第2章高頻電路基礎(chǔ)

1、第2章 高頻電路基礎(chǔ)諧振回路諧振回路2.1非線性電子線路的基本概念非線性電子線路的基本概念2.2頻率變換和混頻電路頻率變換和混頻電路2.3 第2章 高頻電路基礎(chǔ)2.1.1 2.1.1 并聯(lián)諧振回路的選頻特性并聯(lián)諧振回路的選頻特性 1并聯(lián)諧振回路阻抗頻率特性并聯(lián)諧振回路如圖2-1所示。圖（a）中，r 代表線圈L 的等效損耗電阻，RP 為圖（b）的等效電阻。由于電容器的損耗很小，略去其損耗電阻。 為電流源， 為并聯(lián) 回路兩端輸出電壓。 由圖2-1可知并聯(lián)諧 振回路的等效阻抗為：SIOU由圖（a）可得 （2-1）由圖（b）可得 （2-2） （2-3）CjLjrCjLjrIUZSO/ 1)/ 1)(L

2、jCjRZP111PRLC11arctan2.1.1 2.1.1 并聯(lián)諧振回路的選頻特性并聯(lián)諧振回路的選頻特性在實(shí)際電路中，通常 r很小，滿足r ，因此，式（2-1）可近似為 （2-4）當(dāng) 時，回路產(chǎn)生諧振，由式（2-4）可知并聯(lián)諧振回路在諧振時其等效阻抗為純電阻且為最大，可用符號 表示，即 （2-5）并聯(lián)諧振回路的諧振頻率 或 （2-6）L)/1(/CLjrCLZCrLRZPLC10LCf210LC/ 12.1.1 2.1.1 并聯(lián)諧振回路的選頻特性并聯(lián)諧振回路的選頻特性 在 LC諧振回路中，為了評價諧振回路損耗的大小， 常引入品質(zhì)因數(shù) Q，它定義為回路諧振時的感抗（或容抗）與回路等效損耗電

3、阻r 之比，即 （2-7） 式（2-4）代入式（2-7），則得 （2-8） 一般LC諧振回路的Q值在幾十到幾百范圍內(nèi)， Q值愈大，回路的損耗愈小，其選頻特性就愈好。將式（2-8）代入式（2-5）可得 （2-9）rCrLQ00/1rCLQ/CLQrQrrrCLrCLRp2/2.1.1 2.1.1 并聯(lián)諧振回路的選頻特性并聯(lián)諧振回路的選頻特性將式（2-5）、式（2-6）和式（2-7）代入式（2-4），則得并聯(lián)諧振回路阻抗頻率特性為 （2-10） 通常，諧振回路主要研究諧振頻率 附近的頻率特性。由于 十分接近于 ，故可近似認(rèn)為 2 ， 2，并令 ，則式（2-10）可寫成 （2-11）)(1)(1/

4、)1(100000jQRrLjRrCLjRZPPP000000021jQRZP2.1.1 2.1.1 并聯(lián)諧振回路的選頻特性并聯(lián)諧振回路的選頻特性其幅頻特性和相頻特性分別為 （2-12） （2-13）2021QRZP)2arctan(0Q2.1.1 2.1.1 并聯(lián)諧振回路的選頻特性并聯(lián)諧振回路的選頻特性根據(jù)式（2-12）和式（2-13）可作出并聯(lián)諧振回路阻抗幅頻特性和相頻特性曲線，如圖2-2（a）、（b）所示。 圖2-2 并聯(lián)諧振回路阻抗頻率特性曲線（a）幅頻特性曲線 （b）相頻特性曲線 2.1.1 2.1.1 并聯(lián)諧振回路的選頻特性并聯(lián)諧振回路的選頻特性2并聯(lián)諧振回路的通頻帶和選擇性并聯(lián)諧

5、振回路的通頻帶和選擇性（1）電壓諧振曲線 上面已求得并聯(lián)諧振回路的阻抗頻率特性。當(dāng)維持信號源 的幅值不變時，改變其頻率，并聯(lián)回路兩端電壓 的變化規(guī)律與回路阻抗頻率特性相似。由圖2-1可知，并聯(lián)回路兩端輸出電壓 等于 （2-14） 將式（2-11）代入式（2-14），則得 （2-15）SI0UZIU000002121ffjQUjQRIUPPS用 對式（2-15）兩邊相除并取模數(shù)，即得并聯(lián)諧振回路輸出電壓幅頻特性（歸一化諧振函數(shù)）為 （2-16）輸出電壓相頻特性為 （2-17）根據(jù)式（2-16）和式（2-17）可以給出并聯(lián)諧振回路以失調(diào)量 表示的幅頻特性和相頻特性曲線，如圖2-3（a）、（b）所示

