻功率放大管, 除了增益外除了增益外, 要求其在高要求其在高頻有較大的輸出功率。頻有較大的輸出功率。 高頻場(chǎng)效應(yīng)管高頻場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管類(lèi)似，其高頻性能（小信號(hào)時(shí)的與晶體管類(lèi)似，其高頻性能（小信號(hào)時(shí)的噪聲、大信號(hào)時(shí)的非線性）比晶體管更好一些。噪聲、大信號(hào)時(shí)的非線性）比晶體管更好一些。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路10 3、集成電路、集成電路 用于高頻的集成電路的類(lèi)型和品種要比用于低頻的用于高頻的集成電路的類(lèi)型和品種要比用于低頻的集成電路少得多集成電路少得多, 主要分為通用型和專(zhuān)用型兩種。主要分為通用型和專(zhuān)用型兩種。 目前通用型的寬帶集成放大器，其增益可達(dá)目前通用型的寬帶集成放大

10、器，其增益可達(dá)5060dB甚至更高，其工作頻率可達(dá)甚至更高，其工作頻率可達(dá)100200MHz甚至更高。甚至更高。 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路11 本節(jié)將介紹高頻電路中常用的本節(jié)將介紹高頻電路中常用的基本（無(wú)源）電路基本（無(wú)源）電路，也稱(chēng)也稱(chēng)無(wú)源組件或無(wú)源網(wǎng)絡(luò)無(wú)源組件或無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，這些無(wú)源組件或無(wú)源網(wǎng)絡(luò)主要，這些無(wú)源組件或無(wú)源網(wǎng)絡(luò)主要包括：包括：高頻振蕩（諧振）回路高頻振蕩（諧振）回路、高頻變壓器高頻變壓器、諧振器與濾諧振器與濾波器波器等等, 它們它們完成信號(hào)的傳輸、完成信號(hào)的傳輸、 頻率選擇及阻抗變換等功頻率選擇及阻抗變換等功能。能。 2.2 高頻電路中的基本電路第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電

11、子線路一、高頻振蕩回路 高頻振蕩回路是高頻電路中應(yīng)用最廣的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)高頻振蕩回路是高頻電路中應(yīng)用最廣的無(wú)源網(wǎng)絡(luò), 也是也是構(gòu)成高頻放大器、構(gòu)成高頻放大器、 振蕩器以及各種濾波器的主要部件振蕩器以及各種濾波器的主要部件, 在電在電路中完成路中完成阻抗變換、阻抗變換、 信號(hào)選擇等任務(wù)信號(hào)選擇等任務(wù), 并可直接作為負(fù)載使并可直接作為負(fù)載使用用。 下面分下面分簡(jiǎn)單振蕩回路、抽頭并聯(lián)振蕩回路和耦合振蕩回簡(jiǎn)單振蕩回路、抽頭并聯(lián)振蕩回路和耦合振蕩回路路三部分來(lái)討論。三部分來(lái)討論。 1、簡(jiǎn)單振蕩回路、簡(jiǎn)單振蕩回路(只有一個(gè)回路只有一個(gè)回路) 振蕩回路就是由電感和電容串聯(lián)或并聯(lián)形成的回路。振蕩回路就是由電感和電容

12、串聯(lián)或并聯(lián)形成的回路。 只有一個(gè)回路的振蕩電路稱(chēng)為簡(jiǎn)單振蕩回路或單振蕩回路。只有一個(gè)回路的振蕩電路稱(chēng)為簡(jiǎn)單振蕩回路或單振蕩回路。 簡(jiǎn)單振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上具有最大或最小簡(jiǎn)單振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上具有最大或最小值的特性稱(chēng)為值的特性稱(chēng)為諧振特性諧振特性，這個(gè)特定頻率稱(chēng)為，這個(gè)特定頻率稱(chēng)為諧振頻率諧振頻率。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路(1)、并聯(lián)諧振回路、并聯(lián)諧振回路 1）電路結(jié)構(gòu)）電路結(jié)構(gòu) Is.LCZ+Uo Is.LrCos(j) / jj1/ jpUrLCZrLCI)/1( j/CLrCL CL/1 當(dāng)當(dāng)時(shí)，回路并聯(lián)諧振時(shí)，回路并聯(lián)諧振第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路2）

13、諧振頻率）諧振頻率 3）諧振電阻）諧振電阻：回路在諧振時(shí)的阻抗最大回路在諧振時(shí)的阻抗最大, 為一純電阻為一純電阻R0： 1 0，LC LCf210 rCLR 002111QLC式中式中Q為品質(zhì)因數(shù)，為品質(zhì)因數(shù)，它反映諧振回路損耗的大小。當(dāng)它反映諧振回路損耗的大小。當(dāng)Q1時(shí)（高時(shí)（高Q回路），其諧振頻率可近似為：回路），其諧振頻率可近似為：第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路4）特性阻抗）特性阻抗CLCL001 通常將諧振時(shí)感抗和容抗的數(shù)值稱(chēng)為回路的特性阻通常將諧振時(shí)感抗和容抗的數(shù)值稱(chēng)為回路的特性阻抗，用抗，用表示。表示。5）品質(zhì)因數(shù)）品質(zhì)因數(shù)CRLRCrrLQ0000001由前面分析可知：若電感的

