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1、高频衡阳师院课件本讲稿第一页，共一百零九页第二章第二章 高频电路基础高频电路基础2.1 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件*本讲稿第二页，共一百零九页高频电路中的元器件高频电路中的元器件高频电路是由各种有源器件、高频电路是由各种有源器件、无源元件和无源无源元件和无源网络组成的。网络组成的。高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用的元器件基本相同的元器件基本相同,但要注意它们在工作频率较高时的但要注意它们在工作频率较高时的高频特性。高频特性。本讲稿第三页，共一百零九页高频电路中的元件高频电路中的元件1）电阻电阻一个电阻一个电阻R的高频等效电路如图

2、的高频等效电路如图21所示所示,其中其中,CR为分布电容为分布电容,LR为引线电感为引线电感,R为电阻。为电阻。电阻的高频等效电路电阻的高频等效电路 本讲稿第四页，共一百零九页理想电容器的容抗为理想电容器的容抗为1/(jC),如图（如图（b）虚线所示）虚线所示，实际电容器存在损耗电阻，实际电容器存在损耗电阻RC和引线电感和引线电感LC，如图（，如图（a）所示。）所示。电容器的高频等效电路及阻抗特性电容器的高频等效电路及阻抗特性 2）电容电容高频电路中的元件高频电路中的元件本讲稿第五页，共一百零九页理理想想电电感感器器L的的感感抗抗为为jL，实实际际电电感感器器存存在在分分布电容和损耗电阻布电容

3、和损耗电阻。3）电感电感高频电路中的元件高频电路中的元件电感器的高频等效电路电感器的高频等效电路本讲稿第六页，共一百零九页 1）晶体二极管晶体二极管晶晶体体二二极极管管在在高高频频中中主主要要用用于于调调制制、解解调调及及混频等非线性变换电路中混频等非线性变换电路中,工作在低电平。工作在低电平。高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件另一种在高频中应用很广的二极管是变容二另一种在高频中应用很广的二极管是变容二极管。极管。CV本讲稿第七页，共一百零九页 2）晶体三极管与场效应管（晶体三极管与场效应管（FET）在在高高频频中中应应用用的的晶晶体体管管仍仍然然是是双双极极晶晶体体管管和和各各种种场场

4、效效应应管管，这这些些管管子子比比用用于于低低频频的的管管子子性性能能更更好好,在外形结构方面也有所不同。在外形结构方面也有所不同。高高频频晶晶体体管管有有两两大大类类型型:一一类类是是作作小小信信号号放放大大的的高高频频小小功功率率管管,对对它它们们的的主主要要要要求求是是高高增增益益和和低低噪噪声声;另另一一类类为为高高频频功功率率放放大大管管,除除了了增增益益外外,要要求求其其在在高高频有较大的输出功率。频有较大的输出功率。高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件本讲稿第八页，共一百零九页 2）晶体三极管与场效应管（晶体三极管与场效应管（FET）晶体管的高频参数：晶体管的高频参数：高频电

5、路中的有源器件高频电路中的有源器件截止频率截止频率f特征频率特征频率 fT T截止频率截止频率f本讲稿第九页，共一百零九页第二章第二章 高频电路基础高频电路基础2.2 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路*本讲稿第十页，共一百零九页 高高频频电电路路中中的的基基本本电电路路（无无源源组组件件或或无无源源网网络络）主主要要有有高高频频振振荡荡（谐谐振振）回回路路、高高频频变变压压器器、谐谐振振器器与与滤滤波波器器等等,它它们们完完成成信信号号的的传传输输、频频率率选选择及阻抗变换等功能。择及阻抗变换等功能。高频电路中的组件高频电路中的组件本讲稿第十一页，共一百零九页（一）（一）高频振

