第二章高頻電路基礎(chǔ)

1、第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 高頻電路中的元器件高頻電路中的元器件第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路第三節(jié)第三節(jié) 電子噪聲及其特性電子噪聲及其特性 第四節(jié)第四節(jié) 噪聲系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)和噪聲溫度南昌航空大學(xué)南昌航空大學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 高頻電路中的元器件高頻電路中的元器件一、高頻電路中的元件一、高頻電路中的元件 1 1、高頻元件包括：電阻，電容，電感。、高頻元件包括：電阻，電容，電感。 注意：高頻元件在使用時(shí)要注意他們的高頻特性。注意：高頻元件在使用時(shí)要注意他們的高頻特性。LRCRR 電阻的高頻等效電路 電容的高頻等效電路 電感的高頻等效電路 第一節(jié)第

2、一節(jié) 高頻電路中的元器件高頻電路中的元器件（1 1）自身諧振頻率）自身諧振頻率SRFSRF（Self Resonant FrequencySelf Resonant Frequency） f SRFf SRFf SRF時(shí)，電容器等效為一個(gè)電感。時(shí)，電容器等效為一個(gè)電感。 與電容器類似，高頻電感器也具有自身諧振頻率與電容器類似，高頻電感器也具有自身諧振頻率SRFSRF。頻率f阻抗O頻率f阻抗與相角相角阻抗o理想電容器的阻抗特性高頻電感器也具有自身諧振頻率SRF自身諧振頻率自身諧振頻率感性區(qū)感性區(qū)容性區(qū)容性區(qū) SRF第一節(jié)第一節(jié) 高頻電路中的元器件高頻電路中的元器件（2 2）品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q 品

3、質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù) Q Q 定義為高頻電感的感抗與其定義為高頻電感的感抗與其串聯(lián)損耗電阻之比。串聯(lián)損耗電阻之比。 1LQrCr Q Q值的計(jì)算值的計(jì)算：Q Q值越高，表明該電感的儲(chǔ)能作用越強(qiáng)，損耗越小。值越高，表明該電感的儲(chǔ)能作用越強(qiáng)，損耗越小。第一節(jié)第一節(jié) 高頻電路中的元器件高頻電路中的元器件二、高頻電路中的器件二、高頻電路中的器件 高頻電路中的有源器件主要是二極管、高頻電路中的有源器件主要是二極管、晶體管和集成電路（晶體管和集成電路（ICIC），完成信號(hào)的），完成信號(hào)的放放大、非線性變換大、非線性變換等功能等功能。 第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路一、高頻振蕩回路一、高頻

4、振蕩回路 振蕩回路的諧振特性：振蕩回路的諧振特性： 簡(jiǎn)單振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上簡(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為諧振特性，具有最大或最小值的特性稱為諧振特性，這個(gè)特定頻率稱為諧振頻率。這個(gè)特定頻率稱為諧振頻率。 高頻振蕩回路包括：高頻振蕩回路包括： 并聯(lián)諧振回路和串聯(lián)諧振回路。并聯(lián)諧振回路和串聯(lián)諧振回路。 第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路1 1、并聯(lián)諧振回路、并聯(lián)諧振回路（1 1）電路結(jié)構(gòu)）電路結(jié)構(gòu) L L：電感線圈；：電感線圈； r r：損耗電阻；：損耗電阻； （交流電阻）（交流電阻） C C：為電容。：為電容。 CL并聯(lián)諧振回路 r第

5、二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路（2 2）并聯(lián)諧振回路的計(jì)算）并聯(lián)諧振回路的計(jì)算CjLjrCjLjrZp11LCQLCQ1111120)1(00CrrLQLrC并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率0 0：令：令ZpZp的虛部為的虛部為零，求解可得零，求解可得第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路rQCQLQCrLR2000CLr并聯(lián)諧振回路LC0R并聯(lián)諧振回路等效電路回路在諧振時(shí)阻抗最大為：回路在諧振時(shí)阻抗最大為：第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路 在高在高 條件下，有：條件下，有：Q000211pRRZjjQ )(0CjLjrCjLjrZp1100

