频电子线路课件.ppt

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1、第2章 高频电路基础 第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 2.3 电子噪声及其特性电子噪声及其特性2.4 噪声系数和噪声温度噪声系数和噪声温度1第2章 高频电路基础 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 一、高频电路中的元件一、高频电路中的元件 高频电路中使用的元器件与在低频电路中使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，但要注意它们在高频使用用的元器件基本相同，但要注意它们在高频使用时的时的高频特性高频特性。高频电路中的元件主要是高频电路中的元件主要是电阻器、电容器

2、和电阻器、电容器和电感器，电感器，它们都属于它们都属于无源的线性元件无源的线性元件。高频电路中的高频电路中的有源器件有源器件主要是主要是二极管、晶体二极管、晶体管和集成电路管和集成电路，完成信号的，完成信号的放大、非线性变换放大、非线性变换等等功能。功能。2第2章 高频电路基础 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 一、高频电路中的元件一、高频电路中的元件1、高频电阻、高频电阻高频等效电路：高频等效电路：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。分布电容和引线电感越小，表明电阻的高频特性越好。分布电容和引线电感越小，表明电阻的高频特性越好。3第2章 高频

3、电路基础 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 频率越高，电阻器的高频特性表现越明显。频率越高，电阻器的高频特性表现越明显。电阻器的高频特性与制作电阻的材料、电阻的电阻器的高频特性与制作电阻的材料、电阻的封装形式和尺寸大小有密切关系。封装形式和尺寸大小有密切关系。1、高频电阻、高频电阻一般地，一般地，金属膜电阻比碳膜电阻的高频特性要好，而碳膜金属膜电阻比碳膜电阻的高频特性要好，而碳膜 电阻比线绕电阻的高频特性要好电阻比线绕电阻的高频特性要好;表面贴装表面贴装(SMD)电阻比普通电阻的高频特性要好电阻比普通电阻的高频特性要好;小尺寸的电阻比大尺寸电阻的高频特性要好。小尺寸的电阻比大尺寸电

4、阻的高频特性要好。4第2章 高频电路基础 电阻电阻R R随频率增高而增加，这主要是随频率增高而增加，这主要是集肤效应集肤效应的影响。所谓的影响。所谓集肤效应集肤效应是指随着工作频率的增高，是指随着工作频率的增高，流过导线的交流电流向导线表面集中这一现象，当流过导线的交流电流向导线表面集中这一现象，当频率很高时，导线中心部位几乎完全没有电流流过，频率很高时，导线中心部位几乎完全没有电流流过，这相当于把导线的横截面积减小为导线的圆环面积，这相当于把导线的横截面积减小为导线的圆环面积，导电的有效面积较直流时大为减小，电阻导电的有效面积较直流时大为减小，电阻r r增大。工增大。工作频率越高，圆环的面积

5、越小，导线电阻就越大。作频率越高，圆环的面积越小，导线电阻就越大。5第2章 高频电路基础 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 2、高频电容、高频电容高频电路中常常使用片状电容和表面贴装电容。高频电路中常常使用片状电容和表面贴装电容。高频等效电路：高频等效电路：电阻电阻RC为极间绝缘电阻，它是由于两导体间的介质的非为极间绝缘电阻，它是由于两导体间的介质的非理想理想(非完全绝缘非完全绝缘)所致所致;电感电感LC为分布电感或为分布电感或(和和)极间电感。极间电感。在高频电路中，电容的损耗可以忽略不计，但如在高频电路中，电容的损耗可以忽略不计，但如果到了微波波段，电容中的损耗就必须加以考虑。

6、果到了微波波段，电容中的损耗就必须加以考虑。7第2章 高频电路基础 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 2、高频电容、高频电容 f 频率频率阻阻抗抗电容器阻抗特性电容器阻抗特性 每个电容器都有一个自身谐振频率。每个电容器都有一个自身谐振频率。：电容器呈正常的：电容器呈正常的电容特性电容特性，：电容器等效为一个：电容器等效为一个电感电感。8第2章 高频电路基础 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 3、高频电感、高频电感 主要用作主要用作谐振元件、滤波元件和阻隔元件谐振元件、滤波元件和阻隔元件（称（称为射频扼流圈为射频扼流圈 RFC）。）。电感线圈的损耗：在高频电路中是不能忽略

7、的。电感线圈的损耗：在高频电路中是不能忽略的。分布电容的影响：在分析一般的长、中、短波频段分布电容的影响：在分析一般的长、中、短波频段电路时，通常可以忽略。电路时，通常可以忽略。高频等效电路：高频等效电路：9第2章 高频电路基础 Q Q 值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。Q 定义：高频电感器的感抗与其定义：高频电感器的感抗与其串联损耗电阻串联损耗电阻之比。之比。2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 3、高频电感、高频电感如何表示高频电感的损耗性能？如何表示高频电感的损耗性能？品质因数品质因数 Q高频等效电路：高频等效电路：10第