14、耗損電阻越小，回路的若電感的耗損電阻越小，回路的Q值越值越高，其諧振電阻高，其諧振電阻R0越大。越大。它反映諧振回路損耗的大小它反映諧振回路損耗的大小第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路6）阻抗特性）阻抗特性式中式中, =-0。 稱(chēng)為稱(chēng)為廣義失諧廣義失諧。0022fQQf)/(j1000QRrCLrCLCLrCLZp)/1(j1/)/1( j/通常，諧振回路研究通常，諧振回路研究故故20 002j1ZpQR則可得則可得第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路20021Zp）（QR)2arctan0Q（ 對(duì)應(yīng)的阻抗模值與相角分別為對(duì)應(yīng)的阻抗模值與相角分別為00j21ZpQR（c)阻抗特性阻抗特性; （d）輻

15、角特性）輻角特性 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路（c)阻抗特性阻抗特性; （d）輻角特性）輻角特性 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路（c)阻抗特性阻抗特性; （d）輻角特性）輻角特性 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路 7）通頻帶（半功率點(diǎn)頻帶）通頻帶（半功率點(diǎn)頻帶） 當(dāng)保持外加信號(hào)的幅值不變而改變其頻率時(shí)當(dāng)保持外加信號(hào)的幅值不變而改變其頻率時(shí), 將回路電壓將回路電壓值下降為諧振值的值下降為諧振值的 時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱(chēng)為回路的時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱(chēng)為回路的通頻通頻帶帶, 也稱(chēng)回路帶寬也稱(chēng)回路帶寬, 通常用通常用B0.707來(lái)來(lái)表示。表示。 令等于令等于 , 則則可推得可推得=1, 從而可得帶寬為：

16、從而可得帶寬為：21QB0707. 02頻率的變化導(dǎo)致了輸出電壓的變化，非諧振時(shí)的電壓下降到頻率的變化導(dǎo)致了輸出電壓的變化，非諧振時(shí)的電壓下降到諧振時(shí)電壓的諧振時(shí)電壓的 時(shí)的頻率范圍，為諧振回路的帶寬。時(shí)的頻率范圍，為諧振回路的帶寬。21210RZpQffB0707. 02第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路8）矩形系數(shù)）矩形系數(shù)：定義定義為阻抗的幅頻特性下降為諧振值的為阻抗的幅頻特性下降為諧振值的0.1時(shí)時(shí)的頻帶寬度與阻抗的幅頻特性下降為諧振值的的頻帶寬度與阻抗的幅頻特性下降為諧振值的0.707時(shí)的頻時(shí)的頻帶寬度之比。即帶寬度之比。即其中：其中：B0.1諧振曲線下降為諧振值的諧振曲線下降為諧振值

17、的 0.1時(shí)的頻帶寬度時(shí)的頻帶寬度 B0.707諧振曲線下降諧振曲線下降3dB的頻帶寬度的頻帶寬度矩形系數(shù)是大于矩形系數(shù)是大于1的（理想時(shí)為的（理想時(shí)為1），），矩形系數(shù)越小，回路的矩形系數(shù)越小，回路的選擇性越好。選擇性越好。 對(duì)于對(duì)于單級(jí)簡(jiǎn)單并聯(lián)諧振回路單級(jí)簡(jiǎn)單并聯(lián)諧振回路，可以計(jì)算出其矩形系數(shù)為：，可以計(jì)算出其矩形系數(shù)為： 707. 01 . 01 . 0BBKr20.110 1 9.96rK 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路 需要說(shuō)明的幾點(diǎn)需要說(shuō)明的幾點(diǎn)：通過(guò)前面分析可知通過(guò)前面分析可知 (1)(1) 前面的結(jié)論均是在前面的結(jié)論均是在“高高Q”情況下，如果情況下，如果Q值較低值較低，并聯(lián)

18、諧振回路的諧振頻率將并聯(lián)諧振回路的諧振頻率將低于高低于高Q時(shí)的諧振頻率時(shí)的諧振頻率，并使諧，并使諧振曲線和相位特性隨著振曲線和相位特性隨著Q值而偏離。值而偏離。 (2)(2) 以上所知品質(zhì)因素均是指回路沒(méi)有外加負(fù)載時(shí)的值以上所知品質(zhì)因素均是指回路沒(méi)有外加負(fù)載時(shí)的值，稱(chēng)為，稱(chēng)為空載空載Q值或值或Q0。當(dāng)回路有外加負(fù)載時(shí)，品質(zhì)因素要。當(dāng)回路有外加負(fù)載時(shí)，品質(zhì)因素要用用有載有載Q值或值或QL表示。表示。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路并聯(lián)諧振回路的等效電路：并聯(lián)諧振回路的等效電路：證明證明)/1( j/CLrCLZ LCRj1j110LrCU.ZLCU.ZR0 =L/rC第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子

19、線路信號(hào)源及負(fù)載對(duì)諧振回路的影響：信號(hào)源及負(fù)載對(duì)諧振回路的影響：LrUs.CRLRS= RL / RS /RPLIs.CRTssRU有載品質(zhì)因數(shù)：有載品質(zhì)因數(shù)：CL TLRQ空載品質(zhì)因數(shù)：空載品質(zhì)因數(shù)：RT U, p1第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路 LLTLTRpRUURRURU22222122負(fù)載部分接入負(fù)載部分接入由功率相等：由功率相等： (2) 部分接入折合關(guān)系部分接入折合關(guān)系對(duì)于負(fù)載部分接入對(duì)于負(fù)載部分接入對(duì)于信號(hào)源部分接入對(duì)于信號(hào)源部分接入信號(hào)源部分接入信號(hào)源部分接入由功率相等：由功率相等：0202220222RpRUURRURUTT 1）電阻、電導(dǎo)的折合電阻、電導(dǎo)的折合第2章 高

