第二章 高頻電路基礎(chǔ)

1、第二章 高頻電路基礎(chǔ) 高頻電路中的元器件 高頻電路中的基本電路 電子噪聲及其特性 噪聲系數(shù)和噪聲溫度第一節(jié) 高頻電路中的元器件線性（無(wú)源元件）：電感線圈、電容器和電阻器，構(gòu)成振蕩回路和濾波器等線性電路非線性（有源器件）：二極管、晶體管和集成電路元器件非線性器件線性應(yīng)用：小信號(hào)放大器非線性應(yīng)用：大功率放大器、振蕩器、調(diào)制、解調(diào)一、高頻電路中的元件1.高頻電阻（1）常用的電阻：金屬膜電阻、碳膜電阻、線繞電阻（2）主要參數(shù)：電阻值、額定功率和穩(wěn)定性 電阻值：高頻時(shí)電阻值將增加； 額定功率：在正常工作狀態(tài)下電阻器容許消耗的功率； 穩(wěn)定性：電阻器的工作條件變化時(shí)（eg.溫度升高或降低），其電阻值的變換應(yīng)

2、在容許的范圍內(nèi)。金屬膜電阻線繞電阻碳膜電阻貼片電阻（3）電阻的高頻特性LRCRR 圖 2-1 電阻的高頻等效電路 電抗特性分布電容引線電感：頻率越高，感抗越大一個(gè)電阻R的高頻等效電路如圖2-1所示, 其中, CR為分布電容, LR為引線電感, R為電阻。2.高頻電容（1）主要參數(shù)：電容量、工作電壓、損耗角、品質(zhì)因數(shù)、SRF 在高頻電子線路中所用的電容器的電容量從幾個(gè)皮法到幾百微法。 工作電壓：在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)工作（eg.10000小時(shí)以上），電容兩端可以承受的最大電壓。 損耗角 ：電流超前電壓的相角與90之間的差值，決定電容器品質(zhì)的 優(yōu)劣。理想 =？ 品質(zhì)因數(shù)QC ： 理想QC = ?1CQtg(

3、2) 高頻特性 由介質(zhì)隔開(kāi)的兩導(dǎo)體即構(gòu)成電容。 一個(gè)電容器的等效電路如圖2-2（a）所示。 理想電容器的阻抗1/(jC), 如圖2-2（b）虛線所示, 其中, f為工作頻率, =2f。 圖2 2 電容器的高頻等效電路 (a) 電容器的等效電路; （b） 電容器的阻抗特性 LCRCC(a)阻抗頻率 f(b)0f SRF,感性3 高頻電感（1） 主要參數(shù)：電感量、分布電容、損耗、品質(zhì)因數(shù)、SRF損耗：主要指交流電阻，用品質(zhì)因數(shù)Q表征;品質(zhì)因數(shù)Q：高頻電感的感抗與其串聯(lián)的損耗電阻之比。隨頻率的升高而下降。（2）高頻特性：LLQRf SRF,容性阻抗與相角阻抗相角頻率 fSRF0 圖 2-3 高頻電感

4、器的自身諧振頻率SRF 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.選頻的基本概念選頻的基本概念 所謂選頻就是選出需要的頻率分量并且濾除所謂選頻就是選出需要的頻率分量并且濾除不需要的頻率分量不需要的頻率分量。2.2.選頻網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)選頻網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)選頻網(wǎng)絡(luò)在本課程選頻網(wǎng)絡(luò)在本課程的用途的用途 前端選擇性電路前端選擇性電路 高頻小信號(hào)放大器負(fù)載高頻小信號(hào)放大器負(fù)載 中頻放大器負(fù)載中頻放大器負(fù)載 高頻功率放大器負(fù)載高頻功率放大器負(fù)載 混頻器負(fù)載混頻器負(fù)載 正弦波振蕩器回路正弦波振蕩器回路 調(diào)制電路負(fù)載調(diào)制電路負(fù)載一、高頻振蕩回路一、高頻振蕩回路1.1.簡(jiǎn)單振蕩回路簡(jiǎn)單振蕩回路 概述概

5、述 諧振及諧振條件諧振及諧振條件 諧振特性諧振特性 能量關(guān)系能量關(guān)系 諧振曲線和通頻帶諧振曲線和通頻帶 信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載對(duì)串聯(lián)諧振回路的影響信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載對(duì)串聯(lián)諧振回路的影響串聯(lián)振蕩回路并聯(lián)振蕩回路 由電感線圈和電容器組成的由電感線圈和電容器組成的單個(gè)振蕩電路，稱(chēng)為簡(jiǎn)單振蕩回單個(gè)振蕩電路，稱(chēng)為簡(jiǎn)單振蕩回路。信號(hào)源與電容和電感串接，路。信號(hào)源與電容和電感串接，就構(gòu)成串聯(lián)振蕩回路。就構(gòu)成串聯(lián)振蕩回路。串聯(lián)振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上具有最串聯(lián)振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上具有最小值，而偏離這個(gè)特定頻率的時(shí)候阻抗將迅速小值，而偏離這個(gè)特定頻率的時(shí)候阻抗將迅速增大。單振蕩回路的這種特性稱(chēng)為諧振特性