6、荡回路高频振荡回路*本讲稿第十二页，共一百零九页并联谐振回路并联谐振回路 串联谐振回路串联谐振回路 分类分类高频振荡（谐振）回路高频振荡（谐振）回路高频振荡（谐振）回路由电感和电容组成。高频振荡（谐振）回路由电感和电容组成。本讲稿第十三页，共一百零九页串联振荡回路及其特性串联振荡回路及其特性串联谐振回路串联谐振回路本讲稿第十四页，共一百零九页串联谐振回路串联谐振回路令其虚部为零，求得串联谐振频率为令其虚部为零，求得串联谐振频率为本讲稿第十五页，共一百零九页串联谐振回路串联谐振回路串联谐振频率为串联谐振频率为此时阻抗最小，且为纯电阻此时阻抗最小，且为纯电阻本讲稿第十六页，共一百零九页串联谐振回路

7、串联谐振回路本讲稿第十七页，共一百零九页 若若在在串串联联振振荡荡回回路路两两端端加加一一恒恒压压信信号号,则则发发生生串串联联谐谐振振时时因因阻阻抗抗最最小小,流流过过电电路路的的电电流流最最大大,称称为为谐谐振振电电流流,其值为其值为串联谐振回路串联谐振回路本讲稿第十八页，共一百零九页 在任意频率下的回路电流在任意频率下的回路电流与谐振电流之比为与谐振电流之比为串联谐振回路串联谐振回路其中其中,称为回路的品质因数。称为回路的品质因数。本讲稿第十九页，共一百零九页 其模为其模为 在任意频率下的回路电流在任意频率下的回路电流与谐振电流之比为与谐振电流之比为串联谐振回路串联谐振回路本讲稿第二十页

8、，共一百零九页根据上式画出相应的曲线根据上式画出相应的曲线,称为谐振曲线。称为谐振曲线。串联谐振回路串联谐振回路本讲稿第二十一页，共一百零九页 在在实实际际应应用用中中,外外加加信信号号的的频频率率与与回回路路谐谐振振频频率率0之之差差=-0表表示示频频率率偏偏离离谐谐振振的的程程度度,称称为为失失谐谐。当当与与0很接近时很接近时,令令 为广义失谐为广义失谐串联谐振回路串联谐振回路则则可写成可写成本讲稿第二十二页，共一百零九页 当当保保持持外外加加信信号号的的幅幅值值不不变变而而改改变变其其频频率率时时,将将回回路路电电流流值值下下降降为为谐谐振振值值的的时时对对应应的的频频率率范范围围称称为

9、为回回路路的的通通频频带带,也也称称回回路路带带宽宽,通通常常用用B来来表表示示。令令上上式式等等于于,则则可可推推得得=1,从而可得带宽为从而可得带宽为.串联谐振回路串联谐振回路Q越高，带宽越窄。越高，带宽越窄。本讲稿第二十三页，共一百零九页串联谐振回路串联谐振回路由于有：由于有：所以串联谐振时：所以串联谐振时：串联谐振时的电流、串联谐振时的电流、电压关系电压关系（又称为电压谐振）（又称为电压谐振）本讲稿第二十四页，共一百零九页并联谐振回路及其等效电路、并联谐振回路及其等效电路、阻抗特性和辐角特性阻抗特性和辐角特性(a)并联谐振回路并联谐振回路;（b）等效电路）等效电路;（c）阻抗特性）阻抗

10、特性;（d）辐角特性）辐角特性并联谐振回路并联谐振回路本讲稿第二十五页，共一百零九页并联谐振回路的并联阻抗为并联谐振回路的并联阻抗为 并联谐振回路并联谐振回路本讲稿第二十六页，共一百零九页并联谐振回路并联谐振回路 定定义义使使感感抗抗与与容容抗抗相相等等的的频频率率为为并并联联谐谐振振频频率率0,令令Zp的的虚部为零虚部为零,求解方程的根就是求解方程的根就是0,可得可得式中式中,Q为回路的品质因数为回路的品质因数,当当时时,本讲稿第二十七页，共一百零九页并联回路在谐振时的阻抗最大并联回路在谐振时的阻抗最大,为一电阻为一电阻R0并联谐振回路并联谐振回路在任意频率下的阻抗在任意频率下的阻抗本讲稿第