20、頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路pIIT3）電壓源、電流源的折合）電壓源、電流源的折合 TUpU 對(duì)于圖對(duì)于圖(2-8)所示得電流源，利用能量守恒關(guān)系，容易得所示得電流源，利用能量守恒關(guān)系，容易得到其折合關(guān)系為：到其折合關(guān)系為：LRRiLCRLRiTLCRLIIT圖 2-8 電流源的折合 2）電容的折合）電容的折合實(shí)際應(yīng)用中，除了阻抗需要折合外，電流源和電壓源也需要折合實(shí)際應(yīng)用中，除了阻抗需要折合外，電流源和電壓源也需要折合LLLLCPCCpC22111第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路（3）對(duì)于抽頭并聯(lián)振蕩回路，對(duì)阻抗變換的變比為）對(duì)于抽頭并聯(lián)振蕩回路，對(duì)阻抗變換的變比為p2，而，而對(duì)信號(hào)源（電流、電壓

21、）的變比為對(duì)信號(hào)源（電流、電壓）的變比為p。21p總結(jié)：總結(jié)：（1）抽頭改變，接入系數(shù)）抽頭改變，接入系數(shù)P改變；改變； （2） 由低抽頭折合到回路高端時(shí)，等效電阻提高了由低抽頭折合到回路高端時(shí)，等效電阻提高了 倍，倍，Q值提高許多值提高許多。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路 例例2 2： 如圖如圖2-11， 抽頭回路由電流源激勵(lì)抽頭回路由電流源激勵(lì), 忽略回路本身忽略回路本身的固有損耗的固有損耗, 試求回路兩端電壓試求回路兩端電壓u(t)的表示式及回路帶寬。的表示式及回路帶寬。C2C12000 pF500R12000 pF10 HLi Icos 107tI1 mAu1(t)圖 2-11 例2

22、的抽頭回路 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路解解 由于忽略了回路本身的固有損耗由于忽略了回路本身的固有損耗, 因此可因此可以認(rèn)為以認(rèn)為Q。 由圖可知由圖可知, 回路電容為回路電容為 諧振角頻率為諧振角頻率為 電阻電阻R1的接入系數(shù)的接入系數(shù) 等效到回路兩端的電阻為等效到回路兩端的電阻為 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路回路兩端電壓回路兩端電壓u(t)與與i(t)同相同相, 電壓振幅電壓振幅 U=IR=2 V, 故故 輸出電壓為輸出電壓為 回路有載品質(zhì)因數(shù)回路有載品質(zhì)因數(shù) 回路帶寬回路帶寬 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路 例例3 下圖中，線圈匝數(shù)下圖中，線圈匝數(shù) N12 = 10 匝，匝， N

23、13 = 50 匝，匝， N45 = 5 匝，匝，L13= 8.4 H, C = 51 PF, Q0 =100, Is = 1 mA , RS =10 k , RL= 2.5 k , 求有載品質(zhì)因數(shù)求有載品質(zhì)因數(shù)QL、通頻帶、通頻帶BW0.7、諧振輸出電壓、諧振輸出電壓Uo。IsCUo123+RLRs54S21213sRNNR）（1010502 ）（= 250 k L24513LRNNR）（5 . 25502 ）（= 250 k 解：解：將將Is 、RS 、 RL均折算到并聯(lián)諧振回路均折算到并聯(lián)諧振回路1-3兩端兩端13IsCUo+RLRsRpL13CLQR104 .

24、 8100 = 40.6 k 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路IsCUo+RLRsRpL1313IsCUo123+RLRs54IsCUo+RTL13RT = Rs / R0 /RL= 30.6 k 13TLLCRQ 75104 . 810516 .30612 BW0.7 = f 0 / QT =103 kHz ， 210LCf 1312s NNIIs故Am 2 . 0 oU106 .402 . 0V 612. 0 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路 3、耦合振蕩回路、耦合振蕩回路 單振蕩回路具有頻率選擇性和阻抗變換的作用。單振蕩回路具有頻率選擇性和阻抗變換的作用。 但是：但是： 選頻特性不夠理想

25、選頻特性不夠理想 阻抗變換不靈活，不方便阻抗變換不靈活，不方便 為了使網(wǎng)絡(luò)具有矩形選頻特性，或者完成阻抗變換的需要，需要采為了使網(wǎng)絡(luò)具有矩形選頻特性，或者完成阻抗變換的需要，需要采用耦合振蕩回路。用耦合振蕩回路。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路 耦合振蕩回路耦合振蕩回路, 也稱(chēng)為也稱(chēng)為雙調(diào)諧回路雙調(diào)諧回路。它是由兩個(gè)單振蕩回。它是由兩個(gè)單振蕩回路通過(guò)不同的耦合方式組成。路通過(guò)不同的耦合方式組成。 把接有激勵(lì)信號(hào)源的回路稱(chēng)為初級(jí)回路把接有激勵(lì)信號(hào)源的回路稱(chēng)為初級(jí)回路, 把與負(fù)載相接的把與負(fù)載相接的回路稱(chēng)為次級(jí)回路或負(fù)載回路?；芈贩Q(chēng)為次級(jí)回路或負(fù)載回路。 在高頻電路中，耦合振蕩回路主要完成以下兩方

26、面的在高頻電路中，耦合振蕩回路主要完成以下兩方面的功能：功能：A、阻抗變換、阻抗變換 B、提供比簡(jiǎn)單諧振回路更好的頻率特性。、提供比簡(jiǎn)單諧振回路更好的頻率特性。 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路L2C2R2L1C1MR1I.U1.U2.R1L1C1C2L2R2I.U1.CCU2.L2r2L1C1Mr1I2.I1.E.jC1I.r2L1L2C1C2Cmr1(a)(b)(c)(d)C2E jL1I. 圖 2-10 兩種常見(jiàn)的耦合回路及其等效電路 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路21212LLMLLMk對(duì)于圖對(duì)于圖 2-10（b）電路）電路, 耦合系數(shù)為耦合系數(shù)為)(21CCCCCCCCk1)耦合系