6、1()LQCrrCjLjrCLr11CrjrLjCrL11001LCrQj Qj001LCrjQ第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路根據(jù)根據(jù)21121QQ 1Q2QB0阻抗特性阻抗特性 輻角特性輻角特性 000211pRRZjjQ21QQ 1Q2Q作用作用1 1：選頻：選頻作用作用2 2：移相：移相第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路回路帶寬回路帶寬(半功率點(diǎn)頻帶半功率點(diǎn)頻帶) QffB0707. 02707. 01 . 01 . 0BBK0707.0B1.0B0RR707.0R1 . 0Z定義矩形系數(shù)：定義矩形系數(shù)：第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電

7、路中的基本電路LC10OX容性感性000220Q2Q1Q1Q20II2 2、串聯(lián)諧振回路、串聯(lián)諧振回路討論一討論一 一余弦脈沖電流一余弦脈沖電流 i 通過(guò)一通過(guò)一LCLC并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路, ,如圖所示，試分析如圖所示，試分析LCLC并聯(lián)諧振回路兩端電并聯(lián)諧振回路兩端電壓壓 u 波形。波形。例例2-1 2-1 設(shè)一放大器以簡(jiǎn)單并聯(lián)諧振放大器為負(fù)載，信號(hào)設(shè)一放大器以簡(jiǎn)單并聯(lián)諧振放大器為負(fù)載，信號(hào)中心頻率為中心頻率為f fs s=10MHz,=10MHz,回路電容回路電容C=50pFC=50pF，試計(jì)算：，試計(jì)算：（1 1）所需的線圈電感值）所需的線圈電感值（2 2）若線圈的品質(zhì)因數(shù)）若線圈

8、的品質(zhì)因數(shù)Q=100Q=100，試計(jì)算回路諧振，試計(jì)算回路諧振 電阻和回路帶寬電阻和回路帶寬（3 3）若放大器所需的帶寬）若放大器所需的帶寬B=0.5MHzB=0.5MHz，應(yīng)在回路，應(yīng)在回路 上并聯(lián)多大的電阻才能滿足放大器所需帶上并聯(lián)多大的電阻才能滿足放大器所需帶 寬要求？寬要求？第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路二、二、 抽頭并聯(lián)振蕩回路抽頭并聯(lián)振蕩回路U1LLRCRTU2LLC0RTUU抽頭回路的作用抽頭回路的作用：阻抗變換。阻抗變換。第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路1 1、抽頭系數(shù)（接入系數(shù)）、抽頭系數(shù)（接入系數(shù)） 定義：與外電路相連的那部分電

9、抗與本回路參與定義：與外電路相連的那部分電抗與本回路參與分壓的同性質(zhì)總電抗之比。分壓的同性質(zhì)總電抗之比。 用電壓比來(lái)表示：用電壓比來(lái)表示： TUUp LC0RTUURU1LLRCRTU2L第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路 2 2、阻抗變換和信號(hào)源變換、阻抗變換和信號(hào)源變換 （1）對(duì)于信號(hào)源部分接入：）對(duì)于信號(hào)源部分接入：211221111LLLLjILjILjIUUpTLLTLTRpRUURRURU22222221LCLRTUUR2L1I2I電源部分接入電源部分接入電阻減小電阻減小 第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路（2 2）對(duì)于負(fù)載部分接入：）對(duì)于負(fù)

10、載部分接入：212212LLLLjLjLjUUpTLLTLTRpRUURRURU22222122U1LLRCRTU2L部分接入到全接入部分接入到全接入電阻增加電阻增加 第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路三、石英晶體諧振器三、石英晶體諧振器 晶體諧振器與一般振蕩回路比較，有幾晶體諧振器與一般振蕩回路比較，有幾個(gè)明顯的特點(diǎn)個(gè)明顯的特點(diǎn): : （1 1）晶體的諧振頻率非常穩(wěn)定。）晶體的諧振頻率非常穩(wěn)定。 （2 2）有非常高的品質(zhì)因數(shù)。）有非常高的品質(zhì)因數(shù)。 （3 3）接入系數(shù)非常小。）接入系數(shù)非常小。 （4 4）晶體在工作頻率附近阻抗變化率大，）晶體在工作頻率附近阻抗變化率大，有