11、二十八页，共一百零九页并联回路在谐振时的阻抗最大并联回路在谐振时的阻抗最大,为一电阻为一电阻R0并联谐振回路并联谐振回路品质因数品质因数Q的另一种表示形式的另一种表示形式本讲稿第二十九页，共一百零九页并联谐振回路并联谐振回路品质因数品质因数Q的两种表示形式的两种表示形式本讲稿第三十页，共一百零九页并联回路在在任意频率下的阻抗并联回路在在任意频率下的阻抗并联谐振回路并联谐振回路与与0相差不大时可简化为相差不大时可简化为 对应的阻抗模值与幅角分别为对应的阻抗模值与幅角分别为本讲稿第三十一页，共一百零九页并联谐振回路并联谐振回路并联谐振回路的幅频特性并联谐振回路的幅频特性本讲稿第三十二页，共一百零九

12、页并联谐振回路并联谐振回路并联谐振回路的相频特性并联谐振回路的相频特性对比串联回路：对比串联回路：本讲稿第三十三页，共一百零九页并联谐振回路并联谐振回路由于有：由于有：所以并联谐振时：所以并联谐振时：并联谐振时的电流、并联谐振时的电流、电压关系电压关系（又称为电流谐振）（又称为电流谐振）本讲稿第三十四页，共一百零九页 例例1 设设一一放放大大器器以以简简单单并并联联振振荡荡回回路路为为负负载载,信信号号中心频率中心频率fs=10MHz,回路电容回路电容C=50pF,(1)试计算所需的线圈电感值。试计算所需的线圈电感值。(2)若若线线圈圈品品质质因因数数为为Q=100,试试计计算算回回路路谐谐振

13、振电阻及回路带宽。电阻及回路带宽。(3)若若放放大大器器所所需需的的带带宽宽B=0.5MHz,则则应应在在回回路路上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求?并联谐振回路并联谐振回路本讲稿第三十五页，共一百零九页公公 式式 归归 纳纳串联谐振回路基本公式：串联谐振回路基本公式：本讲稿第三十六页，共一百零九页公公 式式 归归 纳纳并联谐振回路基本公式：并联谐振回路基本公式：本讲稿第三十七页，共一百零九页将将f0以以兆兆赫赫兹兹(MHz)为为单单位位,以以皮皮法法(pF)为为单单位位,L以以微微亨亨（H）为单位，）为单位，上式可变为一实用计算公式上式可变为一实

14、用计算公式:将将f0=fs=10MHz代入代入,得得解解(1)计算计算L值。值。由式由式(22),可得可得并联谐振回路并联谐振回路本讲稿第三十八页，共一百零九页 (2)回路谐振电阻和带宽。由式回路谐振电阻和带宽。由式(212)并联谐振回路并联谐振回路回路带宽为回路带宽为 本讲稿第三十九页，共一百零九页设设回回路路上上并并联联电电阻阻为为R1,并并联联后后的的总总电电阻阻为为R1R0,总总的的回路回路有载品质因数有载品质因数为为QL。由带宽公式由带宽公式,有有此时要求的带宽此时要求的带宽B=0.5MHz,故故回路总电阻为回路总电阻为并联谐振回路并联谐振回路(3)求满足求满足0.5MHz带宽的并联

15、电阻。带宽的并联电阻。需要在回路上并联的电阻。需要在回路上并联的电阻。本讲稿第四十页，共一百零九页电路如下图所示，已知电路如下图所示，已知L=586H，C=200pF，r=12，RL为负载电为负载电阻。阻。试试求：求：(1)未接入未接入RL时，回路的品质因数时，回路的品质因数Q0、谐振电阻、谐振电阻RP、通、通频带频带BW0.7。(2)RL=200K时时，回路的等效品质因数回路的等效品质因数QL、谐振电阻、谐振电阻R、通频带、通频带BW0.7。课课 堂堂 练练 习习本讲稿第四十一页，共一百零九页 电路如下图所示，已知电路如下图所示，已知L=586H，C=200pF，r=12，RL为负载电为负载

