1、第一章 基礎知識第一節第一節 LCLC諧振回路的選頻特性和阻抗變諧振回路的選頻特性和阻抗變換特性換特性 LCLC諧振回路是高頻電路里最常用的無源網絡，諧振回路是高頻電路里最常用的無源網絡， 包括并聯回路和串聯回路兩種結構類型。包括并聯回路和串聯回路兩種結構類型。 LC LC諧振回路的主要功能：諧振回路的主要功能：選頻、頻幅轉換和選頻、頻幅轉換和頻相轉換、阻抗變換。頻相轉換、阻抗變換。一、阻抗電路的串阻抗電路的串并聯等效轉換并聯等效轉換 由電阻元件和電抗元件組成的阻抗電路的串聯形式與由電阻元件和電抗元件組成的阻抗電路的串聯形式與并聯形式可以互相轉換，并聯形式可以互相轉換， 而而保持其等效阻抗和值

2、不變保持其等效阻抗和值不變。Zp=RpjXp=PPPPPPPPXXRRjRXRX222222 Zs=Rs+jXs 要使ps，必須滿足:Rs= Xs=PPPPRXRX222PPPPXXRR222按類似方法也可以求得: Rp= Xp= SSSRXR22|PPSSXRRXSpRQR)1 (2SpXQX)11 (2已知Q=當Q1時，則簡化為： Rp Q2Rs Xp XsSSSXXR22二、選頻特性二、選頻特性1、并聯諧振回路并聯諧振回路(1) 回路諧振電導2020200)()(1LwrLwrrRgee(2) 回路總導納)1(0wLwCjgYe&(3) 諧振頻率LCfLC21100或(4) 回路兩端諧振

3、電壓(5) 回路空載Q值00000/1eegCwLwgQ000eSgIU(6) 單位諧振曲線回路電壓回路電壓U U與外加信號源頻率之間的幅頻特性曲線稱為諧振曲線與外加信號源頻率之間的幅頻特性曲線稱為諧振曲線 任意頻率下的回路電壓任意頻率下的回路電壓U U與諧振時回路電壓與諧振時回路電壓U U0000之比稱為單位諧振函之比稱為單位諧振函數，用（）表示。（）曲線稱為單位諧振曲線數，用（）表示。（）曲線稱為單位諧振曲線。20200/)212(11)egfLfCUUfN（20020)(11)(ffffQfN1)(fN定義相對失諧當失諧不大時，即與0相差很小時：ffff00000000002)(2)()

4、(fffffffffffffff2020)2(11)(ffQfN(7) (7) 通頻帶、選擇性、矩形系數通頻帶、選擇性、矩形系數 為了衡量回路對于不同頻率信為了衡量回路對于不同頻率信號的通過能力，定義單位諧振曲號的通過能力，定義單位諧振曲線上（）線上（） 所包含的頻所包含的頻率范圍為回路的通頻帶，率范圍為回路的通頻帶， 用用0.70.7表示。表示。 0.721取2121)2(11)(2020ffQfNBW 0.7=f2-f100Qf 通頻帶與回路值通頻帶與回路值( (即選擇性即選擇性) )是互相是互相矛盾的兩個性能指標矛盾的兩個性能指標 矩形系數矩形系數0.10.1定義為單位諧振曲線（）值下降

5、到時的頻定義為單位諧振曲線（）值下降到時的頻帶范圍帶范圍0.10.1與通頻帶與通頻帶0.70.7之比，之比， 即即: :17 . 01 . 01 . 0BWBWK例例 求并聯諧振回路的矩形系數。求并聯諧振回路的矩形系數。解： 取101)2(11)(2020ffQfN利用圖利用圖1.1.31.1.3，用類似于求通頻帶，用類似于求通頻帶0.70.7的方法可求得的方法可求得:002341 . 0110QfffBW95. 911027 . 01 . 01 . 0BWBWK 由上式可知，由上式可知， 一個單諧振回路的矩形系數是一個定值，一個單諧振回路的矩形系數是一個定值， 接近接近1010， 說明單諧振