8、2章 高频电路基础 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 二、高频电路中的有源器件二、高频电路中的有源器件主要是：主要是：二极管二极管晶体管晶体管集成电路集成电路完成信号的放大、非线性变换完成信号的放大、非线性变换等功能。等功能。11第2章 高频电路基础 1、晶体二极管、晶体二极管 主要用于主要用于检波、调制、解调及混频检波、调制、解调及混频等非线性变换等非线性变换电路中，工作在低电平。电路中，工作在低电平。变容二极管变容二极管点接触式二极管、表面势垒二极管点接触式二极管、表面势垒二极管(又称肖特基二极管又称肖特基二极管)。2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 高频中常用二极管

9、：高频中常用二极管：特点：它们的极间电容小、工作频率高。特点：它们的极间电容小、工作频率高。特点：电容随偏置电压变化。特点：电容随偏置电压变化。12第2章 高频电路基础 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 2、晶体三极管与场效应管（、晶体三极管与场效应管（FET)高频功率放大管高频功率放大管 要求除了增益外，要有较大的输出功率。要求除了增益外，要有较大的输出功率。高频晶体管有两大类型高频晶体管有两大类型:小信号放大的小信号放大的高频小功率管高频小功率管 要求：增益高和噪声低要求：增益高和噪声低;小信号的场效应管小信号的场效应管也能工作在同样高的频率，且噪声更也能工作在同样高的频率，且

10、噪声更低。低。目前双极型小信号放大管，工作频率可达几千兆赫兹，目前双极型小信号放大管，工作频率可达几千兆赫兹，噪声系数为几分贝。噪声系数为几分贝。13第2章 高频电路基础 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 3、集成电路（、集成电路（IC)（1）目前）目前通用型通用型的宽带集成放大器，工作频率可达的宽带集成放大器，工作频率可达一二百兆赫兹，增益可达五六十分贝，一二百兆赫兹，增益可达五六十分贝，甚至更高。甚至更高。用于高频的晶体管模拟相乘器，工作频率也可达一用于高频的晶体管模拟相乘器，工作频率也可达一百兆赫兹以上。百兆赫兹以上。用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成用于高频的

11、集成电路的类型和品种要比用于低频的集成电路少得多，主要分为电路少得多，主要分为通用型和专用型通用型和专用型两种。两种。（2）专用集成电路专用集成电路(ASIC):集成锁相环、集成调频集成锁相环、集成调频信号解调器、单片集成接收机以及电视机中的专用信号解调器、单片集成接收机以及电视机中的专用集成电路等。集成电路等。14第2章 高频电路基础 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。高频电路中的基本电路主要有：高频电路中的基本电路主要有：高频振荡高频振荡(谐振谐振)回路回路高频变压器高频变压器谐振器与各种滤波器谐振

12、器与各种滤波器完成功能：完成功能：15第2章 高频电路基础 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 一、高频振荡回路一、高频振荡回路本节主要内容：本节主要内容：1、简单振荡回路、简单振荡回路 2、抽头并联振荡回路、抽头并联振荡回路3、耦合振荡回路、耦合振荡回路二、高频变压器和传输线变压器二、高频变压器和传输线变压器三、石英晶体谐振器三、石英晶体谐振器四、集中滤波器四、集中滤波器16第2章 高频电路基础 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 一、高频振荡回路一、高频振荡回路 是高频电路中应用最广的无源网络，它是构成高频是高频电路中应用最广的无源网络，它是构成高频放大器、振荡

13、器以及各种滤波器的主要部件。放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件。下面分简单振荡回路、抽头并联振荡回路和耦合振荡下面分简单振荡回路、抽头并联振荡回路和耦合振荡回路三部分来讨论。回路三部分来讨论。阻抗变换、信号选择与滤波、相频转换和移相阻抗变换、信号选择与滤波、相频转换和移相等功能，并可直接作为负载使用。等功能，并可直接作为负载使用。完成功能：完成功能：17第2章 高频电路基础 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 1、简单振荡回路、简单振荡回路 振荡回路就是由电感和电容串联或并联形成振荡回路就是由电感和电容串联或并联形成的回路。的回路。具有具有谐振特性和频率选择作用，谐振特性和频

14、率选择作用，这是它在高这是它在高频电子线路中得到广泛应用的重要原因。频电子线路中得到广泛应用的重要原因。组成：组成：作用：作用：18第2章 高频电路基础 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 1、简单振荡回路、简单振荡回路（1）并联谐振回路）并联谐振回路（2）串联谐振回路）串联谐振回路19第2章 高频电路基础（1）并联谐振回路）并联谐振回路 振荡回路的阻抗在某一特定频率上具振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最大或最小值的特性称为谐振特性。有最大或最小值的特性称为谐振特性。谐振特性：谐振特性：并联阻抗：并联阻抗：谐振条件：谐振条件：20第2章 高频电路基础（1）并联谐振回路）并联谐振