6、，增大。單振蕩回路的這種特性稱(chēng)為諧振特性，這個(gè)特定頻率就叫做諧振頻率。這個(gè)特定頻率就叫做諧振頻率。諧振回路具有選頻和濾波作用。諧振回路具有選頻和濾波作用。串聯(lián)振蕩回路串聯(lián)振蕩回路概述概述串聯(lián)振蕩回路串聯(lián)振蕩回路諧振及諧振條件諧振及諧振條件1. 1. 阻抗阻抗 jeZCLjRjXRZ|)1(2222)1(|CLRXRZRCLarctgRXarctg1LC21fLC10C1LX0X0000令RvIIs0當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)0達(dá)到最大達(dá)到最大 當(dāng)當(dāng) 0 0時(shí)時(shí),|Z| R,|Z| R， 0 0 ， X X 0 0 呈感性，電流滯后電壓，呈感性，電流滯后電壓， 0 0 0 0 ， X X 0 0 呈容性，電流超

7、前電壓，呈容性，電流超前電壓， 0 Q2 Q Q值不同即損耗值不同即損耗R R不同時(shí)，對(duì)曲線有很大影響，不同時(shí)，對(duì)曲線有很大影響，Q Q值大曲線尖銳，選擇性好，值大曲線尖銳，選擇性好，Q Q值小曲線鈍，通帶寬。值小曲線鈍，通帶寬。 N(f ) (f) 0 (f0) Q1 Q2 Q1 Q2 N(f )= 1 2 21通頻帶通頻帶定義定義: :回路外加電壓的幅值不變時(shí)，改變頻率，回路電流回路外加電壓的幅值不變時(shí)，改變頻率，回路電流I I下降下降到到I Io o 的的 時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱(chēng)為諧振回路的通頻帶時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱(chēng)為諧振回路的通頻帶, ,用用B B表示表示: : 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) 而而 所以所

8、以也可用線頻率也可用線頻率f0表示，即表示，即 1270127022fffBB.或21112oII1o2QQ0702QffB.07022120II 通常把沒(méi)有接入信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻時(shí)回路本身的通常把沒(méi)有接入信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻時(shí)回路本身的Q值叫做無(wú)載值叫做無(wú)載Q（空載（空載Q值）值）如式如式 串聯(lián)振蕩回路串聯(lián)振蕩回路信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載對(duì)串聯(lián)諧信號(hào)源內(nèi)阻及負(fù)載對(duì)串聯(lián)諧振回路的影響振回路的影響LS0LRRRLQooQRLQ Rs + C RL L R 其中其中R R為回路本身的損耗，為回路本身的損耗，R RS S為信號(hào)源內(nèi)阻，為信號(hào)源內(nèi)阻，R RL L為負(fù)載為負(fù)載通常把接有信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻時(shí)回

9、路的通常把接有信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻時(shí)回路的Q Q值叫做值叫做有載有載Q QL,L, 如式如式結(jié)論：結(jié)論： 串聯(lián)諧振回路通常適用于信號(hào)源內(nèi)阻串聯(lián)諧振回路通常適用于信號(hào)源內(nèi)阻Rs很小很小 ( (恒壓源）和負(fù)載電阻恒壓源）和負(fù)載電阻RL也不大的情況。也不大的情況。為為空空載載時(shí)時(shí)的的品品質(zhì)質(zhì)因因數(shù)數(shù)為為有有載載時(shí)時(shí)的的品品質(zhì)質(zhì)因因數(shù)數(shù) QQQQLL可見(jiàn)ooQRLQLS0LRRRLQ并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路 概述概述 諧振條件諧振條件 諧振特性諧振特性 諧振曲線、相頻特性和通頻帶諧振曲線、相頻特性和通頻帶 信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻對(duì)并聯(lián)諧振回路信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻對(duì)并聯(lián)諧振回路的影響的影響 對(duì)于信號(hào)源內(nèi)阻

10、和負(fù)載比較大的情況，宜采用并聯(lián)對(duì)于信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載比較大的情況，宜采用并聯(lián)諧振回路。諧振回路。 結(jié)構(gòu)：電感線圈結(jié)構(gòu)：電感線圈L L、電容、電容C C、外加信號(hào)源相互并聯(lián)的、外加信號(hào)源相互并聯(lián)的 振蕩回路。振蕩回路。其中由于外加信號(hào)源內(nèi)阻很大，為了其中由于外加信號(hào)源內(nèi)阻很大，為了 分析方便，采用恒流源。分析方便，采用恒流源。 Is C L Is C L + R Vo GRp1 并聯(lián)振蕩回路并聯(lián)振蕩回路概述概述CLjRCjLjRCjLjRCjLjRz11)(11)(LCjLRCCLjRCLz111 1.1. 回路阻抗回路阻抗由圖可知，并聯(lián)諧振回路的阻抗為jBGLCjLCRY1：變變換換成成導(dǎo)導(dǎo)納納

