高頻電子線路第2章 高頻電路基礎(chǔ)

1、第1、2章高頻電路基礎(chǔ)，2.1高頻電路的元件2.2高頻電路的基本電路2.3電子噪聲2.4噪聲系數(shù)和噪聲溫度，基本元件(被動(dòng)元件、主動(dòng)元件)基本電路(諧振電路、晶體振蕩器、變壓器等)基本問題(頻率選擇濾波器、阻抗轉(zhuǎn)換)基本方法高頻電路中使用的組件基本上與低頻電路中使用的組件相同，但在高頻中使用時(shí)要注意高頻特性。高頻電路的組件主要是屬于被動(dòng)線性組件的電阻(裝置)、電容(裝置)和電感(裝置)。第一，高頻電路的手動(dòng)部件1，電阻實(shí)際電阻器在低頻情況下主要表示電阻特性，但在高頻使用中，不僅表示電阻特性方面，還表示電抗，4，性方面。電阻器的電抗特性反映了高頻特性。一個(gè)電阻r的高頻等效電路如圖2-1所示。其中

2、CR是分配電容，LR是引線電感，r是電阻。一般來說，表面室長(zhǎng)電阻的高頻特性優(yōu)于金膜電阻，金膜電阻優(yōu)于碳膜電阻，線繞電阻的高頻特性最差。圖2-1電阻的高頻等效電路，5，2，電容器分離為介質(zhì)的兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成電容。電容器的等效電路如圖2-2(a)所示。圖2-2(b)虛線中所示的理想電容器的阻抗1/(jC)，其中f是工作頻率，=2f。高頻電路具有良好的高頻特性，因此經(jīng)常使用片狀電容和表面室長(zhǎng)電容器。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、自諧振頻率、容量區(qū)域、地殼區(qū)域、絕緣電阻、引線電感、6，3、電感的作用：諧振元件、濾波元件、阻塞元件扼流圈。電感損耗：電感通常被導(dǎo)線

3、繞過，通常具有一定的直流電阻。因?yàn)橐灿须姕u流、磁滯、電磁輻射等損失，電感具有損耗電阻交流電阻。質(zhì)量因素：定義為用于說明回路能量損失的回路的無功與有效功率之比。高頻電感和普通電感一樣，電感是主要參數(shù)。電感l(wèi)導(dǎo)出為工作角頻率jL。7，高頻電感還具有自諧振頻率SRF。在SRF中，高頻電感的阻抗最大，相位角度為0，如圖2-3所示。圖2-3高頻電感的自諧振頻率SRF、地殼區(qū)域、容量區(qū)域、8、2、高頻電路的有源裝置用于低頻或其他電子電路的裝置沒有任何區(qū)別。1，二極管作用：半導(dǎo)體二極管主要在高頻率下在非線性轉(zhuǎn)換電路(例如檢測(cè)、調(diào)制、解調(diào)和混合)中低級(jí)工作。常用高頻二極管的類型：(1)最大工作頻率約為1002

4、00MHz (2)表面壘二極管：最大工作頻率約為200300MHz (3)可變二極管：電容器隨偏置電壓而變化。9，2，晶體管和FET (fet)在高頻中使用的晶體管仍然是雙極晶體管和各種場(chǎng)效應(yīng)管，通常這些管的性能優(yōu)于低頻管，并且外形規(guī)格不同。高頻晶體管有兩種類型的： (1)，用于小信號(hào)放大，其主要要求是高增益和低噪聲。(2)另一類高頻功率放大器管不僅要求增益，還要求高頻率下的更大輸出功率。高頻場(chǎng)效應(yīng)管類似于晶體管，高頻性能(小信號(hào)的噪聲，大信號(hào)的非線性)比晶體管更好。10，3，高頻用集成電路的種類和品種遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于低頻接受集成電路，主要分為通用和專用兩種。一般用途寬頻整合放大器，目前提供超過506