16、电阻。阻。试试求：求：(1)未接入未接入RL时，回路的品质因数时，回路的品质因数Q0、谐振电阻、谐振电阻RP、通、通频带频带BW0.7。课课 堂堂 练练 习习本讲稿第四十二页，共一百零九页 电路如下图所示，已知电路如下图所示，已知L=586H，C=200pF，r=12，RL为负载电为负载电阻。阻。试试求：求：(2)RL=200K时时，回路的等效品质因数回路的等效品质因数QL、谐振电、谐振电阻阻R、通频带、通频带BW0.7。课课 堂堂 练练 习习本讲稿第四十三页，共一百零九页抽头并联谐振回路抽头并联谐振回路抽头并联谐振回路的引入：抽头并联谐振回路的引入：“部分接入部分接入”本讲稿第四十四页，共一

17、百零九页抽头并联谐振回路抽头并联谐振回路几种常见抽头振荡回路几种常见抽头振荡回路“部分接入部分接入”本讲稿第四十五页，共一百零九页抽头并联谐振回路抽头并联谐振回路R1（接入系数）（接入系数）（等效原则）（等效原则）将将R0等效为等效为R：本讲稿第四十六页，共一百零九页抽头并联谐振回路抽头并联谐振回路接入系数接入系数本讲稿第四十七页，共一百零九页抽头并联谐振回路抽头并联谐振回路L2L1接入系数接入系数本讲稿第四十八页，共一百零九页抽头并联谐振回路抽头并联谐振回路电流源的折合电流源的折合 本讲稿第四十九页，共一百零九页 例例2如如图图所所示示抽抽头头回回路路由由电电流流源源激激励励,忽忽略略回回路

18、路本本身身的的固固有有损损耗耗,试试求求回回路路两两端端电电压压u(t)、输输出出电电压压u1(t)的的表表示示式式及及回回路路带宽。带宽。抽头并联谐振回路抽头并联谐振回路本讲稿第五十页，共一百零九页 解解由由于于忽忽略略了了回回路路本本身身的的固固有有损损耗耗,因因此此可可以以认认为为Q。由由图可知图可知,回路电容为回路电容为 谐振角频率为谐振角频率为 电阻电阻R1的接入系数的接入系数R1等效到回路两端的电阻为等效到回路两端的电阻为 抽头并联谐振回路抽头并联谐振回路（）本讲稿第五十一页，共一百零九页 谐振时回路两端电压谐振时回路两端电压u(t)与与i(t)同相同相,电压振幅电压振幅U=IR=

19、2V,输出电压为输出电压为 回路有载品质因数回路有载品质因数 回路带宽回路带宽 抽头并联谐振回路抽头并联谐振回路本讲稿第五十二页，共一百零九页 在高频电路中在高频电路中,有时用到两个互相耦合的振荡回路有时用到两个互相耦合的振荡回路,也称为也称为双调谐回路。双调谐回路。图图（a）是互感耦合电路）是互感耦合电路,图图(b)是电容耦合是电容耦合回路。回路。耦合振荡回路耦合振荡回路*两种常见的耦合回路两种常见的耦合回路本讲稿第五十三页，共一百零九页 耦合振荡回路的作用：一是用来进行阻抗变换以完成高耦合振荡回路的作用：一是用来进行阻抗变换以完成高频信号的传送；二是形成比简单振荡回路更好的频率特性。频信号

20、的传送；二是形成比简单振荡回路更好的频率特性。两种常见的耦合回路两种常见的耦合回路耦合振荡回路耦合振荡回路*本讲稿第五十四页，共一百零九页耦合系数为耦合系数为耦合振荡回路耦合振荡回路*本讲稿第五十五页，共一百零九页耦合振荡回路耦合振荡回路*k=k0为临界耦合为临界耦合kk0为过耦合为过耦合本讲稿第五十六页，共一百零九页选择性常采用矩形系数来表示选择性常采用矩形系数来表示耦合振荡回路耦合振荡回路*本讲稿第五十七页，共一百零九页（单谐振回路的（单谐振回路的）对临界耦合对临界耦合耦合振荡回路耦合振荡回路*本讲稿第五十八页，共一百零九页P60:2-2 P60:2-2 图示为波段内调谐用的并联振荡回路，