11、形形式式為為電電納納為為電電導(dǎo)導(dǎo)其其中中LcBLCRG1，：一般 L R Is C L + R Vo 諧振時(shí)的阻抗特性：諧振時(shí)的阻抗特性：且且阻阻抗抗為為最最大大值值阻阻，并并聯(lián)聯(lián)諧諧振振時(shí)時(shí)，呈呈現(xiàn)現(xiàn)純純電電呈呈現(xiàn)現(xiàn)容容性性,p呈呈現(xiàn)現(xiàn)感感性性,p因此回路諧振時(shí)：因此回路諧振時(shí)：為諧振電阻為諧振電阻為諧振電導(dǎo)為諧振電導(dǎo)其中其中RCLRLRCGPP：同同相相相相應(yīng)應(yīng)達(dá)達(dá)到到最最大大值值且且與與電電壓壓為為最最小小值值回回路路導(dǎo)導(dǎo)納納電電納納SPSPIGIVGYB/00。，并聯(lián)振蕩回路并聯(lián)振蕩回路諧振條件諧振條件LCjLRCCLjRCLz111。與，同同相相時(shí)時(shí)SSpIVICRLRIVBS 壓

12、回路端 電0諧振條件諧振條件: :CR1RLj1LRj1CRLC1LjRCj1LjRZ若若 不成立不成立RL 諧振時(shí)諧振時(shí)Z Z為實(shí)數(shù)為實(shí)數(shù), ,故故22ppppLRLC1RC1RLLRLCfLCLCBpp21,110pp2.2.諧振頻率諧振頻率f f0 0 Is C L GRp1 jBGLCjLCRY13.3.品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù) 諧振時(shí)電感支路或者電容支路的電流幅值為外加電流源諧振時(shí)電感支路或者電容支路的電流幅值為外加電流源I IS S的的 QP倍。因此，倍。因此，并聯(lián)諧振又稱(chēng)為電流諧振。并聯(lián)諧振又稱(chēng)為電流諧振。SPPPSppSpppCPIjQCQICjRICjVCjCjVI1100SPPPP

13、SPPLPIjQLjLQILjVLjRVI00)( 一般一般Q為幾十到幾百，因此信號(hào)源的電流不是很大，而支路內(nèi)的電流卻是很大。為幾十到幾百，因此信號(hào)源的電流不是很大，而支路內(nèi)的電流卻是很大。數(shù)數(shù)為并聯(lián)振蕩回路品質(zhì)因?yàn)椴⒙?lián)振蕩回路品質(zhì)因定義定義pppQRCRL1：CLRCLRRLLCRLQpp，為諧振電路的特性阻抗為諧振電路的特性阻抗,11LCRRCRLRRLQPppppppp為諧振電阻為諧振電阻RCLRP4.4.廣義失諧廣義失諧 表示回路失諧大小的量表示回路失諧大小的量)(21oooo失失諧諧不不大大時(shí)時(shí)諧諧振振時(shí)時(shí)的的電電導(dǎo)導(dǎo)失失諧諧時(shí)時(shí)的的電電納納QGCGLCGB 1 . 諧振曲線諧振曲線

14、 串聯(lián)回路用電流比來(lái)表示，并聯(lián)回路用電壓比來(lái)表示。串聯(lián)回路用電流比來(lái)表示，并聯(lián)回路用電壓比來(lái)表示。 回路端電壓回路端電壓 諧振時(shí)回路端電壓諧振時(shí)回路端電壓 由此可作出諧振曲線由此可作出諧振曲線 LCjGIYIZI1Psss vPspso/GIRIvjjQLCjGGYGGIYIfN11111/)(pppppppssovv并聯(lián)振蕩回路并聯(lián)振蕩回路諧振曲線、相頻特性和通頻帶諧振曲線、相頻特性和通頻帶)(RLQpp在小失諧時(shí)：在小失諧時(shí)：PPPQPppPQpP2Q20211PPQVV結(jié)論：結(jié)論：為為純純阻阻性性為為最最大大時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)010:)10，VVp， 減減小小時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)VVVp10:)20Q1 Q2

15、 Q2 p N(f)= Q1Q2 0VV， 減減小小時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)VVVp10:)30oppppo21111jQjQvvppppparctgarctg2arctgQQv相角：相角：2. 相頻特性相頻特性ppvQ2arctan u, z p 串聯(lián)電路里串聯(lián)電路里 是指回路電流是指回路電流與信號(hào)源電壓與信號(hào)源電壓 的相角差。而并的相角差。而并聯(lián)電路是聯(lián)電路是 是指回路端電壓對(duì)信號(hào)源電流是指回路端電壓對(duì)信號(hào)源電流I Is s的相角差。的相角差。 = = p p 時(shí)時(shí) = 0 = 0 回路呈純阻回路呈純阻 p p 時(shí)時(shí) 0 0 回路呈回路呈容性容性 0 0 回路呈回路呈感性感性 jjjoeezeIZImsm