5、0dB的增益和超過100200MHz的操作頻率。11，本部分主要描述了高頻振蕩(諧振)環(huán)路、高頻變壓器、諧振腔和濾波器等完成信號(hào)的傳輸、頻率選擇和阻抗轉(zhuǎn)換的手動(dòng)部件或稱為手動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的高頻電路。2.2高頻電路的基本電路、12，1、高頻振蕩回路高頻振蕩電路是高頻電路中應(yīng)用最廣泛的手動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，是構(gòu)成高頻放大器、振蕩器和各種濾波器的主要組件，可以完成電路中阻抗轉(zhuǎn)換、信號(hào)選擇等操作，并直接用作負(fù)載。1、簡(jiǎn)單振蕩電路(只有一個(gè)電路)振蕩電路是電感和電容器串行或并行形成的電路。只有一個(gè)電路的振蕩電路稱為簡(jiǎn)單振蕩回路或單個(gè)振蕩回路。(1)、并行諧振電路1)電路結(jié)構(gòu)、13、圖2-4并行諧振電路及其等效電路、阻抗特性

6、和徑向特性(a)并行諧振電路；(b)等效電路；(c)阻抗特性；(d)徑向特性，并行諧振電路的并行阻抗為：(2-1)，地殼區(qū)域，容量區(qū)域，14，2)諧振頻率：將使劉濤電阻和允許電阻相等的頻率定義為并行諧振頻率0。使Zp的虛擬部分為零，解方程的根為零。其中q是回路的質(zhì)量系數(shù)，例如，(2-4)，(2-2)，(2-3)，15，4)諧振電阻：諧振中回路的最大電阻，純電阻R0:(2-5)如上分析所示，電感的損耗電阻越小，電路的q值越高，諧振電阻r0就越大。3)特征阻抗：定義為，(2-6)，16，(2-7)，(2-8)，并行回路通常用于窄帶系統(tǒng)。也就是說，此時(shí)接近零，例如，樣式，=-0。5)阻抗特性，高q，

7、可由公式(2-1)使用：17，(2-9)，此時(shí)(窄帶系統(tǒng))，環(huán)路阻抗可以通過稱為廣義解調(diào)的方式進(jìn)一步簡(jiǎn)化。相應(yīng)的阻抗模式值分別為相位角度，18，(2-12)，(2-14)，圖2-5表示在并行振蕩電路中諧振時(shí)的電流，電壓關(guān)系。19，6)通過頻帶(半功率點(diǎn)頻帶)保持附加信號(hào)的振幅，在改變頻率時(shí)將電路電流值降低到諧振值的相應(yīng)頻率范圍稱為電路的通過頻帶或環(huán)路帶寬，通常表示為b。如果順序(2-15)相同，則推送到=1以確保帶寬。(2-10)，對(duì)于并行諧振電路，還有20，7)矩形系數(shù)。阻抗定義的幅度-頻率特性減小到諧振值的情況下，0.1的頻帶寬度與阻抗的幅度-頻率特性減小到諧振值的0.707的情況下，頻帶

8、寬度的比率。其中，如果B0.1諧振曲線下降到諧振值的0.1，那么頻帶寬度B0.707諧振曲線減少到3dB的頻帶寬度矩形系數(shù)大于1(理想情況下為1)，矩形系數(shù)越小，電路的選擇性就越好。對(duì)于單層簡(jiǎn)單并行諧振電路，矩形系數(shù)可以描述為，(2-11)，21，通過前面的分析，(1)電路的質(zhì)量因素越高，諧振曲線越尖銳，電路的通過帶越窄，但矩形系數(shù)保持不變。因此，對(duì)于簡(jiǎn)單(單層)并行諧振電路，通過帶和選擇性不能達(dá)到平衡。(2)前面的結(jié)論是，在“高q”的情況下，如果q值低，則并行諧振電路的諧振頻率低于高q時(shí)的諧振頻率，諧振曲線和相位特性隨q值偏離。(3)上述已知的質(zhì)量因素是回路未應(yīng)用載荷時(shí)的值，稱為空載q值或Q