6、回路的幅頻特性不大理想。說明單諧振回路的幅頻特性不大理想。2、串聯諧振回路、串聯諧振回路回路總阻抗回路總阻抗 ZRL+r+j)1(wCwL回路空載值回路空載值 Q0=rLw0回路有載回路有載Q Q值值 Qe=rRLwL0諧振頻率諧振頻率f 0=LC21單位諧振函數單位諧振函數N(f)=N(f)=2200011QII通頻帶通頻帶BW BW 0.70.7= =00Qf3 3、串、串、 并聯諧振回路阻抗特性比較并聯諧振回路阻抗特性比較rwCwL1arctan串聯：并聯：220)1(1wLwCgZe01arctanegwLwC 22)1(wCwLrZ三、阻抗變換電路三、阻抗變換電路阻抗變換電路：把實際

7、阻抗變換為所希望的數值。阻抗變換電路：把實際阻抗變換為所希望的數值。LwRLwgQee000001eQfBW07 . 0LwRLwgQe001其中：其中：g=gs+gL+ge0， R=RsRLRe0 可見，可見，1、e0，回路選擇性回路選擇性 ，諧振電壓諧振電壓0000也將隨著諧振回路總電阻的減小而減小；也將隨著諧振回路總電阻的減小而減小；2 2、信號源內阻和負載不一定是純電阻，可能還包括電信號源內阻和負載不一定是純電阻，可能還包括電抗分量，抗分量，將影響回路的諧振頻率。將影響回路的諧振頻率。因此，因此， 必須設法盡必須設法盡量消除接入信號源和負載對回路的影響。量消除接入信號源和負載對回路的影

8、響。 采用阻抗變換電路可以改變信號源或負載對于回路的等采用阻抗變換電路可以改變信號源或負載對于回路的等效阻抗。若使效阻抗。若使s s或或L L經變換后的等效電阻增加，再與經變換后的等效電阻增加，再與e0e0并聯，并聯， 可使回路總電阻可使回路總電阻 減小不多，從而保證減小不多，從而保證e e與與0 0相差不大；相差不大； 若信號源電容與負載電容經變換后大大減小，若信號源電容與負載電容經變換后大大減小，再與回路電容并聯，再與回路電容并聯， 可使總等效電容增加很少，從而可使總等效電容增加很少，從而保證諧振頻率基本保持不變。保證諧振頻率基本保持不變。 1 1、純電感或純電容、純電感或純電容阻抗變換電

9、路（較寬頻帶范圍）阻抗變換電路（較寬頻帶范圍）（1）自耦變壓器電路自耦變壓器電路設自耦變壓器損設自耦變壓器損耗很小，可以忽耗很小，可以忽略，則初、次級略，則初、次級的功率的功率P P1 1、P P2 2近近似相等。似相等。1=2， U1U2N1/N2 =LRUP21121LRUP22221LLLLgngRnR221或221UURRLL2 2）變壓器阻抗變換電路）變壓器阻抗變換電路接入系數接入系數21 1=2LRUP21121LRUP22221LLLLgngRnR221或3 3）電容分壓式電路）電容分壓式電路1=2201CRL設nCCCCCICIUUCC21120102012111）（）（LLL

10、RnRCCCR2221111221UURRLL4 4）電感分壓式電路）電感分壓式電路12221UURRLL20LRL設nLLLLLILIUULL21220102012)(LLLRnRLLLR2221211例例 某接收機輸入回路的簡化電路如圖例某接收機輸入回路的簡化電路如圖例1.21.2所示。已知所示。已知1 1=5=5pFpF，2 2=15=15pFpF，s s=75=75，L L=300=300。為了使電路匹配，即負載為了使電路匹配，即負載L L等效到等效到回路輸入端的電阻回路輸入端的電阻L Ls s， 線圈初、次級匝數比線圈初、次級匝數比1 12 2應該是多少？應該是多少？解：解： 由圖可

11、見，由圖可見， 這是自耦變壓器電路與這是自耦變壓器電路與電容分壓式電路的級聯。電容分壓式電路的級聯。L L等效到兩端的電阻等效到兩端的電阻LLLLRRCCCRnR161212122 L L等效到輸入端的電阻等效到輸入端的電阻如要求如要求L Ls s，則則SLRRNN22116125. 01621LsRRNNLLLLRNNRNNRnR2212212116 2、選頻匹配網絡（較窄頻帶范圍）、選頻匹配網絡（較窄頻帶范圍）1）R1R2在在X X1 1與與X Xp p并聯諧振時，有并聯諧振時，有X1+Xp=0, R1=RpR1=(1+Q2)R2121RRQ)(|21222RRRQRX212111|RRR