27、數(shù)耦合系數(shù)k：表示耦合回路中兩個(gè)回路耦合程度強(qiáng)弱的量。表示耦合回路中兩個(gè)回路耦合程度強(qiáng)弱的量。是指耦合電路中的耦合電抗是指耦合電路中的耦合電抗Zm與初次級(jí)中與與初次級(jí)中與Zm同性質(zhì)兩電抗同性質(zhì)兩電抗的幾何平均值之比。的幾何平均值之比。 對(duì)于圖對(duì)于圖 2-10（a）電路）電路, 耦合系數(shù)為耦合系數(shù)為MjZm 耦合阻抗為：耦合阻抗為： 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路2）反映（射）阻抗）反映（射）阻抗Zf ：11111111222222221()(1)1(1)ZrjLrjXrjCZrjLrjXrjC 回路阻抗為：I2要在一次側(cè)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，要在一次側(cè)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，此作用可以用在一次回路中此作用可以

28、用在一次回路中引入一引入一反映（射）阻抗反映（射）阻抗來(lái)等來(lái)等效。效。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路1121220Z IjM IEjM IZ I 回 路 方 程 為 ：221)(1ZMZEI122)(12ZMZZEMjI次級(jí)回路對(duì)初級(jí)回路的反射阻抗Zf1第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路3)耦合回路的調(diào)諧耦合回路的調(diào)諧部分諧振部分諧振 改變初級(jí)（或次級(jí)）的電抗參數(shù)，而互感改變初級(jí)（或次級(jí)）的電抗參數(shù)，而互感M和其它參和其它參數(shù)不變，使初級(jí)（或次級(jí)）發(fā)生諧振，叫部分諧振數(shù)不變，使初級(jí)（或次級(jí)）發(fā)生諧振，叫部分諧振 。 例例如初級(jí)發(fā)生部分諧振時(shí)，有如初級(jí)發(fā)生部分諧振時(shí)，有復(fù)諧振復(fù)諧振 在部分諧振條

29、件下，再改變互感量，使反射電阻在部分諧振條件下，再改變互感量，使反射電阻Rf1等等于回路本身電阻于回路本身電阻r1，即滿足最大功率傳輸條件，使次級(jí)回，即滿足最大功率傳輸條件，使次級(jí)回路路I2達(dá)到可能達(dá)到的最大值，稱(chēng)為復(fù)諧振。達(dá)到可能達(dá)到的最大值，稱(chēng)為復(fù)諧振。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路全諧振與最佳全諧振全諧振與最佳全諧振 當(dāng)初級(jí)和次級(jí)諧振同一頻率叫全諧振，如果再達(dá)到共軛當(dāng)初級(jí)和次級(jí)諧振同一頻率叫全諧振，如果再達(dá)到共軛匹配，叫最佳全諧振匹配，叫最佳全諧振22112100ffRrRrXX 匹匹配配條條件件：全全諧諧振振條條件件：可見(jiàn)，最佳全諧振是復(fù)諧振的一個(gè)特例，但需要的互感要可見(jiàn)，最佳全諧振

30、是復(fù)諧振的一個(gè)特例，但需要的互感要比復(fù)諧振要小，此時(shí)互感耦合叫比復(fù)諧振要小，此時(shí)互感耦合叫臨界耦合臨界耦合，且，且耦合系數(shù)為：耦合系數(shù)為：1 2212121211221 2MM11r rk=LLLLLLQQLLr r 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路注意：這里的品質(zhì)因數(shù)注意：這里的品質(zhì)因數(shù)QQ1 1和和QQ2 2是沒(méi)有互感時(shí)初級(jí)和次級(jí)回路是沒(méi)有互感時(shí)初級(jí)和次級(jí)回路的品質(zhì)因數(shù)。的品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)兩回路參數(shù)完全相同時(shí)當(dāng)兩回路參數(shù)完全相同時(shí)1 2212121211221 2MM11r rk=LLLLLLQQLLr r 121211QQQk=QQQ 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路kQKKAc耦合因子耦合

31、因子定義為：定義為： 4）耦合因子）耦合因子表示耦合回路表示耦合回路耦合相對(duì)強(qiáng)弱耦合相對(duì)強(qiáng)弱的一個(gè)重要參量。的一個(gè)重要參量。 4）耦合回路的頻率特性）耦合回路的頻率特性A=1時(shí)時(shí), 為臨界耦合為臨界耦合A1時(shí)，叫強(qiáng)耦合時(shí)，叫強(qiáng)耦合2222max224)1 (2AAII第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路|Z21|max|Z21|10.707k k0k k0k k0ff1faf0fbf20 圖圖 2-11 耦合回路的頻率特性耦合回路的頻率特性 A4Un的概率小于的概率小于0.01%.第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路89RR (理想)E2n4 kTBRGI2n4 kTBG(a)(b)圖 2-28 電阻

32、熱噪聲等效電路 )/(4)/(422HzAkTGSHzVkTRSIU （2-51） （2-52） 電壓譜密度電壓譜密度：電流譜密度電流譜密度：等效等效根據(jù)上圖可得電阻熱噪聲的根據(jù)上圖可得電阻熱噪聲的最大輸出功率最大輸出功率為為kTB，其，其輸出單輸出單位頻帶內(nèi)的最大噪聲功率位頻帶內(nèi)的最大噪聲功率為為kT，它與觀測(cè)的頻帶無(wú)關(guān)，因而，它與觀測(cè)的頻帶無(wú)關(guān)，因而屬于屬于白噪聲。白噪聲。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路90 2) 線性電路中的熱噪聲線性電路中的熱噪聲 （1）多個(gè)電阻的熱噪聲（以?xún)蓚€(gè)電阻串聯(lián)為例）多個(gè)電阻的熱噪聲（以?xún)蓚€(gè)電阻串聯(lián)為例） 設(shè)：兩個(gè)電阻上的噪聲電勢(shì)設(shè)：兩個(gè)電阻上的噪聲電勢(shì)un1

