第2章 高頻電路基礎(chǔ)

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第2章高頻電路基礎(chǔ)

第2章高頻電路基礎(chǔ)2.1高頻電路中常用的元器件和組件2.1.1元件

2.1.2高頻電路中的常用電路1.LC諧振電路2.其它形式的濾波器3.高頻變壓器傳輸變壓器4.衰減器與阻抗變換器

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2.2電子噪聲

2.2.1概述2.2.2電子噪音的來源與特性1.內(nèi)部噪音的特點(diǎn)2.電阻的熱噪音3.晶體管的噪音

4.場效應(yīng)管的噪音

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2.2.3噪音系數(shù)與噪音溫度1.噪音系數(shù)的定義2.以額定功率定義的噪音系數(shù)

3.等效噪音溫度2.2.4噪音系數(shù)的計(jì)算1.額定功率法2.開路電壓法和短路電流法3.級(jí)聯(lián)四端網(wǎng)絡(luò)的噪音系數(shù)4.噪音系數(shù)與靈敏度2.2.5噪音系數(shù)的測量3

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計(jì)劃授課學(xué)時(shí)：本章需要9個(gè)學(xué)時(shí)主要教學(xué)內(nèi)容：高頻電路中的一些重要的基礎(chǔ)知識(shí)，如諧振電路、抽頭電路、傳輸變壓器、電子噪音等。

教學(xué)目的：讓學(xué)生熟練把握各種常用電路，特別是諧振電路原理、性能分析、參數(shù)計(jì)算以及它們的特點(diǎn)和應(yīng)用。并對(duì)電子噪音的特點(diǎn)、產(chǎn)生原因以及噪音的計(jì)算有一定了解和把握。

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2.1高頻電路中常用的元器件和組件2.1.1元件1.無源元件(1)在高頻時(shí)，電阻的分布電容和引線電感就不可能忽略了，因此必需要考慮其電抗特性，它的高頻等效電路如圖2-1SRF相角

LRRa

阻抗與相角

CR

阻抗

0

頻率f

b

圖2-1電阻的高頻等效電路

圖2-2高頻電感器的自身諧振頻率SRF

(2)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L產(chǎn)生的感抗為jωL,其中,ω為工作角頻率。高頻電感器也具有自身諧振頻率SRF(SelfResonantFrequency),在該處,高頻電感的阻抗的幅值最大,而相角為零,如圖2—2所示5

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(3)由介質(zhì)隔開的兩導(dǎo)體即構(gòu)成電容。一個(gè)電容器的等效電路卻如圖2-3(a)所示。理想電容器的阻抗1/(jωC),如圖2—3(b)虛線所示,其中,f為工作頻率,ω=2πf。當(dāng)頻率大于SRF時(shí)，電容浮現(xiàn)出電感特性。

容性LCC0(a)

阻抗

RC

感性

SRF

頻率f(b)

圖2-3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

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2.高頻電路中的有源器件(1)半導(dǎo)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。(2)晶體管與場效應(yīng)管(FET)

在高頻中應(yīng)用的晶體管依舊是雙極晶體管和各種場效應(yīng)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。高頻晶體管有兩大類型:一類是作小信號(hào)放大的高頻小功率管,對(duì)它們的主要要求是高增益,和低噪聲;另一類為高頻功

率放大管,除了增益外,要求其在高頻有較大的輸出功率。(3)

用于高頻的集成電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7

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高頻電路中的無源組件或無源網(wǎng)絡(luò)主要有高頻振蕩(諧振)回路、高頻變壓器、諧振器與濾波器等,它們完成信號(hào)的傳輸、頻率選擇及阻抗變換等功能。1.LC諧振電路(1)串聯(lián)諧振電路圖2-4是一個(gè)rLC串聯(lián)電路▲阻抗特性ZsrjL11rjLjCCrj(XLXC)rjX2

2.1.2高頻電路中的常用電路

U_I

圖2-4串聯(lián)諧振回路

(2-2)(2-1)

12|Zs|rLC

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當(dāng)輸入信號(hào)頻率使得電抗X為零時(shí)，電路達(dá)到諧振，此時(shí)的頻率為諧振頻率ω0。由10,得到：0C11(rad/s),或者f0(Hz)LC2LC

