高頻電子線路（第4版）課件 第1、2章 諧振回路、高頻小信號放大器

諧振回路電子信息科學與電氣信息類基礎(chǔ)課程高頻電子線路（第4版）第一章01高頻電路中的元器件高頻電路中的元件各種高頻電路基本上是由有源器件、無源元件和無源網(wǎng)絡組成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,但是注意它們在高頻使用時的高頻特性。高頻電路中的元件主要是電阻(器)、電容(器)和電感(器)它們都屬于無源的線性元件。高頻電纜，高頻接插件和高頻開關(guān)等由于比較簡單,這里不加討論。高頻電路中完成信號的放大,非線性變換等功能的有源器件主要是二極管，晶體管和集成電路。高頻電路中的元器件一個實際的電阻器,在低頻時主要表現(xiàn)為電阻特性,但在高頻使用時不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面，而且還表現(xiàn)有電抗特性的一面。電阻器的電抗特性反映的就是高頻特性。高頻電路中的元件高頻電路中的元器件一個電阻R的高頻等效電路如圖1.1.1所示。高頻電路中的元器件高頻電路中的元件電感線圈的高頻特性電感線圈在高頻頻段除表現(xiàn)出電感L的特性外,還具有一定的損耗電阻，和分布電容。在分析一般長、中、短波頻段電路時,通常忽略分布電容的影響。因而,電感線圈的等效電路可以表示為電感L和電阻r串聯(lián)。高頻電路中的元器件電阻，隨頻率的提高而增加,這主要是集膚效應的影響所謂集膚效應是指隨著工作頻率的提高，流過導線的交流電流向?qū)Ь€表面集中這一現(xiàn)象,可以參考圖1.1.3。高頻電路中的元器件電容器的高頻特征一個實際的電容器除表現(xiàn)電容特性外,也具有損耗電阻和引線電感。在分析一般米波以下頻段的諧振回路時，常常只考慮電容和損耗電阻。高頻電路中的元器件電容器的等效電路也有兩種形式,如圖1.1.5所示。高頻電路中的元器件半導體二極管在高頻中主要用于檢波、調(diào)制、解調(diào)及混頻等非線性變換電路中,工作在低電平。二極管在高頻中應用的晶體管仍然是雙極型晶體管和多種場效應管,這些管子比用于低頻的管子性能更好,在外形結(jié)構(gòu)方面也有所不同。晶體管與場效應管用于高頻的集成申路的類型和品種要比用于低頻的集成電路少得多，主要分為通用型和專用型兩種。集成電路高頻電路中的元器件高頻電路中的有源器件02簡單諧振回路諧振回路就是由電感和電容串聯(lián)或并聯(lián)形成的回路。只有一個回路的振蕩電路稱為簡單振蕩回路或單振蕩回路。簡單振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上具有最小或最大值的特性稱為諧振特性，這個特定頻率稱為諧振頻率。簡單振蕩回路具有諧振特性和頻率選擇作用。這是它在高頻電子線路中得到廣泛應用的重要原因。簡單諧振回路圖1.2.1(a)是最簡單的串聯(lián)回路。簡單諧振回路串聯(lián)諧振回路串聯(lián)振蕩回路的相位特性與其輻角特性相反。在諧振時回路中的電流、電壓關(guān)系如圖1.2.3所示。簡單諧振回路并聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路適用于電源內(nèi)阻為低內(nèi)陽(如恒壓源)的情況或低陽抗電路(如微波電路)。當頻率不是非常高時，并聯(lián)諧振回路應用最廣。簡單諧振回路并聯(lián)諧振回路是與串聯(lián)諧振回路對偶的電路[如圖1.2.4(a)所示]其等效電路,陽抗特性和輻角特性分別如圖1.2.4(b)(c)和(d)所示。簡單諧振回路信號源內(nèi)阻和負載電阻對并聯(lián)諧振回路的影響以上對并聯(lián)諧振回路的分析沒有考慮負載的影響。抽頭并聯(lián)振蕩回路在實際應用中常常用到激勵源或負載與回路電感或與電容部分連接的并聯(lián)振蕩回路，即抽頭并聯(lián)振蕩回路。簡單諧振回路圖1.2.7是幾種常用的抽頭振蕩回路。簡單諧振回路03濾波器在高頻電子線路中，除應用上述的單振蕩回路及糊合振蕩回路作為選頻網(wǎng)絡外,目前還廣泛應用各種濾波器。下面分別介紹LC集中選頻濾波器石英晶體諧振器、陶瓷波器和聲表面波濾波器的工作原理和特性。這類濾波器的優(yōu)點、應用范圍和具體電路在后面的有關(guān)章節(jié)中介紹。