33、、un2是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的,因而因而它們是互補(bǔ)相關(guān)的。串聯(lián)總電勢(shì)為：它們是互補(bǔ)相關(guān)的。串聯(lián)總電勢(shì)為： un=un1+un2 根據(jù)式根據(jù)式(2-49)，其噪聲均方值為：，其噪聲均方值為：)(42122212RRkTBUUUnnn（2-53） 即即只要各噪聲源是只要各噪聲源是相互獨(dú)立的相互獨(dú)立的，多個(gè)電阻的熱噪聲滿足，多個(gè)電阻的熱噪聲滿足均方均方電壓相加原則。電壓相加原則。221202212120001lim()111limlimlim2TnnnTTTTnnnnTTTUuudtTu dtu dtu u dtTTT由于由于un1、un2互不相關(guān)的，故上式第三項(xiàng)為零?；ゲ幌嚓P(guān)的，故上式第三項(xiàng)為零

34、。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路91dfSUSjHSUooUiUo022)(2-54) |H(j)|2U2iSUiU2oSUo圖 2-29熱噪聲通過(guò)線路電路的模型 （2） 熱噪聲通過(guò)線性電路熱噪聲通過(guò)線性電路 傳輸函數(shù)傳輸函數(shù) 是輸出電壓是輸出電壓（電流）與輸入電壓（電流）之比。（電流）與輸入電壓（電流）之比。其中：其中：Suo、Sui分別為網(wǎng)絡(luò)的輸出、輸入端的分別為網(wǎng)絡(luò)的輸出、輸入端的噪聲電壓譜密度噪聲電壓譜密度，Uo2為輸出為輸出噪聲電壓均方值。噪聲電壓均方值。)(jH對(duì)單一頻率的信號(hào)而言對(duì)單一頻率的信號(hào)而言，輸出電壓（電流）的均方值與輸入，輸出電壓（電流）的均方值與輸入電壓（電流）均方

35、值之比是與電壓（電流）均方值之比是與 成正比的。因而有：成正比的。因而有：2)(jH第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路92LrCLrCSUi 4kTrReXe(a)(b)(c)SUo 圖 2 30并聯(lián)回路的熱噪聲 例：例：下面通過(guò)討論下面通過(guò)討論并聯(lián)諧振回路的輸出噪聲并聯(lián)諧振回路的輸出噪聲，來(lái)進(jìn)一步分，來(lái)進(jìn)一步分析熱噪聲通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)的情況，如圖析熱噪聲通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)的情況，如圖2-30(a)。 解（分析解（分析1） ：在并聯(lián)諧振回路中，在并聯(lián)諧振回路中，只有耗損電阻只有耗損電阻r會(huì)產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生熱噪聲，因此該電阻可以用一理想電阻和一信號(hào)源（噪聲生熱噪聲，因此該電阻可以用一理想電阻和一信號(hào)源（噪聲源）表示

36、，如圖源）表示，如圖2-30(b)所示，此時(shí)可以看成噪聲通過(guò)無(wú)源四所示，此時(shí)可以看成噪聲通過(guò)無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)。端網(wǎng)絡(luò)。 因此，因此，上圖上圖(a)的等效四端網(wǎng)絡(luò)的等效四端網(wǎng)絡(luò)(b)的傳輸函數(shù)為：的傳輸函數(shù)為：第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路93kTrCLrCSUo4)1()1(222(2-55) 故輸出噪聲電壓譜密度為：故輸出噪聲電壓譜密度為：CjLjrCjjH11)(（分析（分析2）：我們也可把該噪聲認(rèn)為是一個(gè)等效電阻我們也可把該噪聲認(rèn)為是一個(gè)等效電阻Re上產(chǎn)上產(chǎn)生的熱噪聲，這樣，從輸出向左看，此電路等效為一電阻生的熱噪聲，這樣，從輸出向左看，此電路等效為一電阻Re與一電抗與一電抗Xe的串連回路

37、。的串連回路。如圖如圖2-30所示，下面進(jìn)一步所示，下面進(jìn)一步分析分析Re的情況。的情況。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路94 并聯(lián)回路可以等效為并聯(lián)回路可以等效為Re+jXe（圖（圖 2-33（c）,現(xiàn)在看現(xiàn)在看上述輸出噪聲譜密度與上述輸出噪聲譜密度與Re、 Xe的關(guān)系。的關(guān)系。 4oUeSkTR展開(kāi)化簡(jiǎn)后得展開(kāi)化簡(jiǎn)后得 與式與式(2-55)對(duì)比對(duì)比, 可得可得 (2-56) 1()1()eejrjwLCRjXrj LjC2221()1()erCRrLC第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路95由式由式(2-55)和和(2-56) 可得如下結(jié)論：可得如下結(jié)論：對(duì)于二端線性電路，其噪聲電壓或噪聲電流