16、s0vv相頻曲線如圖所示相頻曲線如圖所示sv f 0 1 2 N(f) Vom 當(dāng)回路端電壓下降到最大值的當(dāng)回路端電壓下降到最大值的 時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍 即即 通頻帶通頻帶 2110027 . 07 . 0122BpoQfB 211111200vvvvj12o7 . 0pffQBQffp07 . 023 . 通頻帶通頻帶mV021同同相相變變化化。與與LSLRRQ、性性。較較高高而而獲獲得得較較好好的的選選擇擇以以使使也也較較大大的的情情況況, ,很很大大，負(fù)負(fù)載載電電阻阻內(nèi)內(nèi)阻阻并并聯(lián)聯(lián)諧諧振振適適用用于于信信號(hào)號(hào)源源L LL LS SQ QR RR R C L Rs Rp

17、 RL 并聯(lián)振蕩回路并聯(lián)振蕩回路信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻對(duì)并聯(lián)信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻對(duì)并聯(lián)諧振回路的影響諧振回路的影響sILRRLQpppppLpsppLsppL111QGGGGLG)GGG(LQ值為此時(shí)有載Lpsppppppp11RRRRQQGCLGQL故 例例 2-1 設(shè)一放大器以簡(jiǎn)單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載, 信號(hào)中心頻率fs=10MHz, 回路電容C=50 pF, (1) 試計(jì)算所需的線圈電感值。 (2) 若線圈品質(zhì)因數(shù)為Q=100, 試計(jì)算回路諧振電阻及回路帶寬。 (3) 若放大器所需的帶寬B=0.5 MHz, 則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿(mǎn)足放大器所需帶寬要求? 解解 (1) 計(jì)算L值。 由式

18、(2 2), 可得CfL20220)2(11將f0以兆赫茲(MHz)為單位, 以皮法(pF)為單位, L以微亨（H）為單位， 上式可變?yōu)橐粚?shí)用計(jì)算公式:CfCfL20620225330101)21( 將f0=fs=10 MHz代入, 得uL07. 5 (2) 回路諧振電阻和帶寬。由式(2 12)kLQR8 .311018. 31007. 510210046700回路帶寬為 kHzQfB1000 (3) 求滿(mǎn)足0.5 MHz帶寬的并聯(lián)電阻。 設(shè)回路上并聯(lián)電阻為R1, 并聯(lián)后的總電阻為R1R0, 總的回路有載品質(zhì)因數(shù)為QL。 由帶寬公式, 有200LLQBfQ此時(shí)要求的帶寬B=0.5 MHz, 故

19、回路總電阻為kRRRkLQRRRR97. 737. 637. 637. 61007. 5102200016701010 需要在回路上并聯(lián)7.97 k的電阻。 例例1 1：有一并聯(lián)諧振回路如圖，并聯(lián)回路的無(wú)載：有一并聯(lián)諧振回路如圖，并聯(lián)回路的無(wú)載Q Q值值 Q Qp p = 80 = 80，諧振電阻，諧振電阻 R Rp p = 25k = 25k ，諧振頻率，諧振頻率f fo o = 30MHz= 30MHz， 信號(hào)源電流幅度信號(hào)源電流幅度 I Is s = 0.1mA = 0.1mA(1)(1)若信號(hào)源內(nèi)阻若信號(hào)源內(nèi)阻R Rs s = 10k = 10k ，當(dāng)負(fù)載電阻，當(dāng)負(fù)載電阻R RL L不

20、接時(shí)，不接時(shí)，問(wèn)通頻帶問(wèn)通頻帶B B和諧振時(shí)輸出電壓幅度和諧振時(shí)輸出電壓幅度V Vo o是多少？是多少？(2) (2) 若若R Rs s = 6k = 6k ，R RL L = 2k = 2k ，求此時(shí)的通頻帶，求此時(shí)的通頻帶B B和和V Vo o 是多少？是多少？IsCLRsRpRL解解：(1) Rs = 10k ，V720k25102510mA10pspsso.RRRRIv而2310251801spoLRRQQMHz3 . 12330LoQfB(2) K2K6LsRR V14021612511101111cspso.RRRIV5 . 42256251801LpspoLRRkRQQMHz7

21、. 65 . 430LoQfB故并聯(lián)電阻愈小，即故并聯(lián)電阻愈小，即Q QL L越低，通帶愈寬。越低，通帶愈寬。c1zjezjBGLCjLCRzY11LCf,LC211ooLCf,LC211ppCLRRRRLQ11ooLCRRLRRLQPpppppooooooQRLRC1LRX)(失諧時(shí)的抗oopoopQGCGL1C(G(B諧振時(shí)的電導(dǎo))失諧時(shí)的電納) N(f ) (f) 0 (f0) Q1 Q2 Q1 Q2 N(f)= 0II 1 2 21 1 2 N(f ) (f) 0 (f0) Q1 Q2 Q1 Q2 N(f)= 0VV 1 2 21 1 2 007.0Qff2BQffpp7 . 02 i