濾波器物理特性：石英晶體諧振器是由天然或人工生成的石英晶體切片制成的,石英晶體是SiO的結(jié)晶體在自然界中以六角錐體出現(xiàn)。它有三個對稱軸：ZZ軸（光軸），XX軸（電軸），YY軸（機械軸）。各種晶片就是按與各軸不同角度切割而成的。石英晶體諧振器濾波器圖1.3.3是石英晶體諧振器的等效電路。濾波器晶體諧振器與一般振蕩回路比較，有幾個明顯的特點:(1)晶體的參數(shù)Lq、Cq、C0由品體尺寸決定，由于晶體的物理特性,它們受外界因素(如溫度震動)影響小。(2)品體諧振器有非常高的品質(zhì)因數(shù)。(3)晶體諧振器的接入系數(shù)非常小，一般為10-3數(shù)量級甚至更小。(4)晶體在工作頻率附近電抗變化率大,有很高的并聯(lián)諧振電抗。濾波器晶體諧振器的應用晶體諧振器主要應用于振蕩器中振蕩器的振蕩頻率決定于振蕩回路的頻率。在許多應用中，要求振蕩頻率穩(wěn)定。將晶體諧振器用做振蕩器的振蕩回路,就可以得到穩(wěn)定的工作頻率。這些在以后正弦波振蕩器中將詳細研究。晶體振蕩器的另一種應用是用它做成高頻窄帶濾波器。濾波器陶瓷濾波器其此陶咨材料，如嘗用的鋯鈦酸鉛[Pb(ZrTi)O3]，經(jīng)直流高壓電場給以極化后可得到米們石英晶體中的壓電效應，這些陶瓷材料稱為壓電陶瓷材料。聲表面波濾波器近幾十年來，一種稱為聲表面波(SurfaceAcousticWave,SAW)濾波器得到了廣泛應用它是沿表面?zhèn)鞑サ臋C械振動波的彈性固體器件。濾波器集中濾波器與沿固體介質(zhì)內(nèi)部傳播的體聲波(BAW)比較，SAW有兩個顯著特點：一是能量密度高,其中約為90%的能量集中于密度等于一個波長的表面；傳播速度慢,約為縱波速度的45%，是橫波速度的90%，在奇數(shù)情下,SAW的傳播速度為(3000~5000)m/s。濾波器(4)帶內(nèi)插人衰減較大。聲表面波濾波器件有如下主要特性:(5)矩形系數(shù)可做到1.1~2。(1)工作頻率范圍寬,可以從幾兆赫茲到幾吉赫茲。(2)相對帶寬也比較寬。(3)便于器件微型化和片式化。濾波器普通的電阻器對電信號都有一定的衰減作用，利用電阻網(wǎng)絡可以制成衰減器(Attenuator)和具有一定衰減的匹配器組件在高頻電路中,器件的終端阻抗和線路的匹配阻抗通常有50Ω和75Ω兩種。衰減器與匹配器濾波器高頻衰減器利用高頻衰減器可以調(diào)整信號傳輸通道上的信號電平。高頻衰減器分為固定衰減器和高頻可變(調(diào))衰減器兩種。除了微波衰減器可以用其他形式構(gòu)成外,高頻衰減器通常都用電阻網(wǎng)絡、開關(guān)電路或PIN二極管實現(xiàn)。濾波器構(gòu)成高頻固定衰減器的電阻網(wǎng)絡的形式很多,如T形、π形、O形、L形、U形、橋T形等，其中選定的固定電阻的數(shù)值可由專門公式計算得到。將固定衰減器中的固定電阻轉(zhuǎn)換成可變電阻，或者用開關(guān)網(wǎng)絡就可以構(gòu)成可變衰減器,也可以用PIN二極管電路來實現(xiàn)可變衰減這種用外部電信號來控制衰減量大小的可變衰減器又稱為電調(diào)衰減器。電調(diào)衰減器被廣泛應用在功率控制、自動電平控制(ALC)或自動增益控制電路中。濾波器如果相連接的兩部分高頻電路阻抗匹配，則可以直接相連。但如果阻抗不匹配，就需要用高頻匹配器或阻抗變換器來連接。高頻電路中最常用的匹配器或阻抗變換器是50Ω~75Ω的變換器，通常有電阻衰減型和變壓器變換型兩種方式。高頻匹配器濾波器謝謝觀看高頻電子線路（第4版）電子信息科學與電氣信息類基礎(chǔ)課程高頻小信號放大器電子信息科學與電氣信息類基礎(chǔ)課程高頻電子線路（第4版）第二章01概述概述在通信系統(tǒng)中，收、發(fā)兩地一般相距甚遠，信號經(jīng)過信道傳輸，受到很大衰減，到達接收端的高頻信號電平多在微伏數(shù)量級。因此，必須先將微弱信號進行放大再解調(diào)。在多數(shù)情況下，信號不是單一頻率的，而是占有一定頻譜寬度的頻帶信號，將完成頻帶信號放大任務的電路稱為高頻小信號頻帶放大電路。另外，在同一信道中，可能同時存在許多偏離有用信號頻率的各種干擾信號，因此高頻小信號放大電路除有放大功能外，還必須具有選頻功能，高頻小信號選頻放大電路又可視為有源濾波器，它集放大、選頻于一體，其電路模型必然由有源放大器件和無源選頻網(wǎng)絡所組成。概述