21、可变电容图示为波段内调谐用的并联振荡回路，可变电容C C的变化范围为的变化范围为 1212260 pF260 pF，C Ct t为微调电容，要求此回路的调谐范围为为微调电容，要求此回路的调谐范围为5355351605 kHz1605 kHz，求回路电感，求回路电感L L和和C Ct t的值，并要求的值，并要求C C的最大和最小值与的最大和最小值与波段的最低和最高频率对应。波段的最低和最高频率对应。课课 堂堂 练练 习习本讲稿第五十九页，共一百零九页课课 堂堂 练练 习习本讲稿第六十页，共一百零九页课课 外外 作作 业业2 21 1对对 于于 收收 音音 机机 的的 中中 频频 放放 大大 电电

22、 路路，其其 中中 心心 频频 率率f f0 0=465=465 kHzkHzB B0.7070.707=8kHz=8kHz，回回路路电电容容C=200 C=200 PFPF，试试计计算算回回路路电电感感和和 Q QL L值值。若若电电感感线线圈圈的的 Q QO O=100=100，问问在在回回路路上上应应并并联联多多大大的的电电阻阻才才能能满满足足要求。要求。2 23 3 图示为一电容抽头的并联振荡回路。谐振频率图示为一电容抽头的并联振荡回路。谐振频率f f0 0=1MHz=1MHz，C C1 1=400=400 pfpf，C C2 2=100 pF=100 pF 求回路电感求回路电感 L

23、L。若。若 Q Q0 0=100=100，R RL L=2k=2k，求回路有，求回路有载载 Q QL L值。值。本讲稿第六十一页，共一百零九页（二）（二）高频变压器和传输线变压器高频变压器和传输线变压器*本讲稿第六十二页，共一百零九页（三）（三）石英晶体谐振器石英晶体谐振器*本讲稿第六十三页，共一百零九页石英晶体谐振器石英晶体谐振器石英晶体谐振器石英晶体谐振器本讲稿第六十四页，共一百零九页石英晶体谐振器石英晶体谐振器 石英晶体具有石英晶体具有压电效应压电效应：当晶体受到应力作用时：当晶体受到应力作用时,在在它的某些特定表面上将出现电荷它的某些特定表面上将出现电荷,而且应力大小与电荷密而且应力大

24、小与电荷密度之间存在着线性关系度之间存在着线性关系,这是这是正压电效应正压电效应；当晶体受到电场作用时当晶体受到电场作用时,在它的某些特定方向上在它的某些特定方向上将出现应力变化将出现应力变化,而且电场强度与应力变化之间存在着线而且电场强度与应力变化之间存在着线性关系性关系,这是这是逆压电效应逆压电效应。本讲稿第六十五页，共一百零九页 当交流电压加在晶体两端当交流电压加在晶体两端,晶体先随电压变化产晶体先随电压变化产生应变生应变,然后机械振动又使晶体表面产生交变电荷。然后机械振动又使晶体表面产生交变电荷。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时,晶体晶体

25、片的机械振动最大片的机械振动最大,晶体表面电荷量最多晶体表面电荷量最多,外电路中外电路中的交流电流最强的交流电流最强,于是产生了于是产生了压电谐振压电谐振。石英晶体谐振器石英晶体谐振器本讲稿第六十六页，共一百零九页静态电容静态电容C0约约1pF10pF动态电感动态电感Lq约约10-3H102H动态电容动态电容Cq约约10-4pF10-1pF动态电阻动态电阻rq约几十欧到几百欧约几十欧到几百欧下图是石英晶振的符号和等效电路。下图是石英晶振的符号和等效电路。由以上参数可以看到：由以上参数可以看到：）石英晶振的值和特性阻抗石英晶振的值和特性阻抗都非常高，值可达几万都非常高，值可达几万到几百万到几百万

26、,因为：因为：石英晶体谐振器石英晶体谐振器本讲稿第六十七页，共一百零九页 2）由于石英晶振的接入系数由于石英晶振的接入系数p=Cq(C0+Cq)很小很小,所以所以外接元器件参数对石英晶振的影响很小。外接元器件参数对石英晶振的影响很小。因此不难理解石英晶振的频率稳定度是非常高的。因此不难理解石英晶振的频率稳定度是非常高的。静态电容静态电容C0约约1pF10pF动态电感动态电感Lq约约10-3H102H动态电容动态电容Cq约约10-4pF10-1pF动态电阻动态电阻rq约几十欧到几百欧约几十欧到几百欧下图是石英晶振的符号和等效电路。下图是石英晶振的符号和等效电路。由以上参数可以看到：由以上参数可以