15、回路(a)谐振频率谐振频率并联阻抗：并联阻抗：(b)特性阻抗特性阻抗21第2章 高频电路基础(a)谐振频率谐振频率并联阻抗：并联阻抗：(b)特性阻抗特性阻抗(c)品质因数品质因数i(d)谐振阻抗谐振阻抗谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比。谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比。并联谐振回路的等效电路？并联谐振回路的等效电路？22第2章 高频电路基础 并联谐振回路的等效电路并联谐振回路的等效电路等效电路等效电路谐振阻抗：谐振阻抗：并联阻抗：并联阻抗：23第2章 高频电路基础(a)谐振频率谐振频率(b)特性阻抗特性阻抗(c)品质因数品质因数(d)谐振阻抗谐振阻抗用用 r 表示表示用用 R0表示

16、表示24第2章 高频电路基础 并联回路谐振时的电流、电压关系并联回路谐振时的电流、电压关系流过流过 L 的电流是感性电流，它落后于回路两端电压的电流是感性电流，它落后于回路两端电压90。流过流过 C 的电流是容性电流，超前于回路两端电压的电流是容性电流，超前于回路两端电压90。流过流过R0的电流与回路电压同相。的电流与回路电压同相。25第2章 高频电路基础 并联回路谐振时的电流、电压关系并联回路谐振时的电流、电压关系谐振时谐振时IL、IC与与 I 的关系：的关系：结论：通过电感线圈的电流结论：通过电感线圈的电流 IL 或电容器的电流或电容器的电流 IC 比外部电流比外部电流 I 大得多。大得多

17、。26第2章 高频电路基础（1）并联谐振回路）并联谐振回路 分析并联回路在谐振频率附近的阻抗特性：分析并联回路在谐振频率附近的阻抗特性：因为因为定义广义失谐量定义广义失谐量:27第2章 高频电路基础 广义失谐量广义失谐量:分析分析:当当=0 时，时，ZP 达最大值：达最大值：R0阻抗模值：阻抗模值：阻抗相角：阻抗相角：并联阻抗：并联阻抗：28第2章 高频电路基础 阻抗模值：阻抗模值：阻抗相角：阻抗相角：阻抗特性：阻抗特性：相位特性：相位特性：29第2章 高频电路基础 画出幅频特性曲线：画出幅频特性曲线：分析相频特性：分析相频特性：当当 0 时，即时，即Cq，得：，得：接入系数：接入系数：p C

18、q/C0 q q时，晶时，晶体谐振器等效为电感。体谐振器等效为电感。当当 0 0时，时，晶体谐振器呈容性晶体谐振器呈容性;85第2章 高频电路基础 三、石英晶体谐振器三、石英晶体谐振器 晶体的谐振频率晶体的谐振频率fq和和f0非常稳定。非常稳定。晶体谐振器有非常高的品质因数。晶体谐振器有非常高的品质因数。晶体谐振器的接入系数非常小，一般为晶体谐振器的接入系数非常小，一般为 103数量级，数量级，甚至更小。甚至更小。晶体在工作频率附近阻抗变化率大，有很高的并联谐振晶体在工作频率附近阻抗变化率大，有很高的并联谐振阻抗。阻抗。因此晶体谐振器的频率稳定度比一般振荡回路因此晶体谐振器的频率稳定度比一般振

19、荡回路要高。要高。（4）晶体谐振器与一般振荡回路比较）晶体谐振器与一般振荡回路比较86第2章 高频电路基础 三、石英晶体谐振器三、石英晶体谐振器 3.晶体谐振器的应用晶体谐振器的应用（2）用它作成高频窄带滤波器。）用它作成高频窄带滤波器。（1）主要应用于晶体振荡器中）主要应用于晶体振荡器中晶体滤波器电路晶体滤波器电路Z1Z2等效等效等效为电桥电路等效为电桥电路87第2章 高频电路基础 Z1Z2三、石英晶体谐振器三、石英晶体谐振器 3.晶体谐振器的应用晶体谐振器的应用衰减特性衰减特性滤波器的通带只是在滤波器的通带只是在f q和和f0之间，其余范围为阻带。之间，其余范围为阻带。88第2章 高频电路

20、基础 三、石英晶体谐振器三、石英晶体谐振器 加宽石英晶体两谐振频率之间的宽度？加宽石英晶体两谐振频率之间的宽度？通常用通常用外加电感外加电感与石英晶体串联或并联的方与石英晶体串联或并联的方法实现法实现(这也是扩大晶体振荡器调频频偏的一这也是扩大晶体振荡器调频频偏的一种有效方法种有效方法)。例如：例如：外加电感外加电感与晶体串联的方法与晶体串联的方法串联谐振频率变小，而并联谐振频率不变。串联谐振频率变小，而并联谐振频率不变。89第2章 高频电路基础 四、集中滤波器四、集中滤波器（1 1）利于电路和设备的微型化，便于大量生产；）利于电路和设备的微型化，便于大量生产；（2 2）可提高电路和系统的稳定