22、 0 2 2 Q1 Q2 n 0 2 2 Q1 Q2 LsoLRRRLQLpspp1RRRRQQL 串聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路阻抗或?qū)Ъ{ 諧振頻率 品質(zhì)因數(shù)Q 通頻帶B=相頻特性曲線 失諧時(shí)阻抗特性 0，x 0 回路呈感性 0，xp，B 0 回路呈容性 p，B0 回路呈感性 諧振電阻最小 = R最大有載Q值z(mì) = R + jx = R+j (L- ) = 廣義失諧系數(shù)：諧振曲線： sV R + C L I Is C L Is C L + R Vo GRp1 RCLRp0202202)(RpRUURRURUUUpTTT接入系數(shù)接入系數(shù)P P 即為抽頭點(diǎn)電壓與端電壓的比即為抽頭點(diǎn)電壓與端電壓的比根據(jù)

23、能量等效原則：根據(jù)能量等效原則：由于由于 , ,因此因此P P是小于是小于1 1的正數(shù)，即的正數(shù)，即 R 1噪聲系數(shù)的定義噪聲系數(shù)的定義dBNSNSNNoiFF)/()/(lg10lg10線性電路KPNFSiNiSoNoooiioiFNSNSNSNSN/)/()/(噪聲系數(shù)用dB表示：理想無(wú)噪系統(tǒng)的噪聲系數(shù)為0dB 已知噪聲功率是與帶寬B相聯(lián)系的。 噪聲系數(shù)與輸入信號(hào)大小無(wú)關(guān)。定義：Ni為信號(hào)源內(nèi)阻Rs的最大輸出功率，為kTB 噪聲系數(shù)的大小與四端網(wǎng)絡(luò)輸出端的匹配情況無(wú)關(guān) 噪聲系數(shù)的定義只適用于線性或準(zhǔn)線性電路 信噪比與負(fù)載的關(guān)系信噪比與負(fù)載的關(guān)系 設(shè)信號(hào)源內(nèi)阻為設(shè)信號(hào)源內(nèi)阻為RS，信號(hào)源的電

24、壓為，信號(hào)源的電壓為US（有效值），當(dāng)（有效值），當(dāng)它與負(fù)載電阻它與負(fù)載電阻RL相接時(shí)，在負(fù)載電阻相接時(shí)，在負(fù)載電阻RL上的信噪比計(jì)上的信噪比計(jì) 算如算如下：下：LLssoRRRUP2信號(hào)源內(nèi)阻噪聲在信號(hào)源內(nèi)阻噪聲在RL上的功率上的功率 在負(fù)載兩端的信噪比結(jié)論：在負(fù)載兩端的信噪比結(jié)論： 信號(hào)源與任何負(fù)載相接本不信號(hào)源與任何負(fù)載相接本不影響其輸入端信噪比，即無(wú)論負(fù)載為何值，其信噪比都不影響其輸入端信噪比，即無(wú)論負(fù)載為何值，其信噪比都不變，其值為負(fù)載開(kāi)路時(shí)的信號(hào)電壓平方與噪聲電壓均方值變，其值為負(fù)載開(kāi)路時(shí)的信號(hào)電壓平方與噪聲電壓均方值之比。之比。 LLsnnoRRRUP22)(在負(fù)載兩端的信噪比在

25、負(fù)載兩端的信噪比22nsnoooUUPPNS信號(hào)源在信號(hào)源在RL上的功率上的功率1.1.用額定功率和額定功率增益表示的噪聲系數(shù)用額定功率和額定功率增益表示的噪聲系數(shù)放大器輸入信號(hào)源電路如圖所示。放大器輸入信號(hào)源電路如圖所示。 任何信號(hào)源加上負(fù)載后，任何信號(hào)源加上負(fù)載后，其信噪比與負(fù)載大小無(wú)關(guān)其信噪比與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，信噪比均為信號(hào)均方電壓（或，信噪比均為信號(hào)均方電壓（或電流）與噪聲均方電壓（或電流）之比。電流）與噪聲均方電壓（或電流）之比。放大器的噪聲系數(shù)放大器的噪聲系數(shù)NF為為mipmmomosmomismiFNKNNPNPN/ 輸出端額定功率信噪比輸入端額定功率信噪比 Psmi和和Psmo分

