第2章 高频电路基础

第2章 高频电路基础

第2章 高频电路基础2.1 高频电路中常用的元器件和组件 2.1.1 元件

2.1.2 高频电路中的常用电路1. LC谐振电路 2. 其它形式的滤波器 3. 高频变压器传输变压器 4. 衰减器与阻抗变换器

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2.2 电子噪声

2.2.1 概述2.2.2 电子噪音的来源与特性 1. 内部噪音的特点 2. 电阻的热噪音 3. 晶体管的噪音

4. 场效应管的噪音

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2.2.3 噪音系数与噪音温度1. 噪音系数的定义 2. 以额定功率定义的噪音系数

3. 等效噪音温度2.2.4 噪音系数的计算 1. 额定功率法 2. 开路电压法和短路电流法 3. 级联四端网络的噪音系数 4. 噪音系数与灵敏度 2.2.5 噪音系数的测量3

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计划授课学时：本章需要9个学时 主要教学内容： 高频电路中的一些重要的基础知识，如谐振电路、抽头电 路、传输变压器、电子噪音等。

教学目的：让学生熟练掌握各种常用电路，尤其是谐振电路原理、性 能分析、参数计算以及它们的特点和应用。并对电子噪音的 特点、产生原因以及噪音的计算有一定了解和掌握。

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2.1 高频电路中常用的元器件和组件2.1.1 元件 1.无源元件 (1) 在高频时，电阻的分布电容和引线电感就不可能忽略了， 因此必须要考虑其电抗特性，它的高频等效电路如图2-1SRF 相角

LR Ra

阻抗与相角

CR

阻抗

0

频率 f

b

图 2 -1 电阻的高频等效电路

图 2 - 2 高频电感器的自身谐振频率SRF

(2)高频电感器与普通电感器一样, 电感量是其主要参数。 电感量 L产生的感抗为jωL, 其中, ω为工作角频率。高频电感器也具有 自身谐振频率SRF (Self Resonant Frequency),在该处, 高 频电感的阻抗的幅值最大, 而相角为零, 如图2 — 2所示 5

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(3) 由介质隔开的两导体即构成电容。 一个电容器的等 效电路却如图2 -3(a)所示。 理想电容器的阻抗1/(jωC), 如图2 — 3(b)虚线所示, 其中, f为工作频率, ω=2πf。当频 率大于SRF时，电容呈现出电感特性。

容性LC C 0 (a)

阻抗

RC

感性

SRF

频率 f (b)

图2 -3 电容器的高频等效电路 (a) 电容器的等效电路; (b) 电容器的阻抗特性

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2. 高频电路中的有源器件 (1) 半导体二极管在高频中主要用于检波、 调制、 解调及混频等 非线性变换电路中, 工作在低电平。 (2) 晶体管与场效应管(FET)

在高频中应用的晶体管仍然是双极晶体管和各种场效应管，这 些管子比用于低频的管子性能更好 , 在外形结构方面也有所不 同。 高频晶体管有两大类型: 一类是作小信号放大的高频小功 率管, 对它们的主要要求是高增益,和低噪声; 另一类为高频功

率 放大管, 除了增益外, 要求其在高频有较大的输出功率。(3)

用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成电路少 得多, 主要分为通用型和专用型两种 7

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高频电路中的无源组件或无源网络主要有高频振荡(谐振) 回路、 高频变压器、 谐振器与滤波器等, 它们完成信号的传输、 频率选择及阻抗变换等功能。 1. LC谐振电路 (1)串联谐振电路 图2-4是一个rLC串联电路 ▲阻抗特性Z s r j L 1 1 r j L j C C r j( X L X C ) r jX2

2.1.2 高频电路中的常用电路

U _I

图2-4串联谐振回路

(2-2) (2-1)

1 2 | Z s | r L C

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当输入信号频率使得电抗X为零时，电路达到谐振，此时的 频率为谐振频率ω0。 由1 0, 得到： 0C 1 1 (rad/s), 或者 f 0 ( Hz ) LC 2 LC

0 L 0

(2-3)

由当输入信号频率ω>ω0时，X>0,│Zs│>r,回路呈感性， 当ω<ω0时，X<0,│Zs│>r,回路呈容性。当ω=ω0时，X=0, │Zs│=r,回路呈一个纯电阻。因此谐振时电压电流同相位。 且电流最大，阻抗最小。9

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感性0

ω0容 性

ω (a)

r0

ω0 (b)

ω

U L

I

U

U C

(c)

图2-5串联谐振电路的阻抗特性 (a)电抗特性 (b)阻抗特性 (c)谐振时相位关系

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▲回路的品质因数 定义回路的特性阻抗与回路的损耗电阻之比叫品质因数Q。 它放映了L和C中的储存的能量与电阻r消耗能量的比值。

1 L 0 L 1 Q r r C r r 0 C

(2-4)

因此谐振时 U L ▲谐振特性I r I0 Z s r

U j 0 L jUQ r

U 1 UC jUQ r j 0C

1 r j L C

1 2 2 0 1 jQ 1 0

1 1 1 L 0 1 j 1 jQ r r C 0 1 1 1 (2-5) ( 0 )( 0 ) 1 j 1 j 2Q jQ 11 0 0

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f 2Q 2Q 0 f0

叫广义失谐量

(2-6)

因此可以得到串联谐振电路的幅频特性和相频特性。幅频特性为： I r | | | I0 Zs 1 1 2Q 0 2

|

1 1 2

1 f 1 2Q f 0 2

(2-7)

相频特性为： 2Q f arctan arctan f0

(2-8)12

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Q1 0.1

f0

fQ1

Q2f0 B0.1 B0.707 f -π/2 Q2

Q1<Q2 (a) (b)

图2-6串联谐振电路的谐振特性 (a)幅频特性, (b)相频特性13

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▲频带宽度和选择性 定义：频带宽度为电路中电流下降到谐

振电流的0.707倍时 对应的带宽。

1 由： 2 2 f 0.7 1 2Q f0 f 0.7 得： 2Q 1, f0 带宽B0.7 2 f 0.7 f0 Q(2-9)

1

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选择性是衡量一个谐振电路对其他频率的抑制能力，常用 矩形系数来衡量选择性的好坏 定义：0.1带宽和0.707带宽的比值叫矩形系数Kr0.11 由： 2 10 f 0.1 1 2Q f0 f 0.1 得： 2Q 99 , f0 0.1带宽B0.1 2 f 0.1 则矩形系数：K r 0.1 f0 99 Q(2-10)15

1

B0.1 99 9.95 B0.7

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(2)并联谐振电路等效

▲阻抗特性Zp

图2-7并联谐振电路 L/C 1 1 r j ( L 1 / C ) rC j C L L

( r j L) / j C 1 r j L j C

L r

(2-11)

Yp

1 rC 1 (2-12) j C G jB Zp L L 这时可以看做一个纯电阻(电导)和LC的并联，当电纳B为0时，发生 谐振，此时的谐振频率为 0,谐振时的阻抗为一纯电阻，R0 L .。 rC16

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由：B 0 C

1 0 0 L

得谐振频率： 0

0 1 1 , 或f 0 2 2 LC LCB 容性 ω0 ω

(2-13)

| Yp |

IC

G0

I IL(c)

U

ω0(a)

ω

感性 (b)

图2-8并联谐振电路的阻抗特性 (a)阻抗特性，(b)电纳特性，(C)谐振时相位关系17

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▲并联谐振回路品质因数 0C 1 C 1 …… 此处隐藏：2075字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……