21、性，改善系统性能；）可提高电路和系统的稳定性，改善系统性能；（3 3）使电路和系统的设计更加简化。）使电路和系统的设计更加简化。优点：优点：（1）晶体滤波器）晶体滤波器（2）陶瓷滤波器）陶瓷滤波器（3）声表面波滤波器）声表面波滤波器高频电路中常用的集中选频滤波器：高频电路中常用的集中选频滤波器：90第2章 高频电路基础 四、集中滤波器四、集中滤波器1、陶瓷滤波器、陶瓷滤波器 某些陶瓷材料某些陶瓷材料(如常用的锆钛酸铅如常用的锆钛酸铅Pb(ZrTi)O3)Pb(ZrTi)O3)经直流经直流高压电场极化后，可得到类似于石英晶体的压电效应，这高压电场极化后，可得到类似于石英晶体的压电效应，这些陶瓷材

22、料称为压电陶瓷材料。些陶瓷材料称为压电陶瓷材料。因此，陶瓷滤波器的通带较晶体滤波器要宽，因此，陶瓷滤波器的通带较晶体滤波器要宽，但选择性稍差。但选择性稍差。（1）等效电路和晶体谐振器相同；（2）Q值较晶体小得多(约为数百)，但比LC滤波器的高；（3）串、并联频率间隔也较大。91第2章 高频电路基础 对中频信号呈现极小的阻抗，此时负反馈最小，增益对中频信号呈现极小的阻抗，此时负反馈最小，增益最大。离开中频，滤波器成较大阻抗，使放大器负反最大。离开中频，滤波器成较大阻抗，使放大器负反馈增大，增益下降。馈增大，增益下降。2、陶瓷滤波器应用电路、陶瓷滤波器应用电路（1）二端陶瓷滤波器二端陶瓷滤波器92

23、第2章 高频电路基础 2、陶瓷滤波器应用电路、陶瓷滤波器应用电路（2）四端陶瓷滤波器）四端陶瓷滤波器要求滤波器通过（要求滤波器通过（465-5）（465+5）KHz的频带。的频带。例如：例如：如何设计？如何设计？93第2章 高频电路基础 四、集中滤波器四、集中滤波器3、声表面波滤波器、声表面波滤波器（Surface Acoustic Wave)它是沿弹性固体表面传播机械振动波的器件。它是沿弹性固体表面传播机械振动波的器件。在压电固体材料表面产生和传播弹性波，在压电固体材料表面产生和传播弹性波，其其振幅随深入固体材料的深度而迅速减小。振幅随深入固体材料的深度而迅速减小。功能：功能：用做滤波器、延

24、迟线、匹配滤波器用做滤波器、延迟线、匹配滤波器(对某种高对某种高频已调信号的匹配频已调信号的匹配)、信号相关器和卷积器等。、信号相关器和卷积器等。什么是什么是SAW?结构示意图：结构示意图：94第2章 高频电路基础 工作机理：工作机理：当在叉指两端加有高频信号时，通过压电效应，在基片表面激起同频率的声表面波，并沿轴线方向传播。除一端被吸收材料吸收外，另一端的换能器将它变为电信号输出。基片：基片：压电效应材料。压电效应材料。叉指换能器：叉指换能器：SAW结构示意图结构示意图95第2章 高频电路基础 四、集中滤波器四、集中滤波器3、声表面波滤波器（、声表面波滤波器（Surface Acoustic

25、 Wave)均匀叉指均匀叉指 SAW怎样得到更好的幅频特性？怎样得到更好的幅频特性？采用指长、宽度或者间隔变化的非均匀换能器。采用指长、宽度或者间隔变化的非均匀换能器。幅频特性：幅频特性：96第2章 高频电路基础 3、声表面波滤波器（、声表面波滤波器（Surface Acoustic Wave)主要特性：主要特性：(1)工作频率范围宽；工作频率范围宽；(2)相对带宽也比较宽；相对带宽也比较宽；(3)便于器件微型化和片式化；便于器件微型化和片式化；(4)带内插入衰减较大，带内插入衰减较大，这是这是SAW器件的最突出问题，一般不低于器件的最突出问题，一般不低于 15 dB；(5)矩形系数可做到矩形