6、。由圖可見, Q值越大，幅頻特性曲線越尖銳，相移特性曲線越陡峭。PU200211ffQUUP)2arctan(0ffQf2并聯(lián)諧振回路的通頻帶和選擇性并聯(lián)諧振回路的通頻帶和選擇性 圖2-3 并聯(lián)諧振回路幅頻特性和相頻特性曲線 （a）幅頻特性 （b）相頻特性（2）通頻帶 當(dāng)占有一定頻帶的信號在并聯(lián)回路中傳輸時，由于幅頻特性曲線的不均勻性，輸出電壓便不可避免地產(chǎn)生頻率失真。為了限制諧振回路頻率失真的大小而規(guī)定了諧振回路的通頻帶。圖2-4 并聯(lián)諧振回路的通頻帶和選擇性2并聯(lián)諧振回路的通頻帶和選擇性并聯(lián)諧振回路的通頻帶和選擇性（3）選擇性 選擇性是指回路從含有各種不問頻率信號總和中選出有用信號、排除干

7、擾信號的能力。由于諧振回路具有諧振特性，所以它具有選擇有用信號的能力?；芈返闹C振曲線越尖銳，對無用信號的抑制作用越強(qiáng)，選擇性就越好。2并聯(lián)諧振回路的通頻帶和選擇性并聯(lián)諧振回路的通頻帶和選擇性2.1.2 串聯(lián)諧振回路的選頻特性 圖2-5是LC 串聯(lián)諧振回路的基本形式，其中 是電感 的損耗電阻。由圖可知并聯(lián)諧振回路的等效阻抗為CjLjrCjLjrIUZO11圖2-5 LC串聯(lián)諧振回路 2.1.3 阻抗變換電路1信號源及負(fù)載對諧振回路的影響信號源及負(fù)載對諧振回路的影響圖2-7（a）所示為實(shí)用的并聯(lián)諧振回路,圖中 為信號源內(nèi)阻， 為負(fù)載電阻。由圖2-7（a）可寫出 、 串聯(lián)電路的導(dǎo)納為2222221L

8、rLjLrrLjrY （a）電路 （b）等效電路 （c）簡化電路 圖 2-7 實(shí)用并聯(lián)諧振回路當(dāng)r 時， ,所以，上式可近似為 （2-27）可見，式（2-27）可以看成一個電阻與電感L的并聯(lián)電路。由于諧振回路通常研究在諧振頻率附近的特性，所以式（2-27）中的 近似等于 （2-28）2222221LrLjLrrLjrYL22222LLr2222LLjLrYrL/22pRCrLrLrL22022 2.1.3 阻抗變換電路由此可見，將并聯(lián)諧振回路中電感與電阻串聯(lián)電路變換成電感與電阻并聯(lián)電路時，在 r 時，電感值可近似不變，并聯(lián)的電阻值變?yōu)?,它比串聯(lián)電阻值r 大很多。 將圖2-7(b)中所有電阻合

9、并為 ，即 （2-29）因此，可把圖2-7（b）簡化為圖2-7（c）所示.由式（2-9）可得 (2-30)LpRLpseRRRR/eRLCRQee 2.1.3 阻抗變換電路2常用阻抗變換電路常用阻抗變換電路（1）變壓器分壓式電路 （2-31）由此不難得到負(fù)載電阻 折算到 一次繞組兩端的等效電阻 為 （2-32）122121IIUUNNnLLRnnIUnIUR22211/ 圖2-8 變壓器阻抗變換電路（2）電感分壓式電路圖2-9 所示為電感分壓器阻抗變換電路，該電路也稱為自耦變壓器阻抗變換電路。 （2-33） 由此不難得到負(fù)載電阻 折算到 一次繞組兩端的等效電阻 為 （2-34）12212212

10、212IIUUMLMLLNNNnLLRnnIUnIUR22211/LRLR圖2-9 電感分壓器阻抗變換電路（3）電容分壓式電路圖中 、 為分壓電容器， 為負(fù)載電阻， 是 經(jīng)變換后的等效電阻。 設(shè)電容 、 是無耗的，根據(jù) 和 上所消耗的功率相等，即 可得 （2-35）式中 ,當(dāng) 時，可求得由此可得 （2-36）1C2CLRLR LRLLLRnRUUR2221/21/UUn 211CR211122121121/1CCCUCCCCCUU12121CCCUUn圖2-10 電容分壓器阻抗變換電路2.2 2.2 非線性電子線路的基本概念非線性電子線路的基本概念2.2.1 線性與非線性電路。 全部由線性或處