0L0

(2-3)

由當(dāng)輸入信號(hào)頻率ωω0時(shí)，X0,│Zs│r,回路呈感性，當(dāng)ωω0時(shí)，X0,│Zs│r,回路呈容性。當(dāng)ω=ω0時(shí)，X=0,│Zs│=r,回路呈一個(gè)純電阻。因此諧振時(shí)電壓電流同相位。且電流最大，阻抗最小。9

第2章高頻電路基礎(chǔ)X|Zs|

感性0

ω0容性

ω(a)

r0

ω0(b)

ω

UL

I

U

UC

(c)

圖2-5串聯(lián)諧振電路的阻抗特性(a)電抗特性(b)阻抗特性(c)諧振時(shí)相位關(guān)系

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▲回路的品質(zhì)因數(shù)定義回路的特性阻抗與回路的損耗電阻之比叫品質(zhì)因數(shù)Q。它放映了L和C中的儲(chǔ)存的能量與電阻r消耗能量的比值。

1L0L1QrrCrr0C

(2-4)

因此諧振時(shí)UL▲諧振特性IrI0Zsr

Uj0LjUQr

U1UCjUQrj0C

1rjLC

12201jQ10

111L01j1jQrrC0111(2-5)(0)(0)1j1j2QjQ1100

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f2Q2Q0f0

叫廣義失諧量

(2-6)

因此可以得到串聯(lián)諧振電路的幅頻特性和相頻特性。幅頻特性為：Ir|||I0Zs112Q02

|

112

1f12Qf02

(2-7)

相頻特性為：2Qfarctanarctanf0

(2-8)12

第2章高頻電路基礎(chǔ)I/I0φ10.707π/2

Q10.1

f0

fQ1

Q2f0B0.1B0.707f-π/2Q2

Q1Q2(a)(b)

圖2-6串聯(lián)諧振電路的諧振特性(a)幅頻特性,(b)相頻特性13

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▲頻帶寬度和選擇性定義：頻帶寬度為電路中電流下降到諧

振電流的0.707倍時(shí)對(duì)應(yīng)的帶寬。

1由：22f0.712Qf0f0.7得：2Q1,f0帶寬B0.72f0.7f0Q(2-9)

1

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選擇性是衡量一個(gè)諧振電路對(duì)其他頻率的抑制能力，常用矩形系數(shù)來衡量選擇性的好壞定義：0.1帶寬和0.707帶寬的比值叫矩形系數(shù)Kr0.11由：210f0.112Qf0f0.1得：2Q99,f00.1帶寬B0.12f0.1則矩形系數(shù)：Kr0.1f099Q(2-10)15

1

B0.1999.95B0.7

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(2)并聯(lián)諧振電路等效

▲阻抗特性Zp

圖2-7并聯(lián)諧振電路L/C11rj(L1/C)rCjCLL

(rjL)/jC1rjLjC

Lr

(2-11)

Yp

1rC1(2-12)jCGjBZpLL這時(shí)可以看做一個(gè)純電阻(電導(dǎo))和LC的并聯(lián)，當(dāng)電納B為0時(shí)，發(fā)生諧振，此時(shí)的諧振頻率為0,諧振時(shí)的阻抗為一純電阻，R0L.。rC16

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由：B0C

100L

得諧振頻率：0

011,或f022LCLCB容性ω0ω

(2-13)

|Yp|

IC

G0

IIL(c)

U

ω0(a)

ω

感性(b)

圖2-8并聯(lián)諧振電路的阻抗特性(a)阻抗特性，(b)電納特性，(C)諧振時(shí)相位關(guān)系17

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▲并聯(lián)諧振回路品質(zhì)因數(shù)0C1C1QG0LG00LG0

或者：

(2-14)(2-15)

1C1L0L1QrCLrCrr0CL

因此諧振時(shí)：IL

I1jIQG0j0L

IC

Ij0CjIQG0

▲并聯(lián)諧振回路的諧振特性UG0rC/LU0YprC/Lj(C1/L)11L1jrCr111101j2Q1j2Qf1j1jQ0f00

(2-16)

第2章高頻電路基礎(chǔ)幅頻特性為：UU1||2U0U01112