9、0。如果電路套用了負(fù)載，則品質(zhì)元素會(huì)顯示為負(fù)載q值或QL。其中r是考慮載荷后的總損失阻力。22，示例3-1:設(shè)置以簡(jiǎn)單并行振蕩電路為負(fù)荷的放大器，信號(hào)中心頻率fs=10MHz，電路容量C=50 pF，(1)嘗試計(jì)算所需線圈電感值。(2)如果線圈質(zhì)量系數(shù)為Q=100，則計(jì)算回路諧振電阻和電路帶寬。(3)如果放大器所需的帶寬B=0.5 MHz，那么電路中需要并行電阻多少以滿足放大器所需的帶寬要求？解決方案：(1)計(jì)算l值。表達(dá)式(2-4)將替換為2，23，F(xiàn)0將替換為兆赫(MHz)，皮膚法(pF)，l將替換為微慕尼黑(h)，常識(shí)將替換為實(shí)際計(jì)算公式：f0=fs=10 MHz，(基礎(chǔ)(2-12)，2

10、4，環(huán)路帶寬，(3)查找滿足0.5 MHz帶寬的并行電阻。電路的平行電阻為R1，平行后的總電阻為R1R0，總電路的負(fù)載品質(zhì)系數(shù)為QL。帶寬公式，支持，此時(shí)所需帶寬B=0.5 MHz，電路總電阻為：25，必須在電路中并行運(yùn)行7.97 k的電阻。(2)串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路適用于電源內(nèi)部電阻低的內(nèi)阻(例如恒壓源)或低阻抗(例如微波電路)的電路。圖2-4(a)是最簡(jiǎn)單的串行振蕩環(huán)路。26，圖2-6串聯(lián)諧振電路及其特性，27，在串聯(lián)振蕩電路的兩端添加恒定壓力信號(hào)時(shí)，阻抗最小，通過電路的電流最大，(2-15)，任意頻率下電路電流與諧振電流的比率，電路阻抗：諧振頻率：其中：根據(jù)電路的質(zhì)量系數(shù)，29，前端

11、，可以繪制電路電流和諧振電流的曲線稱為諧振曲線。圖2-6e串聯(lián)諧振電路的諧振曲線，圖2-6f串聯(lián)電路的諧振期間電流、電壓關(guān)系、30，在引入廣義失諧后在窄帶(即非常接近于0)下工作的情況下，例如，31，串聯(lián)諧振電路摘要：(1)串聯(lián)諧振電路的阻抗特性(2)諧振頻率、質(zhì)量因素、通過帶、矩形系數(shù)等與并聯(lián)諧振電路相同(高q時(shí))。32，2，攻絲并行振蕩電路在實(shí)際應(yīng)用中通常用于激勵(lì)源或負(fù)載與電路電感或電容器的部分連接相關(guān)聯(lián)的并行振蕩電路，稱為攻絲并行振蕩電路。如圖2-7所示。(1)存取系數(shù)p:定義為連接至外部電路的電抗中與此電路壓力相關(guān)的相等性質(zhì)總電抗的百分比。也可以定義為電壓的比率。在圖(2-7)(a)的

12、情況下，如果省略了兩部分之間的互感，則制表符系數(shù)可以直接以電感的比率或以燈數(shù)的比率近似。對(duì)于圖(2-7)(b)，使用(2-16)、33、圖2-7中的一些典型選項(xiàng)卡振蕩循環(huán)、34、下面的圖2-7(a)、(b)作為示例，選項(xiàng)卡并行振蕩循環(huán)(2)在阻抗變換特性圖(2-7)(a)中，考慮到窄帶高q的實(shí)際情況，諧振時(shí)輸入部顯示的電阻設(shè)置為r，與功率具有相同的關(guān)系。例如，(2-17)，(2-18)，輸入部在不共振時(shí)表示的阻抗為：可以從格式(2-19)、35、(2-21)、(2-22)、(3)電流、電壓轉(zhuǎn)換特性中獲取。對(duì)于圖(2-8)所示的電流源，使用能量守恒關(guān)系可以輕松地獲得折疊關(guān)系。對(duì)于卡舌并行振蕩電路