26、系数可做到 1.12。主要特点主要特点:频率特性好，性能稳定，体积小，设频率特性好，性能稳定，体积小，设计灵活，可靠性高，制造简单且重复性好，适合计灵活，可靠性高，制造简单且重复性好，适合于大批生产。于大批生产。97第2章 高频电路基础 用于通信机的声表面波滤波器的传输恃性用于通信机的声表面波滤波器的传输恃性矩形系数矩形系数(图上图上40 dB与与3 dB带宽之比带宽之比)约为约为1.1。98第2章 高频电路基础 2.3 电子噪声及其特性电子噪声及其特性一、概述一、概述定义：定义：电子设备的性能在很大程度上与干扰和噪声电子设备的性能在很大程度上与干扰和噪声有关。评价一个高频系统的性能的指标之一

27、。有关。评价一个高频系统的性能的指标之一。重要性：重要性：主要出现在有用信号比较弱的场合，比如，主要出现在有用信号比较弱的场合，比如，接收机的前级电路，或多级高增益的音频放大、接收机的前级电路，或多级高增益的音频放大、视频放大器中。视频放大器中。电子噪声的影响：电子噪声的影响：除有用信号以外的一切不需要的信号及除有用信号以外的一切不需要的信号及各种电磁骚动的总称。各种电磁骚动的总称。99第2章 高频电路基础 un二、电子噪声的来源与特性二、电子噪声的来源与特性噪声来源：主要由电阻热噪声和半导体管噪声。噪声来源：主要由电阻热噪声和半导体管噪声。1.电阻热噪声电阻热噪声定义：是由电阻内部的自由电子

28、的热运动而产生的。定义：是由电阻内部的自由电子的热运动而产生的。它是系统内部噪声的主要来源，具有起伏特性。它是系统内部噪声的主要来源，具有起伏特性。它是系统内部噪声的主要来源，具有起伏特性。它是系统内部噪声的主要来源，具有起伏特性。电阻热噪声的一段取样波形电阻热噪声的一段取样波形100第2章 高频电路基础 1)热噪声电压和功率谱密度热噪声电压和功率谱密度均方值均方值 k：波尔茨曼常数，：波尔茨曼常数，k=1.371023 J/K;均方根均方根Un表示的是起伏电压交流分量的有效值。表示的是起伏电压交流分量的有效值。1.电阻热噪声电阻热噪声B：测量此电压时的带宽：测量此电压时的带宽;T：绝对温度：

29、绝对温度(K)。101第2章 高频电路基础 1)热噪声电压和功率谱密度热噪声电压和功率谱密度均方值均方值电阻热噪声等效电路电阻热噪声等效电路噪声电压源噪声电压源噪声电流源噪声电流源102第2章 高频电路基础 例：常温下（例：常温下（T=290K）工作的）工作的1K电阻，与电阻，与B=100KHZ的理想网络相连接。求的理想网络相连接。求 与与 。在一般情况下，电阻的热噪声是相当微弱的，故在在一般情况下，电阻的热噪声是相当微弱的，故在电平较高的电路可忽略。电平较高的电路可忽略。在接收机的前级，由于有用信号极其微弱，电阻在接收机的前级，由于有用信号极其微弱，电阻热噪声的影响就不能忽略，它已成为限制接

30、收机热噪声的影响就不能忽略，它已成为限制接收机性能的主要因素。性能的主要因素。可忽略吗？可忽略吗？103第2章 高频电路基础 1)热噪声电压和功率谱密度热噪声电压和功率谱密度均方值均方值噪声电压功率谱密度噪声电压功率谱密度：自由电子每秒钟的碰撞次数。：自由电子每秒钟的碰撞次数。电阻器单位频带噪声功率在很宽的频率范围内均电阻器单位频带噪声功率在很宽的频率范围内均为一恒定值。为一恒定值。白噪声！白噪声！104第2章 高频电路基础 2)线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声有两种情况：有两种情况：有两种情况：有两种情况：多个电阻的热噪声及热噪声通过线性网络。多个电阻的热噪声及热噪声通过线性网络。多个电

31、阻的热噪声多个电阻的热噪声R1R2 设两个电阻上的噪声电势设两个电阻上的噪声电势un1、un2是统计独立的，即是统计独立的，即互不相关的。互不相关的。只要各噪声源是相互独立的，则总的噪声服从只要各噪声源是相互独立的，则总的噪声服从均方叠加原则。均方叠加原则。重要结论：重要结论：105第2章 高频电路基础 热噪声通过线性网络热噪声通过线性网络2)线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声热噪声通过线路电路的模型热噪声通过线路电路的模型 对于单一频率的信号来说，对于单一频率的信号来说，H(j)：电路的传输函数。：电路的传输函数。则：则：106第2章 高频电路基础 热噪声通过线性网络热噪声通过线性网络2)