11、很高的并聯(lián)諧振阻抗。有很高的并聯(lián)諧振阻抗。 例例2-22-2 如圖所示并聯(lián)諧振回路，信號(hào)源與負(fù)載都為如圖所示并聯(lián)諧振回路，信號(hào)源與負(fù)載都為部入接入。已知部入接入。已知R RS S、R RL L，并知回路參數(shù)，并知回路參數(shù)L L、C1C1、C2C2和空載品質(zhì)因數(shù)和空載品質(zhì)因數(shù)Q QO O，求，求（1 1）fofo與與B B0.7070.707；（2 2）R RL L不變，要求總負(fù)載與信號(hào)源匹配，如何不變，要求總負(fù)載與信號(hào)源匹配，如何調(diào)整回路參數(shù)？調(diào)整回路參數(shù)？ 第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路四、傳輸線變壓器四、傳輸線變壓器 1 1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)磁環(huán)42132143(

12、a)(b)(a) 結(jié)構(gòu)示意圖; （b） 電路第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路RSES1324U1.RLU2.ZCI.RSES1234U1.RLUL(a)(b)I. (a) 傳輸線方式; (b) 變壓器方式 2 2、工作方式、工作方式12II12UU第二節(jié)第二節(jié) 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路RSESU1.132U2.RLUL.(a)(b)RSESU1.132RL/2I1.I2.4I1.U1/2.ZCI2.U1/2.RL/2U1.2U1.2RSU1.132U2.RLUL.(c)I.I.U2.I.U1.RSES.ES.RLRbRL42A13U1.BUL.UL.I2.

13、I1.(d).4.43 3、應(yīng)用：、應(yīng)用： （14 14 阻抗變換器）阻抗變換器）LLiRIUIUR4122/21第三節(jié)第三節(jié) 電子噪聲及其特性電子噪聲及其特性定義：噪聲就是除有用信號(hào)以外的一切不需要定義：噪聲就是除有用信號(hào)以外的一切不需要 的信號(hào)及各種電磁擾動(dòng)的總稱。的信號(hào)及各種電磁擾動(dòng)的總稱。噪聲來(lái)源主要有兩方面噪聲來(lái)源主要有兩方面: : 電阻熱噪聲和半導(dǎo)體管噪聲。電阻熱噪聲和半導(dǎo)體管噪聲。一、電阻熱噪聲一、電阻熱噪聲 電阻電阻 R R 兩端噪聲電壓的均方值為兩端噪聲電壓的均方值為: :kTBRdteTETnTn41lim022電阻熱噪聲電壓波形電阻熱噪聲電壓波形第三節(jié)第三節(jié) 電子噪聲及其

14、特性電子噪聲及其特性電阻熱噪聲等效電路定義定義和和分別分別對(duì)應(yīng)于單位頻帶內(nèi)的對(duì)應(yīng)于單位頻帶內(nèi)的與與)/(42HzVkTRSU)/(42HzAkTGSIkTBREn42kTBGIn42RGR第三節(jié)第三節(jié) 電子噪聲及其特性電子噪聲及其特性1 1、線性電路中的熱噪聲、線性電路中的熱噪聲 多個(gè)電阻的熱噪聲。以兩個(gè)電阻串聯(lián)為例：多個(gè)電阻的熱噪聲。以兩個(gè)電阻串聯(lián)為例：)(42122212RRkTBEEEnnn21222144kTBRkTBREEnn21RR 2R1R2R1R21nE22nE兩個(gè)電阻串聯(lián)的噪聲分析模型兩個(gè)電阻串聯(lián)的噪聲分析模型第三節(jié)第三節(jié) 電子噪聲及其特性電子噪聲及其特性 熱噪聲通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)