12、RQRXXP2）R1 R2221)1 (1RQRRS121222RRRRQRX)(|12111RRRQRXXS112RRQ T T型網絡和型網絡和 型網絡各由三個電抗元件型網絡各由三個電抗元件( (其中其中兩個同性質，兩個同性質， 另一個異性質另一個異性質) )組成，如圖所示，它們都可以分別看作是兩個倒組成，如圖所示，它們都可以分別看作是兩個倒L L型網絡的組合，用類似型網絡的組合，用類似的方法可以推導出其有關公式。的方法可以推導出其有關公式。例例 1.3 1.3已知某電阻性負載為已知某電阻性負載為1010 ，請設計一個匹配網絡，使該負載在請設計一個匹配網絡，使該負載在2020MHzMHz時轉

13、換為時轉換為5050 。如負載由如負載由1010 電阻和電阻和0.20.2HH電感串聯組成，又該怎電感串聯組成，又該怎樣設計匹配網絡樣設計匹配網絡? ?解解 由題意可知，匹配網絡應使負載值增大，故采用圖由題意可知，匹配網絡應使負載值增大，故采用圖 1.1.1 1.1.12(a)2(a)所示倒所示倒L L型型網絡。網絡。20)1050(10|2X2510501050|1XuHwXL16. 01020220622pFXwC318251020211611如負載為如負載為1010 電阻和電阻和0.2 0.2 HH電感相串聯，在相同要求下的設計步驟如下：電感相串聯，在相同要求下的設計步驟如下：因為因為0

14、.20.2HH電感在電感在2020MHzMHz時的電抗值為：時的電抗值為： X XL L= =LL=2=2202010106 60.20.21010-6 -6=25.1 =25.1 而而 X2-XL=20-25.1= -5.1 pFXXwCL15601 . 51020211622第二節第二節 集中選頻濾波器集中選頻濾波器常用的集中選頻濾波器有：常用的集中選頻濾波器有：1.石英晶體濾波器石英晶體濾波器2.壓電陶瓷濾波器壓電陶瓷濾波器3.聲表面波濾波器聲表面波濾波器集中選頻濾波器的優點：集中選頻濾波器的優點：體積小體積小成本低成本低選擇性好選擇性好頻率穩定頻率穩定一、晶體濾波器和陶瓷濾波器一、晶體

15、濾波器和陶瓷濾波器石英晶體具有壓電效應。石英晶體具有壓電效應。當晶體當晶體受到應力受到應力作用時作用時, , 在它的某些特定表面上將在它的某些特定表面上將出現電荷出現電荷, , 而且應力而且應力大小與電荷密度之間存在著線性關系大小與電荷密度之間存在著線性關系, , 這是這是正壓電效應正壓電效應；當晶體當晶體受到電場受到電場作用時作用時, , 在它的某些特定方向上將在它的某些特定方向上將出現應力出現應力變化變化, , 而且電而且電場強度與應力變化之間存在著線性關系場強度與應力變化之間存在著線性關系, , 這是這是逆壓電效應逆壓電效應。加交流電壓加交流電壓產生應變產生應變機械振動機械振動產生交變電

16、荷產生交變電荷交流電壓的頻率交流電壓的頻率=晶體固有頻率晶體固有頻率諧振諧振二、聲表面濾波器二、聲表面濾波器SAWF 聲表面波濾波器（聲表面波濾波器（urface urface coustic coustic ave ave ilterilter）是利用晶體是利用晶體的壓電效應和表面波傳播的物理特性制成的一種新型電的壓電效應和表面波傳播的物理特性制成的一種新型電聲換能器件。聲換能器件。第三節第三節 電噪聲電噪聲噪聲分為噪聲分為：1、外部噪聲：、外部噪聲：從器件外部竄擾進來的從器件外部竄擾進來的2、內部噪聲：、內部噪聲： 器件內部產生的器件內部產生的內部噪聲源主要有電阻熱噪聲、內部噪聲源主要有電

