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吳志毅“任務(wù)2無源器件射頻特性、有源晶體管簡(jiǎn)介、傳輸線”吳志毅“任務(wù)2無源器件射頻無源元件射頻特性分析

無源元件射頻特性分析◆在電子電路中經(jīng)常提及無源器件與無源元件概念。所謂無源器件就是無需能源的器件，主要作用是用來進(jìn)行信號(hào)傳輸。比如：電容、電感、電阻、耦合器、功分器、環(huán)形器、隔離器、衰減器、連接器、插座、連接電纜、印制電路板等?！粼陔娮与娐分薪?jīng)常提及無源器件與無源元件概念。所謂無源器件就◆無源元件主要是電阻類、電感類和電容類元件。它們的共同特點(diǎn)是在電路中無需加電源即可在有信號(hào)時(shí)工作。在低頻電路中它們所表現(xiàn)出自身應(yīng)有的特性，而在射頻應(yīng)用電路中電阻、電容、電感的特性是不具備“純”電阻、電容、電感的性質(zhì)，這是在射頻電路設(shè)計(jì)與分析過程中必須考慮的。◆無源元件主要是電阻類、電感類和電容類元件。它們的共同特點(diǎn)是1.電阻（器）射頻特性圖1.2電阻射頻等效電路1.電阻（器）射頻特性圖1.2電阻射頻等效電路圖1.3電阻阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系◆金屬膜電阻的阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系圖圖1.3電阻阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系◆金屬膜電阻的阻抗絕對(duì)值結(jié)論：從圖1.3測(cè)試結(jié)果可知，隨著頻率升高，電阻阻抗下降，其原因?yàn)榧纳娙萦绊?。隨著頻率進(jìn)一步升高，電阻的總阻抗上升，其原因?yàn)橐€電感的影響。在很高的頻率時(shí)，引線電感會(huì)成為一個(gè)無限大的阻抗甚至開路。因此在射頻/微波段電路應(yīng)用時(shí)要特別注意。目前，在射頻電路中主要應(yīng)用的是薄膜片狀電阻，該類尺寸能夠做的非常小，可以有效地減少引線電感和分布電容影響。結(jié)論：從圖1.3測(cè)試結(jié)果可知，隨著頻率升高，電阻阻抗下降，其2.電容（器）射頻特性圖1.4射頻電容的等效電路2.電容（器）射頻特性圖1.4射頻電容的等效電路

圖1.5電容阻抗的絕對(duì)值與頻率的關(guān)系◆電容阻抗的絕對(duì)值與頻率的關(guān)系圖1.5電容阻抗的絕對(duì)值與頻率的關(guān)系◆電容阻結(jié)論：隨著頻率升高，電容的容抗不但不減小，反而隨著頻率升高容抗增大。目前，多層陶瓷片狀電容器在射頻電路中廣泛使用，它們可用于射頻電路中的各個(gè)部分，使用頻率可以高達(dá)15GHz。結(jié)論：隨著頻率升高，電容的容抗不但不減小，反而隨著頻率升高容3.電感（器）射頻特性

高頻電感的等效電路電感阻抗的絕對(duì)值與頻率的關(guān)系3.電感（器）射頻特性結(jié)論：當(dāng)頻率升高到某一頻率時(shí)，電感與分布電容產(chǎn)生了并聯(lián)諧振，使阻抗迅速增加，達(dá)到最大值，此后感抗隨頻率的升高迅速降低。目前，片式電感也在射頻電路中被廣泛使用。結(jié)論：當(dāng)頻率升高到某一頻率時(shí)，電感與分布電容產(chǎn)生了并聯(lián)諧振，有源晶體管介紹有源晶體管介紹◆隨著硅基和砷化鎵基化合物半導(dǎo)體的發(fā)展，以及大量雙極型、場(chǎng)效應(yīng)晶體管的出現(xiàn)，射頻電路設(shè)計(jì)師根據(jù)所設(shè)計(jì)電路的應(yīng)用領(lǐng)域及有源晶體管的規(guī)格要求可選擇微波晶體管比以往任何時(shí)期都多?！綦S著硅基和砷化鎵基化合物半導(dǎo)體的發(fā)展，以及大量雙極型、場(chǎng)效

1.結(jié)型晶體管

(1)雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管又稱為半導(dǎo)體三極管，它是通過一定的工藝將兩個(gè)PN結(jié)結(jié)合在一起的器件。就射頻應(yīng)用而言，在超高頻至S波段的頻率范圍內(nèi)雙極型晶體管占統(tǒng)治地位。1.結(jié)型晶體管創(chuàng)新試驗(yàn)班授課老師競(jìng)聘課件(2)異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管

異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HTB)是在雙極結(jié)型晶體管(BJT)的基礎(chǔ)上，把發(fā)射區(qū)改用寬帶隙的半導(dǎo)體材料，即同質(zhì)的發(fā)射結(jié)采用了異質(zhì)結(jié)來代替。(2)異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管◆異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的分類很多，主要有以下幾種：①SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管；②GaALs/GaAs異質(zhì)結(jié)晶體管；③NPN型InGaAsP/InP異質(zhì)結(jié)雙極晶體管?！舢愘|(zhì)結(jié)雙極晶體管的分類很多，主要有以下幾種：◆InGaAsP具有比GaAs更高的電子遷移率，并且在光纖通信中有重要應(yīng)用。異質(zhì)結(jié)晶體管適于作微波晶體管、高速開關(guān)管和光電晶體管?！鬒nGaAsP具有比GaAs更高的電子遷移率，并且在光纖通2.場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管。其特點(diǎn)是控制端基本上不取電流，是一種用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件。2.場(chǎng)效應(yīng)晶體管3.場(chǎng)效應(yīng)管與三極管比較3.場(chǎng)效應(yīng)管與三極管比較傳輸線傳輸線在射頻微波電路中，由于集膚效應(yīng)原因，導(dǎo)體中的電流、電荷和場(chǎng)都集中在導(dǎo)體表面。集膚效應(yīng)帶來的直接效果是：導(dǎo)線內(nèi)部幾乎無能量傳輸，微波功率(絕大部分)在導(dǎo)線之外的空間傳輸。在射頻微波電路中，由于集膚效應(yīng)原因，導(dǎo)體中的電流、電荷和場(chǎng)都