27、看到：石英晶体谐振器石英晶体谐振器本讲稿第六十八页，共一百零九页串联谐振频率串联谐振频率并联谐振频率并联谐振频率石英晶体谐振器石英晶体谐振器（因为（因为Cq1kHzf1kHz时可忽略。时可忽略。分配噪声：分配噪声：通过发射结的非平衡载流子大部分到达集电结形成通过发射结的非平衡载流子大部分到达集电结形成IC,而而小部分在基区内复合形成小部分在基区内复合形成IB。这两部分电流的分配比例是随机的这两部分电流的分配比例是随机的,从而从而造成集电极电流在静态值上下起伏变化产生的噪声造成集电极电流在静态值上下起伏变化产生的噪声。本讲稿第一百零一页，共一百零九页场效应管的噪声场效应管的噪声沟道热噪声：沟道热

28、噪声：由导电沟道电阻产生的噪声。与一般电阻不同，沟道由导电沟道电阻产生的噪声。与一般电阻不同，沟道电阻的大小是受到栅极电压控制。电阻的大小是受到栅极电压控制。栅极散粒噪声：栅极散粒噪声：由于栅极内电荷不规则起伏引起的噪声。由于栅极内电荷不规则起伏引起的噪声。栅极感应噪声：栅极感应噪声：沟道中的起伏噪声通过沟道与栅极之间的沟道中的起伏噪声通过沟道与栅极之间的电容，在栅极上感应产生的噪声。电容，在栅极上感应产生的噪声。1/f 1/f 噪声：噪声：产生机理和形态与双极型晶体管大致相同：产生机理和形态与双极型晶体管大致相同：与半导体与半导体材料有关，材料有关，f1kHzf1kHz时可忽略。时可忽略。本

29、讲稿第一百零二页，共一百零九页第二章第二章 高频电路基础高频电路基础2.4 2.4 噪声系数和噪声温度噪声系数和噪声温度*本讲稿第一百零三页，共一百零九页噪噪 声声 系系 数数 噪噪声声系系数数定定义义为为输输入入端端的的信信号号噪噪声声功功率率比比(S/N)i与与输输出出端端的信号噪声功率比的信号噪声功率比(S/N)o的比值的比值,即即噪声系数的定义噪声系数的定义 本讲稿第一百零四页，共一百零九页 KP为为电电路路的的功功率率传传输输系系数数(或或功功率率放放大大倍倍数数)。用用Na表表示示线线性性电电路路内内部部附附加加噪噪声声功功率率在在输输出出端端的的输输出出,考考虑虑到到KP=o/S

30、i,上式可以表示为上式可以表示为噪噪 声声 系系 数数本讲稿第一百零五页，共一百零九页 噪声系数通常用噪声系数通常用dB表示表示,用用dB表示的噪声系数为表示的噪声系数为 噪噪 声声 系系 数数本讲稿第一百零六页，共一百零九页多级放大器的噪声系数多级放大器的噪声系数多级放大器总的噪声系数主要取决于第一级的噪声系数。多级放大器总的噪声系数主要取决于第一级的噪声系数。越是后级越是后级的电路对噪声系数的影响越小的电路对噪声系数的影响越小,这是因为越到后级信号的功率越大这是因为越到后级信号的功率越大,其内部噪声对信噪比的影响就不大了。其内部噪声对信噪比的影响就不大了。可见可见第一级采用低噪声高增益电路第一级采用低噪声高增益电路是极其重要的。是极其重要的。本讲稿第一百零七页，共一百零九页等等 效效 噪噪 声声 温温 度度将线性电路的内部附加噪声折算到输入端将线性电路的内部附加噪声折算到输入端,此附加噪声可此附加噪声可以用提高信号源内阻上的温度来等效以用提高信号源内阻上的温度来等效,这就是这就是“噪声温度噪声温度”。本讲稿第一百零八页，共一百零九页课课 外外 作作 业业P59：2.12.3本讲稿第一百零九页，共一百零九页