32、线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声分析热噪声通过线性电路后的输出噪声：分析热噪声通过线性电路后的输出噪声：传输函数传输函数例如热噪声通过并联振荡回路。例如热噪声通过并联振荡回路。107第2章 高频电路基础 热噪声通过线性网络热噪声通过线性网络2)线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声108第2章 高频电路基础 热噪声通过线性网络热噪声通过线性网络2)线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声是白噪声吗？是白噪声吗？109第2章 高频电路基础 2)线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声（2 2）电阻热噪声通过线性电路后，一般就不再）电阻热噪声通过线性电路后，一般就不再是白噪声了。是白噪声了。（1 1）对

33、于二端线性电路，其噪声电压或噪声电）对于二端线性电路，其噪声电压或噪声电流谱密度流谱密度 S SU U、S SI I 可以用等效电阻可以用等效电阻R Re(e(或或G Ge)e)来代来代替替 。热噪声通过线性网络热噪声通过线性网络重要结论：重要结论：110第2章 高频电路基础 3)噪声带宽噪声带宽电阻热噪声是均匀频谱电阻热噪声是均匀频谱的白噪声，的白噪声，B为一理想为一理想滤波器的带宽。滤波器的带宽。输出均方电压谱为输出均方电压谱为:则输出均方电压为则输出均方电压为:设输入一电阻热噪声设输入一电阻热噪声,111第2章 高频电路基础 3)噪声带宽噪声带宽输出均方电压为输出均方电压为:设设|H(j

34、)|的最大值为的最大值为H0，则可，则可定义一等效噪声带宽定义一等效噪声带宽Bn，令，令与与B0.707的关系？的关系？112第2章 高频电路基础 3)噪声带宽噪声带宽Bn的大小由实际特性的大小由实际特性|H(j)|2决定，而与输入噪决定，而与输入噪声无关。声无关。一般地，一般地，B Bn n 不等于实际特性的不等于实际特性的 3dB 3dB 带宽带宽B B0.7070.707，只有实际特性接近理想矩形时，两者，只有实际特性接近理想矩形时，两者数值上才接近相等。数值上才接近相等。分析：分析：113第2章 高频电路基础 例：计算单振荡回路等效噪声带宽。例：计算单振荡回路等效噪声带宽。设回路为高设

35、回路为高Q电路，电路，并联回路的并联回路的 3dB带宽带宽为为B0.707=f0/Q114第2章 高频电路基础 线性网络的等效噪声带宽线性网络的等效噪声带宽Bn与与B0.7是不同的两个是不同的两个概念，前者是从概念，前者是从噪声的角度噪声的角度引出来的，而后者是引出来的，而后者是对对信号信号而言的。而言的。对于常用的单调谐并联对于常用的单调谐并联回路，二者间的关系：回路，二者间的关系：对于多级单调谐回路，级数越多，传输特性越接对于多级单调谐回路，级数越多，传输特性越接近矩形，近矩形，Bn 越接近于越接近于B0.7。对于临界耦合的双调谐回路，对于临界耦合的双调谐回路，Bn=1.11B0.7。因此

36、，并联回路的噪声带宽要大于信号带宽。因此，并联回路的噪声带宽要大于信号带宽。3)噪声带宽噪声带宽115第2章 高频电路基础 2.晶体三极管噪声晶体三极管噪声 晶体三极管的噪声是设备内部固有噪声的晶体三极管的噪声是设备内部固有噪声的另一个重要来源。另一个重要来源。散弹散弹(粒粒)噪声噪声分配噪声分配噪声闪烁噪声闪烁噪声 一般地，在一个放大电路中一般地，在一个放大电路中,晶体三极管晶体三极管的噪声往往比电阻热噪声大得多。的噪声往往比电阻热噪声大得多。116第2章 高频电路基础 必须指出，前面讨论的晶体管中的噪声，必须指出，前面讨论的晶体管中的噪声，在实在实际放大器中将同时起作用并参与放大。际放大器

37、中将同时起作用并参与放大。3.场效应管噪声场效应管噪声沟道电阻产生的热噪声沟道电阻产生的热噪声;沟道热噪声通过沟道和栅极电容的耦合作用在栅沟道热噪声通过沟道和栅极电容的耦合作用在栅极上的感应噪声极上的感应噪声;闪烁噪声。闪烁噪声。在场效应管中，由于其工作原理不是靠少数在场效应管中，由于其工作原理不是靠少数载流子的运动，因而散弹噪声的影响很小。载流子的运动，因而散弹噪声的影响很小。场效应管的噪声来源场效应管的噪声来源:117第2章 高频电路基础 噪声系数的数值总是大于噪声系数的数值总是大于 1 1。理想无噪声系统的噪声系数为。理想无噪声系统的噪声系数为 1 1。第四节第四节 噪声系数和噪声温度噪