17、阻熱噪聲、 晶體管噪聲和場效應管噪聲三種。晶體管噪聲和場效應管噪聲三種。一、電阻熱噪聲一、電阻熱噪聲電阻熱噪聲是由于電阻內部自由電子的熱運動產生的。電阻熱噪聲是由于電阻內部自由電子的熱運動產生的。在整個無線電頻段內具有均勻頻譜的起伏噪聲稱為白噪聲。在整個無線電頻段內具有均勻頻譜的起伏噪聲稱為白噪聲。 阻值為的電阻產生的噪聲電流功率頻譜密度和噪聲電壓功率頻譜密度阻值為的電阻產生的噪聲電流功率頻譜密度和噪聲電壓功率頻譜密度分別為：分別為：RkTfsI4)(kTRfsU4)(其中其中k=1.3810-23JK在頻帶寬度為在頻帶寬度為內產生的熱噪聲均方值電流和均方值電壓分別為：內產生的熱噪聲均方值電流

18、和均方值電壓分別為： I I2 2n n=S=SI I(f)(f)BWBW U U2 2n n=S=SU U(f)(f)BWBW例例1 15 5 試計算試計算kk電阻的噪聲均方值電壓和均方值電流各是多少？電阻的噪聲均方值電壓和均方值電流各是多少？設設K, K, k k。 解:U2n=4kTRBW=41.3810- 23 2905101031058.1610-102 I2n=4kTBWR=41.3810-23290105(510103) 3.1410-212二、晶體管噪聲二、晶體管噪聲 熱噪聲熱噪聲體電阻和引線電阻均會產生熱噪聲體電阻和引線電阻均會產生熱噪聲, , 其中以基區體電阻其中以基區體電

19、阻r rbbbb的影響為主的影響為主。 散彈噪聲散彈噪聲主要噪聲源。由單位時間內通過結的載流子數目隨機起伏而造成的。主要噪聲源。由單位時間內通過結的載流子數目隨機起伏而造成的。其電流功率頻譜密度為其電流功率頻譜密度為: : I I（）0 0其中其中0 0是通過結的平均電流值是通過結的平均電流值, , . .-19-19庫侖。庫侖。 分配噪聲分配噪聲 閃爍噪聲閃爍噪聲三、場效應管噪聲三、場效應管噪聲1 1 溝道熱噪聲：多子不規則的熱運動溝道熱噪聲：多子不規則的熱運動, , 主要噪聲源。主要噪聲源。2 2 柵極漏電流產生的散彈噪聲。柵極漏電流產生的散彈噪聲。3 3 閃爍噪聲，在高頻時可以忽略閃爍噪

20、聲，在高頻時可以忽略。 溝道熱噪聲和柵極漏電流散彈噪聲的電流功率頻譜密度分別是：溝道熱噪聲和柵極漏電流散彈噪聲的電流功率頻譜密度分別是： S SI I(f)=4kT(2/3)g(f)=4kT(2/3)gm m S SI I(f)=2qI(f)=2qIg g 其中其中m m是場效應管跨導是場效應管跨導, , g g是柵極漏電流。是柵極漏電流。四、額定功率和額定功率增益四、額定功率和額定功率增益 信號額定功率是指電壓信號源信號額定功率是指電壓信號源 U US S 可能輸出的最大功率。可能輸出的最大功率。 當負載阻抗當負載阻抗L L與信號源阻抗與信號源阻抗s s匹配時匹配時, , 信號源輸出功率最大

21、。信號源輸出功率最大。 所以所以, , 其額定功率為：其額定功率為：用額定功率來表示電阻的熱噪聲功率。用額定功率來表示電阻的熱噪聲功率。 電阻電阻R R的噪聲額定功率為的噪聲額定功率為: :BWTKRBWfSRUPUnnA4)(42額定功率增益額定功率增益PAPA是指一個線性四端網絡的輸出額定功率是指一個線性四端網絡的輸出額定功率AoAo與輸入額定與輸入額定功率功率AiAi的比值。即的比值。即: :AiAopAPPG4422SSSSARIRUP例例1 16 6 求圖例求圖例1 16 6所示四端網絡的額定功率增益。所示四端網絡的額定功率增益。解解: : 圖示四端網絡輸入端額定功率圖示四端網絡輸入