26、別為放大器的輸入和輸出額定信號(hào)功率，分別為放大器的輸入和輸出額定信號(hào)功率，Nmi和和Nmo分別為放大器的輸入和輸出額定噪聲功率，分別為放大器的輸入和輸出額定噪聲功率，Kpm為為放大器的額定功率增益。放大器的額定功率增益。以額定功率表示的噪聲系數(shù)以額定功率表示的噪聲系數(shù)二二. .、 噪聲系數(shù)的計(jì)算噪聲系數(shù)的計(jì)算 額定功率, 又稱(chēng)資用功率或可用功率, 是指信號(hào)源所能輸出的最大功率, 它是一個(gè)度量信號(hào)源容量大小的參數(shù), 是信號(hào)源的一個(gè)屬性, 它只取決于信號(hào)源本身的參數(shù)內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì), 與輸入電阻和負(fù)載無(wú)關(guān), 如圖所示。 SSaiSSaiRIPREP22414 RSESRL RSISRSRL RS(a)

27、(b)（a） 電壓源; （b） 電流源 放大器的噪聲系數(shù)放大器的噪聲系數(shù)NF為為mipmmomosmomismiFNKNNPNPN/ 輸出端額定功率信噪比輸入端額定功率信噪比 對(duì)于無(wú)源二端口網(wǎng)絡(luò)，輸出端匹配時(shí)，輸出的額定噪聲功率Nmo= kTB, 所以噪聲系數(shù):因?yàn)镹mi= kTB, LKkTBKkTBpmpm1kTBKNNKNNpmmomipmmoF抽頭回路的噪聲系數(shù) 將信號(hào)源電導(dǎo)等效到回路兩端, 為p2gS, 等效到回路兩端的信號(hào)源電流為pIS, 輸出端匹配時(shí)信號(hào)源的最大輸出功率，即二端網(wǎng)絡(luò)輸出端最大功率為：)(4222SSsmogpgIpP 輸入端信號(hào)源的最大輸出功率輸入端信號(hào)源的最大輸

28、出功率,即二端網(wǎng)絡(luò)最大輸入功率為即二端網(wǎng)絡(luò)最大輸入功率為 ： 因此因此, 網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)為網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)為SSSSssssmosmipmFgpggpgpgggIpgIPPKN2222221)(441pISGSLCGSSsmigIP42例例1 求如圖所示虛線所含網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)。方法一：額定功率增益法SSSERRRRU313 31/)(RRRRS 31312313244RRRRRRERRRRRUPSSSSSsmo SSsmiREP42 US 313123132441RRRRRRERRRRREPPGNSSSSSSsmosmipaF )(3131RRRRRRRSSS 331213122RRRRRRRRR

29、RSSSS 3211)(1RRRRRRSSS 方法二：開(kāi)路電壓法（戴維南定理）UnnipanaFPGPN 1 LSLniSLniiRERRRRRERRRRRUNni2231323132 31 naRanRanPPP 而：而：LSLnRSLnnaRRERRRRRERRRRRUPnR22313213132111 LSSLnRSSLnnaRRERRRRRRERRRRRRUPnR22311233112333 LSLSSLSnipanaFRERRRRRERRRRRRERRRRPGPNninRnR2231322311223133111 SSRRRRRRR23321123)(1 SSSRRRRRR3211)

30、(1 根據(jù)定義, 級(jí)聯(lián)后總的噪聲系數(shù)為2. 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) 式中, No為總輸出額定噪聲功率, 它由三部分組成: 經(jīng)兩級(jí)放大的輸入信號(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)部的附加噪聲; 第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的附加噪聲, 即mipmomosmomismiNKNNPNP/ 輸出端額定功率信噪比輸出端額定功率信噪比輸入端額定功率信噪比輸入端額定功率信噪比 FN第一級(jí)NF1KPm1kTBN1第二級(jí)NF2KPm2No212aapmpmoNNKkTBKN 按噪聲系數(shù)的表達(dá)式, Na1和Na2可分別表示為kTBKNNkTBKNNpmFapmFa222111) 1() 1( 則 kTBKN

31、NKkTBNKkTBNKKkTBKNpmFFpmFpmFpmpmpmo) 1() 1() 1(22122121將上式代入式（2 76）, 得 1211PmFFFKNNN(2 77) 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)的公式為 21312111PmPmFPmFFFKKNKNNN(2 78) 從式(2 78)可以看出, 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的額定功率增益遠(yuǎn)大于1時(shí), 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)。 越是后面的網(wǎng)絡(luò), 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。 因此, 對(duì)第一級(jí)來(lái)說(shuō), 不但希望噪聲系數(shù)小, 也希望增益大, 以便減小后級(jí)

32、噪聲的影響。 例2-3 下圖是一接收機(jī)的前端電路, 高頻放大器和場(chǎng)效應(yīng)管混頻器的噪聲系數(shù)和功率增益如圖所示。 試求前端電路的噪聲系數(shù)(設(shè)本振產(chǎn)生的噪聲忽略不計(jì))。 高頻放大器NF13 dBKP1(dB)10 dBFET混頻器NF26.5 dBKP2(dB)9 dB本地振蕩器至中放 解解 將圖中的噪聲系數(shù)和增益化為倍數(shù), 有47. 41094. 710210101065. 029 . 023 . 0111FPFPKKKK因此, 前端電路的噪聲系數(shù)為 )7 . 3(35. 235. 021121dBKNNNPFFF3 3 噪聲系數(shù)與靈敏度噪聲系數(shù)與靈敏度 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)是用來(lái)衡量部件是用來(lái)衡量部