38、譜密度可以用對(duì)于二端線性電路，其噪聲電壓或噪聲電流譜密度可以用與與Re或或 Ge來(lái)代替式來(lái)代替式(2-51)或或(2-52)中的中的R或或G。電阻熱噪聲通過(guò)線性電路后，一般不再是熱噪聲了，也不電阻熱噪聲通過(guò)線性電路后，一般不再是熱噪聲了，也不再是白噪聲了，因?yàn)槠涔β首V密度與頻率有關(guān)。再是白噪聲了，因?yàn)槠涔β首V密度與頻率有關(guān)。 （分析（分析3）前面我們求出了熱噪聲通過(guò)前面我們求出了熱噪聲通過(guò)LC網(wǎng)絡(luò)（線性網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)（線性網(wǎng)絡(luò)）不再是熱噪聲了，下面我們計(jì)算輸出端的噪聲電壓均絡(luò)）不再是熱噪聲了，下面我們計(jì)算輸出端的噪聲電壓均方值。方值。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路96 根據(jù)式根據(jù)式(2-55)與式與

39、式(2-56)可以求出可以求出輸出端的均方噪聲輸出端的均方噪聲電壓為：電壓為：QfkTRfdffQRkTfkTrdffQCrfdSdfSUooUUn24)2(144)2(1)(10020020202第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路97 3) 3) 噪聲帶寬噪聲帶寬 噪聲帶寬的引入噪聲帶寬的引入：根據(jù)電阻熱噪聲的公式：根據(jù)電阻熱噪聲的公式(2-49):其中有一帶寬因子其中有一帶寬因子B，由于電阻，由于電阻.，(P47倒二段倒二段) 圖圖 2-29 是一線性系統(tǒng)是一線性系統(tǒng), 其電壓傳輸函數(shù)為其電壓傳輸函數(shù)為H(j)。 設(shè)輸入設(shè)輸入一電阻熱噪聲一電阻熱噪聲,均方電壓譜為均方電壓譜為SUi=4kTR

40、, 輸出均方電壓譜為輸出均方電壓譜為SUo, 則則輸出均方電壓輸出均方電壓U2n2為為 設(shè)設(shè)|H(j)|的最大值為的最大值為H0, 則可則可定義定義一一等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬Bn, 令令22204nnUkTRB H（2-57） 2222000()4()nUoUiUS dfSH jdfkTRH jdf24nUkTBR第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路98 則則等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬Bn為為2020)(HdfjHBn（2-58）噪聲帶寬噪聲帶寬Bn的意義的意義：分析下圖圖2-31 線性系統(tǒng)的等效噪聲帶寬第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路99 例：例：現(xiàn)以圖現(xiàn)以圖2-30 的單振蕩回路為例的單振蕩回

41、路為例, 計(jì)算其等效噪聲帶寬。計(jì)算其等效噪聲帶寬。 設(shè)回路為高設(shè)回路為高Q電路電路, 設(shè)諧振頻率為設(shè)諧振頻率為f0， 由前面分析由前面分析, 再考慮到高再考慮到高Q條件條件, 此回路的此回路的|H(j)| 2可近似為可近似為 2022)2(1)1()(ffQCrjHo式中, f為相對(duì)于f0的頻偏, 由此可得等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬為QffdffQBn2)2(11020第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路1002. 晶體三極管的噪聲晶體三極管的噪聲(詳見(jiàn)教材詳見(jiàn)教材) 1) 散彈（粒）噪聲散彈（粒）噪聲：在晶體管中，每個(gè)載流子都是隨機(jī)地：在晶體管中，每個(gè)載流子都是隨機(jī)地通過(guò)通過(guò)PN結(jié)，因此結(jié)電流是圍

42、繞其平均值起伏變化的，把這種結(jié)，因此結(jié)電流是圍繞其平均值起伏變化的，把這種載流子隨機(jī)起伏流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲稱(chēng)為散彈（粒）噪聲載流子隨機(jī)起伏流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲稱(chēng)為散彈（粒）噪聲。 己知并聯(lián)回路的 3 dB帶寬為B 0.7= f0/Q, 故7 . 07 . 057. 12BBBn012)(qIfS(2-59) 2) 分配噪聲分配噪聲： 3) 閃爍噪聲閃爍噪聲 ：3. 場(chǎng)效應(yīng)管噪聲場(chǎng)效應(yīng)管噪聲 (詳見(jiàn)教材詳見(jiàn)教材) 0.71.11nBB臨界耦合雙調(diào)諧第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路101 通常需要通常需要描述一個(gè)電路或系統(tǒng)內(nèi)部噪聲的大小描述一個(gè)電路或系統(tǒng)內(nèi)部噪聲的大小，因此需要，因此需要引入相應(yīng)的引入相應(yīng)的

43、物理量物理量（噪聲系數(shù)或噪聲指數(shù)）來(lái)描述。（噪聲系數(shù)或噪聲指數(shù)）來(lái)描述。 一噪聲系數(shù)的定義一噪聲系數(shù)的定義 圖圖 2-35 為一為一線性四端網(wǎng)絡(luò)線性四端網(wǎng)絡(luò), 它的它的噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)定義為輸入端的定義為輸入端的信號(hào)噪聲功率比信號(hào)噪聲功率比(S/N)i與輸出端的信號(hào)噪聲功率比與輸出端的信號(hào)噪聲功率比(S/N)o的比值的比值, 即即線性電路KPNFSiNiSoNo 圖 2-35 噪聲系數(shù)的定義 2.4 噪聲系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)和噪聲溫度 信號(hào)功率噪聲功率第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路102 圖中圖中, KP為電路的功率傳輸系數(shù)為電路的功率傳輸系數(shù)(或功率放大倍數(shù)或功率放大倍數(shù))。 用用Na表