1.傳輸線定義與分類第一類是多導(dǎo)體傳輸線：至少由兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成的傳輸系統(tǒng)，如平行雙導(dǎo)線、同軸線、帶狀線、微帶線等。在這類系統(tǒng)中傳輸?shù)氖菣M電磁波（TEM波）或準(zhǔn)橫電磁波，故又稱為TEM波傳輸線，其電場(chǎng)和磁場(chǎng)都與電磁波傳播方向相垂直。1.傳輸線定義與分類第一類是多導(dǎo)體傳輸線：至少由兩個(gè)導(dǎo)第二類是金屬管傳輸線：因電磁波在管內(nèi)傳播，這種傳輸線習(xí)慣稱為波導(dǎo)，如矩型波導(dǎo)、圓型波導(dǎo)、橢圓波導(dǎo)、脊波導(dǎo)等。它們傳輸?shù)氖荰E波（橫電波）和TM波（橫磁波）。TE波（橫電波）：電場(chǎng)與電磁波傳播方向相垂直，傳播方向上有磁場(chǎng)分量。TM波（橫磁波）：磁場(chǎng)與電磁波傳播方向相垂直，傳播方向上有電場(chǎng)分量。第二類是金屬管傳輸線：因電磁波在管內(nèi)傳播，這種傳輸線習(xí)慣第三類是介質(zhì)傳輸線：因電磁波沿傳輸線表面?zhèn)鞑?，故稱為表面波波導(dǎo)。傳輸波形一般是混合波型（TE波和TM波的疊加），某種情況下也可傳播TE波或TM波，主要包括介質(zhì)波導(dǎo)、鏡像線和單根表面波傳輸線等。第三類是介質(zhì)傳輸線：因電磁波沿傳輸線表面?zhèn)鞑?，故稱為表面波波2.傳輸線的分布參數(shù)及均勻傳輸線等效雙導(dǎo)線與同軸線的分布參數(shù)2.傳輸線的分布參數(shù)及均勻傳輸線等效雙導(dǎo)線與同軸線的分布參數(shù)傳輸線等效電路傳輸線等效電路3.傳輸線的特性參量傳輸線的特性參量主要包括：3.傳輸線的特性參量4.傳輸線的工作狀態(tài)如果構(gòu)成傳輸線的導(dǎo)體是理想導(dǎo)體(R0=0)，線間的介質(zhì)是理想介質(zhì)(G0=0)，這種傳輸線稱為無損耗傳輸線。無耗傳輸線由于負(fù)載的不同，將形成不同的工作狀態(tài)，一般可以將他們歸納為三種工作狀態(tài)。4.傳輸線的工作狀態(tài)(1)行波狀態(tài)。如果負(fù)載全部吸收入射波的功率而不產(chǎn)生反射，即反射為0，傳輸線上只存在從電源向負(fù)載傳輸?shù)娜肷洳?，傳輸線的這種工作狀態(tài)稱為行波狀態(tài)。行波狀態(tài)的特點(diǎn)：沿線各點(diǎn)電壓、電流的幅值不變；各點(diǎn)電壓和電流相位相同；沿線各點(diǎn)的輸入阻抗處處相等，且均等于傳輸線的特性阻抗電源發(fā)出的能量全部被負(fù)載吸收，傳輸效率最高(1)行波狀態(tài)。如果負(fù)載全部吸收入射波的功率而不產(chǎn)生反射，即(2)駐波狀態(tài)。如果負(fù)載完全不吸收功率，入射波全部由負(fù)載反射回電源方向，沿線入射波與反射波迭加形成駐波分布，傳輸線的這種工作狀況稱為全反射狀況，這種全反射狀態(tài)稱為駐波狀態(tài)，或純駐波狀態(tài)。此時(shí)傳輸線已不能傳輸能量，而只能儲(chǔ)存能量，即傳輸線與信號(hào)源之間只是不斷地進(jìn)行能量交換，形成一種動(dòng)態(tài)平衡。(2)駐波狀態(tài)。如果負(fù)載完全不吸收功率，入射波全部由負(fù)載反射(3)行駐波狀態(tài)行駐波狀態(tài)條件:如果傳輸線負(fù)載吸收一部分入射波功率，而其余部分反射回去，這時(shí)在線形成所謂的行駐波狀態(tài)，行駐波狀態(tài)是介于行波狀態(tài)和駐波狀態(tài)之間的一種最普通的狀態(tài)。這是微波工程應(yīng)用中遇到最普遍、最為重要的一種工作狀態(tài)。(3)行駐波狀態(tài)5.傳輸線的應(yīng)用傳輸線不僅用于傳送電能和電信號(hào)，還可以構(gòu)成電抗性的諧振元件。例如，長(zhǎng)度小于λ/4的終端短路