38、声系数和噪声温度一、噪声系数（一、噪声系数（NF ）1.定义定义(K KP P:功率放大倍数功率放大倍数)(Na(Na：内部附加噪声功率：内部附加噪声功率)另一种形式：另一种形式：用用dBdB表示：表示：118第2章 高频电路基础 2.几点说明：几点说明：一、噪声系数（一、噪声系数（NF）规定规定N Ni i为信号源内阻为信号源内阻R RS S的最大输出功率，的最大输出功率，R RS S的温度为的温度为 290 K 290 K。N NF F 与输出端所接负载的大小无关。与输出端所接负载的大小无关。N NF F 的定义只适用于线性或准线性电路。的定义只适用于线性或准线性电路。NF与输入信号大小无

39、关，但与与输入信号大小无关，但与Ni有关。有关。119第2章 高频电路基础 二、噪声系数的计算二、噪声系数的计算1.额定功率法额定功率法信号源的额定功率：信号源的额定功率：指信号源所能输出的最大功率，它只指信号源所能输出的最大功率，它只取决于信号源本身的参数取决于信号源本身的参数内阻和电动势，与输入电阻内阻和电动势，与输入电阻和负载无关。和负载无关。信号源的额定功率信号源的额定功率120第2章 高频电路基础 二、噪声系数的计算二、噪声系数的计算1.额定功率法额定功率法信号源的额定功率信号源的额定功率额定噪声功率额定噪声功率任何电阻任何电阻 R 的额定噪声功率均为的额定噪声功率均为 kTB。12

40、1第2章 高频电路基础 二、噪声系数的计算二、噪声系数的计算1.额定功率法额定功率法额定功率增益额定功率增益 KPm 用额定功率增益用额定功率增益KPm 表示的噪声系数表示的噪声系数另一种形式：另一种形式：额定噪声功率额定噪声功率信号源的额定功率信号源的额定功率122第2章 高频电路基础 无源四端网络的噪声系数无源四端网络的噪声系数（L为网络的衰减倍数）为网络的衰减倍数）无源网络的噪声系数：无源网络的噪声系数：输入噪声额定功率：输入噪声额定功率：用额定功率增益用额定功率增益KPm 表表示的噪声系数：示的噪声系数：输出噪声额定功率：输出噪声额定功率：123第2章 高频电路基础 GS：信号源电导信

41、号源电导 G：回路的损耗电导回路的损耗电导 p：接入系数接入系数例：计算抽头回路噪声系数。例：计算抽头回路噪声系数。网络的噪声系数：网络的噪声系数：输入端信号源最大输出功率：输入端信号源最大输出功率：124第2章 高频电路基础 例：计算抽头回路噪声系数。例：计算抽头回路噪声系数。无源四端网络的噪声系数：无源四端网络的噪声系数：输出端匹配时最大输出功率：输出端匹配时最大输出功率：输入端信号源最大输出功率：输入端信号源最大输出功率：125第2章 高频电路基础 二、噪声系数的计算二、噪声系数的计算2.级联四端网络的噪声系数级联四端网络的噪声系数级联后总的额定功率增益级联后总的额定功率增益KPm=KP

42、m1KPm2级联后噪声系数级联后噪声系数总输出额定噪声功率总输出额定噪声功率N No oNo=KPm kTB+KPm2 Na1 +Na2 经两级放大的输入经两级放大的输入 信号源内阻的热噪声信号源内阻的热噪声 经第二级放大的第一级经第二级放大的第一级网络内部的附加噪声。网络内部的附加噪声。第二级网络第二级网络内部的附加噪声内部的附加噪声126第2章 高频电路基础 2.级联四端网络的噪声系数级联四端网络的噪声系数N No o：总输出额定噪声功率。：总输出额定噪声功率。No=KPm kTB+KPm2 Na1 +Na2Na1=(NF11)KPm1kTBNa2=(NF21)KPm2kTBNaNa内部附

43、加噪声功率。内部附加噪声功率。两级级联总噪声系数：两级级联总噪声系数：127第2章 高频电路基础 二、噪声系数的计算二、噪声系数的计算2.级联四端网络的噪声系数级联四端网络的噪声系数n 级级联总级级联总NF:当网络的额定功率增益远大于当网络的额定功率增益远大于1时，系统的总噪声时，系统的总噪声系数主要取决于第一级的噪声系数。系数主要取决于第一级的噪声系数。因此，对第一级来说，不但希望因此，对第一级来说，不但希望NF1小，也希望小，也希望Kpm1大，以便减小后级噪声的影响。大，以便减小后级噪声的影响。128第2章 高频电路基础 例例 2-3 图图 是一接收机的前端电路，高频放大器和场是一接收机的

44、前端电路，高频放大器和场效应管混频器的噪声系数和功率增益如图。试求前效应管混频器的噪声系数和功率增益如图。试求前端电路的噪声系数端电路的噪声系数(设本振产生的噪声忽略不计设本振产生的噪声忽略不计)。129第2章 高频电路基础 二、噪声系数的计算二、噪声系数的计算3.噪声系数与灵敏度噪声系数与灵敏度灵敏度定义：灵敏度定义：保持接收机输出端信噪比一定时，接收机输入的保持接收机输出端信噪比一定时，接收机输入的最小信号电压或功率最小信号电压或功率(设接收机有足够的增益设接收机有足够的增益)。因为：因为：所以：所以：130第2章 高频电路基础 例：设某一电视接收机，正常接收时所需最小信号噪声功率例：设某