44、表示線性電路示線性電路內(nèi)部附加噪聲功率在輸出端的輸出內(nèi)部附加噪聲功率在輸出端的輸出, 考慮到考慮到KP=o/Si, 式式(2 60)可以表示為：可以表示為：ooiioiFNSNSNSNSN)()(（2 60） 1ipaappFiiN KNNKKNNN (2-61) (2-62) opoFipiNKNNN KN分析意義第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路103噪聲系數(shù)通常用噪聲系數(shù)通常用dB表示表示, 用用dB表示的噪聲系數(shù)為表示的噪聲系數(shù)為 ()()1010()iFFoSNNdBlgNlgSN(2-63) 關(guān)于噪聲系數(shù)，有以下幾點(diǎn)需要說(shuō)明：關(guān)于噪聲系數(shù)，有以下幾點(diǎn)需要說(shuō)明： (1) 由于噪聲功率是

45、與帶寬由于噪聲功率是與帶寬B相聯(lián)系相聯(lián)系的，為了不使噪聲系數(shù)依賴(lài)的，為了不使噪聲系數(shù)依賴(lài)于指定的頻寬，因此于指定的頻寬，因此國(guó)際上國(guó)際上式式(2-60)定義中的定義中的噪聲功率是指單位頻噪聲功率是指單位頻帶內(nèi)的噪聲功率帶內(nèi)的噪聲功率，即是指輸出、輸入噪聲功率譜密度即是指輸出、輸入噪聲功率譜密度。此時(shí)的噪。此時(shí)的噪聲系數(shù)將隨指定的工作頻率不同而不同，即表示聲系數(shù)將隨指定的工作頻率不同而不同，即表示點(diǎn)頻的噪聲系數(shù)點(diǎn)頻的噪聲系數(shù)。 (2) 由式由式(2-60)可以看出，可以看出，輸入、輸出信號(hào)功率是成比例變化的，輸入、輸出信號(hào)功率是成比例變化的，即噪聲系數(shù)與輸入信號(hào)大小無(wú)關(guān)即噪聲系數(shù)與輸入信號(hào)大小無(wú)

46、關(guān)，但，但卻與輸入噪聲功率卻與輸入噪聲功率Ni有關(guān)有關(guān)，因此，為了明確，在噪聲系數(shù)的定義中，因此，為了明確，在噪聲系數(shù)的定義中，規(guī)定輸入噪聲功率規(guī)定輸入噪聲功率Ni為為信號(hào)源內(nèi)阻信號(hào)源內(nèi)阻Rs的熱噪聲最大輸出功率的熱噪聲最大輸出功率（由前可知為（由前可知為kTB），并），并規(guī)規(guī)定溫度為定溫度為290K。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路104(3) 在噪聲系數(shù)的定義中，在噪聲系數(shù)的定義中，沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)的匹配情況提出要求，沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)的匹配情況提出要求，因而是普遍適用的因而是普遍適用的。實(shí)際上輸出端的阻抗是否匹配并不影響噪。實(shí)際上輸出端的阻抗是否匹配并不影響噪聲系數(shù)的大小。因此聲系數(shù)的大小。因此噪聲系

47、數(shù)可以表示為輸出端開(kāi)路時(shí)兩均方噪聲系數(shù)可以表示為輸出端開(kāi)路時(shí)兩均方電壓之比或輸出端短路時(shí)兩均方電流之比電壓之比或輸出端短路時(shí)兩均方電流之比，即，即2222nionoFnionoFIINUUN（2-64） （2-65） (4) 上述噪聲系數(shù)的定義上述噪聲系數(shù)的定義只適用于線性或準(zhǔn)線性電路只適用于線性或準(zhǔn)線性電路。對(duì)于非。對(duì)于非線性電路，由于信號(hào)與噪聲、噪聲與噪聲的相互作用，使輸出線性電路，由于信號(hào)與噪聲、噪聲與噪聲的相互作用，使輸出端信噪比更加惡化，上述的定義不適用，計(jì)算也更復(fù)雜。端信噪比更加惡化，上述的定義不適用，計(jì)算也更復(fù)雜。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路105二、噪聲系數(shù)的計(jì)算二、噪聲系

48、數(shù)的計(jì)算 1額定功率法額定功率法 額定功率額定功率, 又稱(chēng)資用功率或可用功率又稱(chēng)資用功率或可用功率, 是指信號(hào)源所能輸是指信號(hào)源所能輸出的最大功率出的最大功率, 它是一個(gè)度量信號(hào)源容量大小的參數(shù)它是一個(gè)度量信號(hào)源容量大小的參數(shù), 是信號(hào)是信號(hào)源的一個(gè)屬性源的一個(gè)屬性, 它只取決于信號(hào)源本身的參數(shù)它只取決于信號(hào)源本身的參數(shù)內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì), 與輸入電阻和負(fù)載無(wú)關(guān)與輸入電阻和負(fù)載無(wú)關(guān), 如圖如圖 2-36 所示。所示。 RSESRL RSISRSRL RS(a)(b)圖 2-36 信號(hào)源的額定功率 (a) 電壓源; （b） 電流源 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路106其中，Us和和Is分

49、別是電壓源和電流源的有效值。分別是電壓源和電流源的有效值。 額定功率增益額定功率增益KPm是指四端網(wǎng)絡(luò)的是指四端網(wǎng)絡(luò)的輸出額定功率輸出額定功率Psmo和和輸入額定功率輸入額定功率Psmi之比之比, 即即smismoPmPPK（2-68） 222222(/2)41(/2)4osSamSSSamoSsSSSUUUPRRRPI RIRI R（2-66） （2-67） 上圖圖(a)和和(b)的的額定輸出功率分別額定輸出功率分別為： 顯然額定功率增益顯然額定功率增益KPm不一定是網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際功率增益，不一定是網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際功率增益，只有在輸出和輸入都匹配時(shí)，這兩個(gè)功率才相等。只有在輸出和輸入都匹配時(shí)，這兩個(gè)功