33、件(如放大器如放大器)和系統(tǒng)和系統(tǒng)(如接收機(jī)如接收機(jī))噪聲性能的。噪聲性能的。 而噪聲性能的好壞，又決定了輸出端的信號(hào)而噪聲性能的好壞，又決定了輸出端的信號(hào)噪聲功率比噪聲功率比(當(dāng)信號(hào)一定時(shí)當(dāng)信號(hào)一定時(shí))。 同時(shí)，當(dāng)要求一定的輸出信同時(shí)，當(dāng)要求一定的輸出信噪比時(shí)，它又決定了輸入端必需的信號(hào)功率，也就是說(shuō)決噪比時(shí)，它又決定了輸入端必需的信號(hào)功率，也就是說(shuō)決定放大或接收微弱信號(hào)的能力。定放大或接收微弱信號(hào)的能力。 對(duì)于接收機(jī)來(lái)說(shuō)，接收微弱信號(hào)的能力，可以用一重對(duì)于接收機(jī)來(lái)說(shuō)，接收微弱信號(hào)的能力，可以用一重要指標(biāo)要指標(biāo)靈敏度來(lái)衡量。靈敏度來(lái)衡量。 所謂所謂靈敏度靈敏度就是保持接收機(jī)輸就是保持接收機(jī)輸

34、出端信噪比一定時(shí)，接收機(jī)輸入的最小電壓或功率出端信噪比一定時(shí)，接收機(jī)輸入的最小電壓或功率(設(shè)接收設(shè)接收機(jī)有足夠的增益機(jī)有足夠的增益)。 例3 某電視接收機(jī)，正常接受時(shí)所需的最小信噪比為20dB，電視接收機(jī)的帶寬為6MHz，接收機(jī)的前端噪聲系數(shù)為10，若信號(hào)源內(nèi)阻為75，問(wèn)接收機(jī)前端輸入的信號(hào)靈敏度應(yīng)多大？解：一般接收機(jī)前端增益有1020dB，所以前端的噪聲系數(shù)為接收機(jī)噪聲系數(shù)10。據(jù)噪聲系數(shù)的定義，可得：1000101020NSNNSFi在多級(jí)網(wǎng)絡(luò)級(jí)連中，信號(hào)的通頻帶近似等于噪聲帶寬，則輸入的額定噪聲功率為：kTBNi則，要求輸入的信號(hào)功率為：pWkTBNNSNSiFi8 .231062901

35、037. 1100010006230而，功率匹配時(shí)：SSiREP42VRPESSiS5 .8475108 .2344 12討論：提高靈敏度的方法降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)；降低接收機(jī)前端設(shè)備的溫度T靈敏度（用功率表示）也可表示為：)dB(N)dBMHz(Blg)dB()dBm(PFminSi10114四、 噪聲溫度 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)阻上的溫度來(lái)等效, 這就是“噪聲溫度”。設(shè) 等效到輸入端的附加噪聲為Na/KP, 令增加的溫度為T(mén)e, 即噪聲溫度, 可得BkTKNeaa 這樣, TNTTTkTBBkTPBkTNFeeenieF)1(111 )1(21

36、213121 npmpmpmenpmpmepmeeeKKKTKKTKTTT多級(jí)放大器的等效噪聲溫度為：多級(jí)放大器的等效噪聲溫度為： 降低噪聲系數(shù)的措施降低噪聲系數(shù)的措施 根據(jù)上面所討論的結(jié)果，有根據(jù)上面所討論的結(jié)果，有3種經(jīng)常采用的減小噪聲系數(shù)種經(jīng)常采用的減小噪聲系數(shù)的措施。的措施。1. 選用低噪聲器件和元件選用低噪聲器件和元件2. 正確選擇晶體管放大級(jí)的直流工作點(diǎn)正確選擇晶體管放大級(jí)的直流工作點(diǎn)3. 選擇合適的信號(hào)源內(nèi)阻選擇合適的信號(hào)源內(nèi)阻 本節(jié)討論的內(nèi)容是學(xué)習(xí)通信電子線路的重要基礎(chǔ)。本節(jié)討論的內(nèi)容是學(xué)習(xí)通信電子線路的重要基礎(chǔ)。 1. 各種形式的選頻網(wǎng)絡(luò)在通信電子線路中得到廣各種形式的選頻網(wǎng)