22、端額定功率AiAi也也就是輸入信號源的額定功率就是輸入信號源的額定功率, , 即即: :SSAiRUP42從四端網絡輸出端往左看從四端網絡輸出端往左看, , 其戴維南等其戴維南等效電路是由信號源效電路是由信號源 U US S與電阻與電阻s s串串聯組成聯組成, , 所以輸出端額定功率為所以輸出端額定功率為: :)(420RRUPSSA所以所以, , 額定功率增益額定功率增益RRRPPGSsAiAPA0五、線性四端網絡的噪聲系數五、線性四端網絡的噪聲系數 信噪比是指四端網絡某一端口處信號功率與噪聲功率之比。信噪比是指四端網絡某一端口處信號功率與噪聲功率之比。 信噪比信噪比SNR(SNR(Sign

23、al to Noise Ratio)Signal to Noise Ratio)通常用分貝數表示通常用分貝數表示, , 寫作寫作：）（dBppSNRnslg10其中其中s s、n n分別為信號功率與噪聲功率。分別為信號功率與噪聲功率。 噪聲系數定義噪聲系數定義放大器的噪聲系數放大器的噪聲系數NF(Noise Figure)NF(Noise Figure)定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比值值, , 即即: :00/nsnisipPpPNF ）（dBppppNFnosonisi/lg10通常規定通常規定ni ni是輸入信號源內阻是輸入信號源內阻s s的熱噪聲產生在放

24、大器輸入端的噪聲的熱噪聲產生在放大器輸入端的噪聲功率功率, , 而而s s的溫度規定為的溫度規定為, , 稱為標準噪聲溫度稱為標準噪聲溫度, , 用用表示。相應表示。相應的噪聲系數稱為的噪聲系數稱為“標準噪聲系數標準噪聲系數”。 噪聲系數的計算式噪聲系數的計算式nAosAonAisAiPPPPNF/nAinAoPAPPGNF1BWkTpnAi0nAnpAnAinAoPGPpBWTKGPPGPGPNFPAnAnnAiPAnAnPAnAi013 3 放大器內部噪聲表達式放大器內部噪聲表達式nAn()pAk0當時當時, , nAnnAn, , 進一步表明了噪聲系數是衡量放大器內部噪進一步表明了噪聲系

25、數是衡量放大器內部噪聲性能的參數。聲性能的參數。 級聯噪聲系數級聯噪聲系數先考慮兩級放大器。先考慮兩級放大器。 設它們的噪聲系數和額定功率增益分別為設它們的噪聲系數和額定功率增益分別為F F1 1、 F F2 2和和 PA1PA1、 PA2PA2, , 且假定通頻帶也相同。且假定通頻帶也相同。 總輸出噪聲額定功率總輸出噪聲額定功率 nAonAo由三由三部分組成部分組成, , 即即: :nAn1(1)PA1k0nAn2(2)PA2k01211PAGNFNFNF22121nAnPAnAnPAPAnAinAoPGPGGPP對于對于n n級放大器級放大器, , 將其前將其前( (n-1)n-1)級看成

26、是第一級級看成是第一級, , 第第n n級看成是第二級級看成是第二級, , 可可推導出級放大器總的噪聲系數為推導出級放大器總的噪聲系數為：)1(12131211.11nPAPAnPAPAPAGGNFGGNFGNFNFNF可見可見, , 在多級放大器中在多級放大器中, , 各級噪聲系數對總噪聲系數的影響是不同的各級噪聲系數對總噪聲系數的影響是不同的, , 前級的影響比后級的影響大前級的影響比后級的影響大, , 且總噪聲系數還與各級的額定功率增益且總噪聲系數還與各級的額定功率增益有關有關。 所以所以, , 為了減小多級放大器的噪聲系數為了減小多級放大器的噪聲系數, , 必須降低前級放大器必須降低前