45、一电视接收机，正常接收时所需最小信号噪声功率比为比为20 dB,电视接收机的带宽为电视接收机的带宽为 6 MHz，接收机前端电路的，接收机前端电路的噪声系数为噪声系数为 10 dB，问接收机前端电路输入端的信号电平，问接收机前端电路输入端的信号电平(灵灵敏度敏度)至少应多大至少应多大?3 噪声系数与灵敏度噪声系数与灵敏度设信号源的内阻为设信号源的内阻为RS=75,则所需的最小信号电势为：则所需的最小信号电势为：131第2章 高频电路基础 无源四端网络的形式：无源四端网络的形式：选频电路选频电路阻抗变换电路阻抗变换电路传输电缆传输电缆 接入接收机输入端的无源网络的噪声，对接入接收机输入端的无源网

46、络的噪声，对系统性能的影响最大。系统性能的影响最大。无源四端网络的无源四端网络的NF：例：求长度为例：求长度为50m，衰减量为，衰减量为0.082dB/m高频电缆的高频电缆的噪声系数。噪声系数。3 噪声系数与灵敏度噪声系数与灵敏度132第2章 高频电路基础 三、噪声温度三、噪声温度 将线性电路的内部附加噪声折算到输入端，此附加将线性电路的内部附加噪声折算到输入端，此附加噪声可以用提高信号源内阻上的温度来等效。噪声可以用提高信号源内阻上的温度来等效。Na/KpNa/Kp：等效在输入端的内部附加噪声。等效在输入端的内部附加噪声。则：则：TeTe：噪声温度。：噪声温度。又：又：噪声系数：噪声系数：噪

47、声温度：噪声温度：133第2章 高频电路基础 三、噪声温度三、噪声温度 1.对于理想网络，噪声温度对于理想网络，噪声温度Te为为0。2.当网络内部噪声较大时，用当网络内部噪声较大时，用 NF 描述较为方便；描述较为方便；NF/dB00.30.50.81.02.04.08.010NF1 1.07 1.12 1.20 1.26 1.59 2.516.3110Te02035587617144315562637NF 越大网络的越大网络的Te也越高。也越高。而当内部噪声较小时，用而当内部噪声较小时，用 Te 描述具有较大的优越性。描述具有较大的优越性。134第2章 高频电路基础 三、噪声温度三、噪声温度

48、 （1）Te是系统内部噪声的另一种量度，它不是该系统的实际是系统内部噪声的另一种量度，它不是该系统的实际物理温度，而是用以表征该系统性能的一种假想温度。物理温度，而是用以表征该系统性能的一种假想温度。说明：说明：（2）噪声温度可以推广到多级放大器中。）噪声温度可以推广到多级放大器中。它同样说明，多级级联网络的噪声温度，主要由其它同样说明，多级级联网络的噪声温度，主要由其前级网络的特性决定。前级网络的特性决定。135第2章 高频电路基础 求虚线内线性网络的噪声系数（求虚线内线性网络的噪声系数（1）136第2章 高频电路基础 求虚线内线性网络的噪声系数（求虚线内线性网络的噪声系数（2）137第2章

49、 高频电路基础 复复 习习1.并联振荡回路并联振荡回路2.抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路3.耦合振荡回路耦合振荡回路4.串并联阻抗等效互换串并联阻抗等效互换5.变压器阻抗变换变压器阻抗变换(a)谐振频率谐振频率(b)品质因数品质因数(c)谐振阻抗谐振阻抗(e)Qo QL(a)p(d)幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性 (b)折合关系折合关系临界耦合临界耦合 过耦合过耦合 欠耦合欠耦合一、高频电路中的基本电路一、高频电路中的基本电路138第2章 高频电路基础 6.石英晶体谐振器石英晶体谐振器(a)等效电路等效电路(b)fq、fo 及二者关及二者关系系(c)电抗特性电抗特性二、噪声二、噪声1、电阻热噪声、电阻热噪声（b）热噪声通过线性网络）热噪声通过线性网络（c）等效噪声带宽）等效噪声带宽（a）热噪声电压、功率谱密度、等效电路）热噪声电压、功率谱密度、等效电路139第2章 高频电路基础 二、噪声二、噪声2、噪声系数、噪声系数（a）定义）定义（b）额定功率法计算噪声系数）额定功率法计算噪声系数无源四端网络：无源四端网络：级联四端网络：级联四端网络：（c）灵敏度）灵敏度（d）噪声温度）噪声温度140