37、絡(luò)在通信電子線路中得到廣泛的應(yīng)用。它能選出我們需要的頻率分量和濾除不泛的應(yīng)用。它能選出我們需要的頻率分量和濾除不需要的頻率分量，因此掌握各種選頻網(wǎng)絡(luò)的特性及需要的頻率分量，因此掌握各種選頻網(wǎng)絡(luò)的特性及分析方法是很重要的。分析方法是很重要的。 2. 選頻網(wǎng)絡(luò)可分為兩大類(lèi)。第一類(lèi)是由電感和電選頻網(wǎng)絡(luò)可分為兩大類(lèi)。第一類(lèi)是由電感和電容元件組成的諧振回路，它又分為單振蕩回路和耦容元件組成的諧振回路，它又分為單振蕩回路和耦合振蕩回路，第二類(lèi)是各種濾波器，主要有合振蕩回路，第二類(lèi)是各種濾波器，主要有LC集中集中濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器等

38、。濾波器等。 本本 節(jié)節(jié) 小小 結(jié)結(jié)3. 串聯(lián)諧振回路是指電感、電容、信號(hào)源三者串聯(lián)諧振回路是指電感、電容、信號(hào)源三者串聯(lián)；并聯(lián)諧振回路是指電感、電容、信號(hào)源串聯(lián)；并聯(lián)諧振回路是指電感、電容、信號(hào)源三者并聯(lián)。串并聯(lián)諧振回路的共同點(diǎn)是：三者并聯(lián)。串并聯(lián)諧振回路的共同點(diǎn)是： LC,LCf12100 廣義失諧都是表示回路失諧大小的量，用廣義失諧都是表示回路失諧大小的量，用表示。表示。 串聯(lián)時(shí)：串聯(lián)時(shí)： 并聯(lián)時(shí)：并聯(lián)時(shí)： CLCLP001002) (ffQRx回回路路失失諧諧時(shí)時(shí)電電抗抗002) (ffQGB回回路路失失諧諧時(shí)時(shí)的的電電納納 當(dāng)當(dāng)Q值很高時(shí)，諧振頻率均為值很高時(shí)，諧振頻率均為 特性阻抗

39、均可表示為特性阻抗均可表示為串并聯(lián)諧振回路的不同點(diǎn)是：串并聯(lián)諧振回路的不同點(diǎn)是： 品質(zhì)因數(shù)的表示形式不同，品質(zhì)因數(shù)的表示形式不同， 串聯(lián)諧振回路中：串聯(lián)諧振回路中： 并聯(lián)諧振回路中：并聯(lián)諧振回路中： 串聯(lián)諧振回路諧振時(shí)，其電感和電容上的電壓串聯(lián)諧振回路諧振時(shí)，其電感和電容上的電壓 為信號(hào)源電壓的為信號(hào)源電壓的Q Q倍，稱(chēng)為電壓諧振；并聯(lián)諧振倍，稱(chēng)為電壓諧振；并聯(lián)諧振 回路諧振時(shí)其電感和電容支路的電流為信號(hào)源回路諧振時(shí)其電感和電容支路的電流為信號(hào)源 電流的電流的Q Q倍，稱(chēng)為電流諧振。倍，稱(chēng)為電流諧振。 QfB0LLRRRLQ,RRCRLQs00001LppLppRRRRQQ,LRQs001 通

40、頻帶均可表示為通頻帶均可表示為 串聯(lián)諧振回路失諧時(shí)，當(dāng)串聯(lián)諧振回路失諧時(shí)，當(dāng)f f f f0 0時(shí)回路呈感性，時(shí)回路呈感性，f f f f0 0時(shí)回路呈容性，時(shí)回路呈容性，f f f f0 0時(shí)回路呈感性。時(shí)回路呈感性。 串聯(lián)諧振回路的頻率特性串聯(lián)諧振回路的頻率特性 并聯(lián)諧振回路的頻率特性并聯(lián)諧振回路的頻率特性 jIIfN110)(jVVfN110)( 4 4、串并聯(lián)阻抗等效互換時(shí)：、串并聯(lián)阻抗等效互換時(shí)：X串串= =X并并，R并并= =Q2R串串（Q較大時(shí)）較大時(shí)） 5 5、回路采用抽頭接入的目的是為了減少負(fù)載和信、回路采用抽頭接入的目的是為了減少負(fù)載和信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)回路的影響，由低抽頭折合到回路的高號(hào)源內(nèi)阻對(duì)回路的影響，由低抽頭折合到回路的高端時(shí)，等效電阻提高了端時(shí)，等效電阻提高了 倍，等效導(dǎo)納減小了倍，等效導(dǎo)納減小了倍，即采用抽頭接入時(shí)，回路倍，即采用抽頭接入時(shí)，回路Q(chēng) Q值提高了。值提高了。 21p2p 6 6、由相互間有影響的兩個(gè)單振蕩回路組成的回路稱(chēng)為耦合、由相互間有影響的兩個(gè)單振蕩回路組成的回路稱(chēng)為耦合回路。以耦合系數(shù)回路。以耦合系數(shù)K K表示耦合的強(qiáng)弱，耦合因數(shù)表示耦合的強(qiáng)弱，耦合因數(shù) 表示相對(duì)表示相對(duì)臨介耦