13、，阻抗變換的比率為p2，信號(hào)源(電流，電壓)的比率為p。36，(4)電路失諧時(shí)，電流的折疊關(guān)系根據(jù)圖2-7(a)，諧振時(shí)電路電流IL和IC I的比率小于q倍。圖2-8電流源的折疊和圖37，示例2:圖2-11，選項(xiàng)卡電路受電流源的啟發(fā)，忽略電路本身的固有損耗，試驗(yàn)電路兩端電壓u(t)的表達(dá)式和電路帶寬。(2-23)，例如，圖2-11示例2中的攻絲循環(huán)，38，解決方案可以視為q，因?yàn)樗雎噪娐繁旧淼墓逃袚p耗。如圖所示，電路電容是諧振角頻率是電阻R1的接入系數(shù)，電阻R1的接入系數(shù)是電路兩端的電阻為39，電路兩端電壓u(t)等于i(t)，電壓振幅U=IR=2 V，因此輸出電壓是電路的負(fù)載質(zhì)量系數(shù)，電路

14、帶寬，40，此處連接信號(hào)源的回路稱為主回路，與負(fù)荷連接的回路稱為次回路或負(fù)荷回路。在高頻電路中，耦合振蕩電路主要執(zhí)行兩個(gè)方面，即提供比a、阻抗變換b、簡(jiǎn)單諧振電路更好的頻率特性。圖2-10是兩個(gè)典型的耦合循環(huán)。圖2-10(a)是互感耦合電路，圖2-10(b)是電容耦合電路。41，圖2-10兩個(gè)典型耦合電路及其等效電路，42，(2-24)，圖2-10(b)電路的耦合系數(shù)為，(2-25)，1)耦合系數(shù)k:耦合圖2-10(a)電路，耦合系數(shù)為2)反射(輻射)阻抗Zf:由于二次電路的存在對(duì)主電路的影響，這相當(dāng)于主電路中阻抗Zf被反射(發(fā)射)到下一次。在此，一次電流在二次電路中形成劉濤電動(dòng)勢(shì)，并將二次電

15、路阻抗設(shè)定為Z2，可以產(chǎn)生二次，43，(2-26)，電流，二次，二次，二次反電動(dòng)勢(shì)?；颍?4，(2-27)，(2-28)，合并系數(shù)定義如下：根據(jù)圖2-10(c)，可以很容易地獲得，第一串行阻抗可以表示為：耦合系數(shù)與過渡阻抗的初始和二次回路的參數(shù)相同，c，l，q，廣義解調(diào)諧為，45，圖2-10(c)等效回路，過渡阻抗為，(2-29)，由二次劉濤電位生成，二次反射阻抗為如果A1具有兩個(gè)較大的值和凹點(diǎn)，則A1的情況通常為臨界連接，此時(shí)過渡阻抗顯示為| Z21 |max。例如，將47、(2-35)、(2-33)、(2-34)、表達(dá)式(2-32)和頻率的關(guān)系稱為耦合回路的頻率特性顯示在圖2-11中。臨界組合時(shí)(A1)為：我們過分組合了a1(kr)的情況。與單諧振電路類似(詩):通過頻帶：48，圖2-11耦合電路的頻率特性，49，臨界耦合時(shí)的矩形系數(shù)為3.15，比簡(jiǎn)單諧振電路小得多。第二，高頻變壓器和傳輸線變壓器1，高頻變壓器1)功能：高頻變壓器在數(shù)十兆赫的高頻電路中工作，通常用于信號(hào)傳輸、阻塞直流和阻抗轉(zhuǎn)換等。矩形系數(shù)，50，2)結(jié)構(gòu)特性高頻變壓器的基本原理與低頻變壓器相同，由磁通交叉鏈或互感耦合。(1