11、于線性工作狀態(tài)的元器件組成的電路稱為線性電路，電路中只要含有一個元器件是非線性的或處于非線性工作狀態(tài)的，則稱為非線性電路。圖2-12 線性與非線性電阻器件伏安特性曲線（a）線性電阻器件 （b）非線性電阻器件2.2.1 線性與非線性電路 圖2-13 非線性器件在不同正弦電壓作用下的電流波形2.2.1 線性與非線性電路2.2.2 非線性電路的基本特點(diǎn)由非線性器件構(gòu)成的非線性電路有以下基本特點(diǎn)： （1）非線性電路能夠產(chǎn)生新的頻率分量，具有頻率變換作用； （2）非線性電路分析上不適用疊加定理： （3）當(dāng)作用信號很小，工作點(diǎn)取得適當(dāng)時，非線性電路可近似按線性電路進(jìn)行分析。 2.3 2.3 頻率變換和混頻

12、電路頻率變換和混頻電路2.3.1 概述 2.3.2 混頻基本原理2.3.3二極管環(huán)形混頻器和雙差分對混頻器2.3.4 混頻電路圖識讀2.3.5 混頻干擾2.3.1 概述 混頻電路廣泛應(yīng)用于通信及其他電子設(shè)備中，它是超外差接收機(jī)的重要組成部分。在發(fā)送設(shè)備中可用它來改變載波頻率，以改善調(diào)制性能。在頻率合成器中常用它來實(shí)現(xiàn)頻率的加、減運(yùn)算，從而得到各種不同頻率等。2.3.2 混頻基本原理混頻電路又稱變頻電路，其作用是將已調(diào)信號的載頻變換成另一載頻，變換后新載頻已調(diào)波的調(diào)制類型（調(diào)幅、調(diào)頻等）和調(diào)制參數(shù)（如調(diào)制頻率、調(diào)制系數(shù)等）均不改變。圖2-14 混頻電路的作用2.3.3二極管環(huán)形混頻器和雙差分對混

13、頻器二極管環(huán)形混頻器的主要優(yōu)點(diǎn)是工作頻帶寬，可達(dá)到幾千兆赫，噪聲系數(shù)低，混頻失真小，動態(tài)范圍大等，但其主要缺點(diǎn)是沒有混頻增益。圖2-16 二極管環(huán)形混頻電路 圖2-17 MC1496構(gòu)成的混頻電路2.3.3二極管環(huán)形混頻器和雙差分對混頻器2.3.4 混頻電路圖識讀1晶體管混頻電路晶體管混頻電路晶體管混頻電路是利用晶體管轉(zhuǎn)移特性的非線性特性實(shí)現(xiàn)混頻的。圖2-18 晶體管混頻電路原理圖圖2-19 中波調(diào)幅收音機(jī)變頻電路2.3.4 混頻電路圖識讀2雙柵雙柵MOS場效應(yīng)管混頻電路場效應(yīng)管混頻電路由于場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性具有二次特性，所以雙柵極MOS場效應(yīng)管混頻電路輸出信號中的組合頻率分量比晶體管的少，同

14、時，它還有動態(tài)范圍大、工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)。（a）電路 （b）雙柵場效應(yīng)管等效電路 圖2-20 雙柵MOS場效應(yīng)管混頻電路2.3.4 混頻電路圖識讀2.3.5 混頻干擾1信號與本振產(chǎn)生的組合頻率干擾信號與本振產(chǎn)生的組合頻率干擾混頻器在信號電壓和本振電壓的共同作用下，產(chǎn)生了許多組合頻率分量，它們可表示為 （2-46）式中，p 、q 分別為本振頻率和信號頻率的諧波次數(shù)，它們均為任意正整數(shù)。絕對值號表示在任何情況下頻率不可能為負(fù)值。qPf、LpfCqf2干擾與本振產(chǎn)生的組合頻率干擾干擾與本振產(chǎn)生的組合頻率干擾凡能加到混頻器輸入端的外來干擾信號，均可以在混頻器中與本振電壓產(chǎn)生混頻作用，若形成的組合頻率滿足 （2-47）就會形成干擾。 為外來干擾信號的頻率，p ,q分別為本振頻率 和干擾信號頻率 的諧波次數(shù)，它們?yōu)槿我庹麛?shù)。LpfNqfIfNfNfIf圖2-21 鏡像干擾分布情況 2.3.5 混頻干擾3交叉調(diào)制和互相調(diào)制干擾交叉調(diào)制和互相調(diào)制干擾（1）交叉調(diào)制干擾（簡稱交調(diào)干擾）交叉調(diào)制干擾是由混頻器非線性特性的高次方項(xiàng)所引起的。抑制交叉調(diào)制干擾的主要措施有： 提高