50、率才相等。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路107 根據(jù)根據(jù)噪聲系數(shù)的定義噪聲系數(shù)的定義, 分子和分母都是同一端點(diǎn)上的功分子和分母都是同一端點(diǎn)上的功率比率比, 因此將實(shí)際功率改為額定功率因此將實(shí)際功率改為額定功率, 并不改變?cè)肼曄禂?shù)的定并不改變?cè)肼曄禂?shù)的定義義, 則則mipmmomoamomismiFNKNNPNPN（2-69） 因?yàn)镹mi= kTB, Nmo= KPmNmi+ Nmn, , 所以1momnFpmpmNNNKkTBKkTB （2-70） 式中式中： Psmi和和Psmo分別為輸入和輸出的信號(hào)額定功率分別為輸入和輸出的信號(hào)額定功率; Nmi和和Nmo分別為輸入和輸出的噪聲額定功率分

51、別為輸入和輸出的噪聲額定功率; Nmn為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的最大輸出為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的最大輸出噪聲功率。噪聲功率。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路108 也可以把輸出噪聲功率等效到輸入端也可以把輸出噪聲功率等效到輸入端, 有有kTBNNmoiF（2-71） 式中：Nmoi=Nmo/KPm是網(wǎng)絡(luò)額定輸出噪聲功率等效到輸入端的數(shù)值。 特殊地，特殊地，對(duì)于對(duì)于無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)（如圖無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)（如圖2-37),由于在輸出匹配由于在輸出匹配時(shí)，輸出的額定噪聲功率為時(shí)，輸出的額定噪聲功率為kTB，因此式，因此式(2-69)變?yōu)樽優(yōu)椋篖KNpmF1 (2-72) 其中L為網(wǎng)絡(luò)的衰減倍數(shù)。第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路109

52、無(wú) 源四端網(wǎng)絡(luò)KPmE2S.Roj Xo4 kTBRoUon2(a)(b)RSRL圖 2-37 無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù) pISGSLCG圖 2-38抽頭回路的噪聲系數(shù) 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路110例：例：現(xiàn)以圖現(xiàn)以圖(2-38)的抽頭電路為例，計(jì)算噪聲系數(shù)。的抽頭電路為例，計(jì)算噪聲系數(shù)。 解：解：將信號(hào)源電導(dǎo)等效到回路兩端將信號(hào)源電導(dǎo)等效到回路兩端, 為為p2GS, 等效到回路兩等效到回路兩端的信號(hào)源電流為端的信號(hào)源電流為pIS, 輸出端匹配時(shí)的最大輸出功率為輸出端匹配時(shí)的最大輸出功率為 SSsmSSmoGIPGpGIpP4)(42222 輸入端信號(hào)源的最大輸出功率輸入端信號(hào)源的最大

53、輸出功率為 因此因此, 網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)為：SSSpmFGpGGpGpGPPKN22211第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路111第一級(jí)NF1KPm1kTBN1第二級(jí)NF2KPm2No根據(jù)定義根據(jù)定義, 級(jí)聯(lián)后總的噪聲系數(shù)級(jí)聯(lián)后總的噪聲系數(shù)為：圖 2-39 級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù) 0FPmNNKkTB（2-73） 式中, No為總輸出額定噪聲功率為總輸出額定噪聲功率, 它由三部分組成它由三部分組成： 經(jīng)兩級(jí)放經(jīng)兩級(jí)放大的輸入信號(hào)源內(nèi)阻的熱噪聲大的輸入信號(hào)源內(nèi)阻的熱噪聲; 經(jīng)第二級(jí)放大的第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)經(jīng)第二級(jí)放大的第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的附加噪聲部的附加噪聲; 第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的附加噪聲第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的

54、附加噪聲, 即212opmpmaaNKkTBKNN2、級(jí)聯(lián)四端網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)、級(jí)聯(lián)四端網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路112 按噪聲系數(shù)的定義表達(dá)式按噪聲系數(shù)的定義表達(dá)式(2-62)， Na1和和Na2可分別表示為可分別表示為kTBKNNkTBKNNpmFapmFa222111) 1() 1( 則 kTBKNNKkTBNKkTBNKKkTBKNpmFFpmFpmFpmpmpmo) 1() 1() 1(22122121將上式代入式（2-76）, 得 1211PmFFFKNNN(2-74) 第2章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電子線路113 用同樣的方法不難推出用同樣的方法不難推出多級(jí)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)的公多級(jí)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)的公式式為為 21212111PmPmFPmFFFKKNKNNN 從式從式(2-78)可以看出可以看出, 當(dāng)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的額定功率增益遠(yuǎn)大于網(wǎng)絡(luò)的額定功率增益遠(yuǎn)大于1時(shí)時(shí), 系統(tǒng)的總噪聲系數(shù)系統(tǒng)的總噪聲系數(shù)主要取決于第一級(jí)的噪聲系數(shù)主要取決于第一級(jí)的噪聲系數(shù)。 越是后面越是后面的網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò), 對(duì)噪聲系數(shù)的影響就越小對(duì)噪聲系數(shù)的影響就越小, 這是因?yàn)樵降胶蠹?jí)信號(hào)的這是因?yàn)樵降胶蠹?jí)信號(hào)的功率越大功率越大, 后面網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲對(duì)信噪比的影響就不大了。后面網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲對(duì)信噪比的影響就不大了。 因因此此, 對(duì)第一級(jí)來(lái)說(shuō)對(duì)第一級(jí)來(lái)說(shuō), 不但希望噪聲系數(shù)小不