中心頻率就是調(diào)諧放大電路的工作頻率，一般在幾百千赫到幾百兆赫茲。它是調(diào)諧放大器的主要指標，是根據(jù)設(shè)備的整體指標確定的。它是設(shè)計放大電路時選擇有源器件、計算諧振回路元件參數(shù)的依據(jù)。增益增益是表示放大電路對有用信號的放大能力。通常用在中心頻率上的電壓增益和功率增益兩種方法表示。概述通頻帶為保證頻帶信號無失真地通過放大電路，要求其增益頻率響應特性必須有與信號帶寬相適應的平坦寬度，放大電路電壓增益頻率響應特性由最大值下降3cB時，將對應頻率寬度作為放大器的通頻帶。

選擇性概述工作穩(wěn)定性工作穩(wěn)定性是指當放大電路的工作狀態(tài)，元件參數(shù)等發(fā)生可能的變化時，放大器的主要性能的穩(wěn)定程度。不穩(wěn)定現(xiàn)象表現(xiàn)在增益變化，中心頻率偏移、通頻帶變窄、諧振曲線變形等上。不穩(wěn)定狀態(tài)的極端情況是放大器自激振蕩，以致放大器完全不能工作。噪聲系數(shù)是用來描述放大器本身產(chǎn)生噪聲電平大小的一個參數(shù)，放大器本身產(chǎn)生噪聲電平的大小對所傳輸信號，特別是對微弱信號的影響是極其不利的。噪聲系數(shù)02晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)共發(fā)射極混合π型等效電路共發(fā)射極混合π型等效電路

在中頻時，一般認為三極管的共射電流放大系數(shù)盧是一個常數(shù)。但當頻率升高時，由于存在極間電容，因此三極管的電流放大作用將被削弱，所以電流放大系數(shù)是頻率的函數(shù)。共發(fā)射極混合π型等效電路

共發(fā)射極混合π型等效電路

共發(fā)射極混合π型等效電路

形式等效電路（網(wǎng)絡參數(shù)等效電路）03諧振放大器單級單調(diào)諧放大電路單級單調(diào)諧放大器是由晶體管和并聯(lián)諧振回路組成的。圖2.3.1是一個典型的單回路諧振放大電路。這種級聯(lián)電路有時可多達5～6級。由于圖2.3.1多級電路中各級的形式相同，因此，可以只分析其中一級的特性，其后利用級聯(lián)的方法研究其多級總特性。單級單調(diào)諧放大電路

單級單調(diào)諧放大電路

放大器的通頻帶顯然，上述最大功率增益是指在給定頻率下對放大器放大能力的極限。實際上，這個極限不易達到，對于小信號放大器來說，每一級增益太高也會造成工作的不穩(wěn)定，電路的調(diào)整也很麻煩。單級單調(diào)諧放大電路放大器的選擇性此結(jié)果表明，單調(diào)諧放大器的矩形系數(shù)遠大于1，也就是說，它的諧振曲線和矩形相差甚遠，選擇性差。這是單諧振放大器的一大缺點?！啊倍嗉墕握{(diào)諧回路諧振放大器多級單調(diào)諧回路諧振放大器04寬頻帶放大器單級差分寬頻帶放大器上限截止頻率差分電壓增益增益帶寬積展寬放大器頻帶的方法組合電路法共射電路的電流增益和電壓增益都較大，是放大器最常用的一種組態(tài)。但它的上限截止頻率較低，從而使帶寬受到限制，這主要是由于密勒效應的緣故。

展寬放大器頻帶的方法組合電路法展寬放大器頻帶的方法負反饋法調(diào)節(jié)負反饋電路中的某些元件參數(shù)，可以改變反饋深度，從而調(diào)節(jié)負反饋放大器的增益和頻帶寬度.如果以犧牲增益為代價，可以擴展放大器的頻帶，其類型可以是單級負反饋，也可以是多級負反饋。集成電路諧振放大器及其典型應用由于晶體管工藝和集成技術(shù)的發(fā)展，已能在一塊小基片上刻制很多晶體二極管、三極管和電阻元件，因此，集成電路允許采用較為復雜且晶體管數(shù)量較多的放大電路。鑒于集成電路中電容器的容量不能做得太大，耐壓也不高，一般盡量少用含有電容元件的電路。例如，極間耦合最好不用電容耦合，而盡量采用直接耦合。這樣具有較高抗零點漂移能力的差分放大器就成了集成電路理想的放大電路。集成電路諧振放大器及其典型應用為了使差分放大器抗零點漂移的能力進一步提高，可在發(fā)射極電路中接入一阻值較大的電阻Re，利用Re的負反饋作用，提高差分放大器的抗零點漂移的能力，但Re過大，占用基片的面積較大(例如，一個1kΩ的電阻所占的面積等于晶體管所占面積的兩倍)，所以，在電路中也應避免采用阻值較大的電阻.此外，還