27、級放大器（尤其是第一級）的噪聲系數（尤其是第一級）的噪聲系數, , 而且增大前級放大器（尤其是第一級）而且增大前級放大器（尤其是第一級）的額定功率增益。的額定功率增益。無源四端網絡的噪聲系數無源四端網絡的噪聲系數等效為一個電阻網絡。等效為一個電阻網絡。PAGNF1例例1.71.7某接收機由高放、某接收機由高放、 混頻、中放三級電路組成。已知混頻器的額定功混頻、中放三級電路組成。已知混頻器的額定功率增益率增益PA2PA2. ., , 噪聲系數噪聲系數2 2, , 中放噪聲系數中放噪聲系數3 3, , 高放噪聲系數高放噪聲系數1 1。如要求加入高放后使整個接收機總。如要求加入高放后使整個接收機總噪

28、聲系數降低為加入前的十分之一噪聲系數降低為加入前的十分之一, , 則高放的額定功率增益則高放的額定功率增益PA1應為多應為多少？少？ 解解: : 先將噪聲系數分貝數進行轉換。先將噪聲系數分貝數進行轉換。 、 分別對分別對應為、。應為、。未加高放時接收機噪聲系數未加高放時接收機噪聲系數252 . 014101232PAGNFNFNF加高放后接收機噪聲系數應為加高放后接收機噪聲系數應為: :5 . 2101NFFN21312111PAPAPAGGNFGNFNFFN12321/ ) 1() 1(NFFNGNFNFGPAPAdB8 .164825 . 22 . 0/ ) 14() 110(由例可以看到

29、由例可以看到, , 加入一級高放后反而使整個接收機噪聲系數大幅度加入一級高放后反而使整個接收機噪聲系數大幅度下降下降, , 其原因在于整個接收機的噪聲系數并非只是各級噪聲系數的其原因在于整個接收機的噪聲系數并非只是各級噪聲系數的簡單迭加簡單迭加, , 而是各有一個不同的加權系數。未加高放前而是各有一個不同的加權系數。未加高放前, , 原作為第一原作為第一級的混頻器噪聲系數較大級的混頻器噪聲系數較大, , 額定功率增益小于；額定功率增益小于； 而加入后的第一而加入后的第一級高放噪聲系數小級高放噪聲系數小, , 額定功率增益大。由此可見額定功率增益大。由此可見, , 第一級采用低噪聲第一級采用低噪

30、聲高增益電路是極其重要的。高增益電路是極其重要的。 6 6 等效輸入噪聲溫度等效輸入噪聲溫度噪聲溫度噪聲溫度e e是將實際四端網絡內部噪聲看成是理想無噪聲四端網絡輸入端是將實際四端網絡內部噪聲看成是理想無噪聲四端網絡輸入端信號源內阻信號源內阻s s在溫度在溫度e e時所產生的熱噪聲時所產生的熱噪聲, , 這樣這樣, , s s的溫度則變為的溫度則變為0 0e e, , 這種等效關系如圖這種等效關系如圖1.3.2 1.3.2 所示。所示。PnAo=PnAiGpA+PnAn=kT0BW GPA NFnAok(0e)PA0011TNFTTTNFee）（或7 接收靈敏度接收靈敏度 接收靈敏度是指接收機

31、正常工作時，輸入端所必須得到的最小信接收靈敏度是指接收機正常工作時，輸入端所必須得到的最小信號電壓或功率。號電壓或功率。設靈敏度電壓為設靈敏度電壓為EA，接收天線等效電阻為接收天線等效電阻為RA，則接收機輸入端額定則接收機輸入端額定信噪比為：信噪比為：BWkTREPPAAnisi024若正常工作時接收機輸出額定信噪比若正常工作時接收機輸出額定信噪比D=PS0/PN0，則則DBWRkTEPPPPNFAAnosnisi0204NFDBWRkTEAA04第四節第四節 反饋控制電路原理及其分析方法反饋控制電路原理及其分析方法 根據控制對象參量的不同根據控制對象參量的不同, , 反饋控制電路可分為以下三類：反饋控制電路可分為以下三類： 自動增益控自動增益控制制, , 自動頻率控制和自動相位控制自動頻率控制和自動相位控制。其中自動相位控制電路又稱為鎖相環路。其中自動相位控制電