15、。熱噪聲通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)。 UiUoSjHS2)(220004(2nUoUiES dfSHjd ffkTRLCQ并聯(lián)回路） 熱噪聲通過(guò)線路路的模型 UiSUoS2jH2iU2oU如果傳輸函數(shù)表示如果傳輸函數(shù)表示電壓之比則有：電壓之比則有：輸出端的均方噪聲電壓為：輸出端的均方噪聲電壓為：第三節(jié)第三節(jié) 電子噪聲及其特性電子噪聲及其特性定義等效噪聲帶寬定義等效噪聲帶寬2002HdfjHBn可以得到：可以得到：2002244HkTRBdfjHkTREnnfnB2jH0H等效噪聲帶寬第三節(jié)第三節(jié) 電子噪聲及其特性電子噪聲及其特性二、晶體三極管的噪聲二、晶體三極管的噪聲 分布電阻產(chǎn)生熱噪聲分布電阻產(chǎn)生熱噪聲

16、散彈（粒）噪聲散彈（粒）噪聲 分配噪聲分配噪聲 閃爍噪聲閃爍噪聲 三、場(chǎng)效應(yīng)管噪聲三、場(chǎng)效應(yīng)管噪聲第四節(jié)第四節(jié) 噪聲系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)和噪聲溫度一、噪聲系數(shù)一、噪聲系數(shù) 定義：輸入端的信定義：輸入端的信號(hào)噪聲功率比與輸號(hào)噪聲功率比與輸出端的信號(hào)噪聲功出端的信號(hào)噪聲功率比的比值，即率比的比值，即ooiioiFNSNSNSNSN/)/()/(oiFFNSNSNdBNlg10lg10)(pKiSiNFNoSoN線性電路第四節(jié)第四節(jié) 噪聲系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)和噪聲溫度二噪聲溫度二噪聲溫度 將線性電路的內(nèi)部附加噪聲折算到輸入端將線性電路的內(nèi)部附加噪聲折算到輸入端, , 此附加噪聲可以用提高信號(hào)源內(nèi)

17、阻上的溫度此附加噪聲可以用提高信號(hào)源內(nèi)阻上的溫度來(lái)等效。來(lái)等效。BkTKNepaTNTTTBkTBkTNBkTNFeeeieF) 1(111第四節(jié)第四節(jié) 噪聲系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)和噪聲溫度三、噪聲系數(shù)的計(jì)算三、噪聲系數(shù)的計(jì)算 1 1、“額定功率額定功率”和和“額定功率增益額定功率增益”的概念。的概念。額定功率，又稱資用功率或可用功率，是額定功率，又稱資用功率或可用功率，是指信號(hào)源所能輸出的最大功率。指信號(hào)源所能輸出的最大功率。smismoPmPPK額定功率增益是指四端網(wǎng)絡(luò)的輸出額定功額定功率增益是指四端網(wǎng)絡(luò)的輸出額定功率和輸入額定功率之比，即率和輸入額定功率之比，即 : :第四節(jié)第四節(jié) 噪聲

18、系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)和噪聲溫度2 2、噪聲系數(shù)的計(jì)算、噪聲系數(shù)的計(jì)算miPmmomosmomismiFNKNNPNPN/ 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?所以：所以：kTBNmimnmiPmmoNNKNkTBKNkTBKNNPmmnPmmoF1等效到輸入端有：等效到輸入端有：kTBNNmoiF第四節(jié)第四節(jié) 噪聲系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)和噪聲溫度3 3、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)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)2pK1FN第一級(jí)第一級(jí)1pKkTB1N2FNoN第二級(jí)第二級(jí)21312111pmpmFpmFFFKKNKNNN第四節(jié)第四節(jié) 噪聲系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)和噪聲溫度4 4、靈敏度、靈敏度 靈敏度就是保持接收