1、第2章 高頻電路基礎第第2章章 高頻電路基礎高頻電路基礎 2.1 高頻電路中的元件、高頻電路中的元件、 器件和組件器件和組件 2.2 電子噪聲電子噪聲 要求掌握高頻電路中的元器件的物理特性，要求掌握高頻電路中的元器件的物理特性，LC諧振回路的各種參數、意義以及換算，諧振回路的各種參數、意義以及換算，電子噪電子噪聲分析和計算。聲分析和計算。 第2章 高頻電路基礎2.1 高頻電路中的元件、高頻電路中的元件、 器件和組件器件和組件 2.1.1高頻電路中的元器件高頻電路中的元器件 各種高頻電路基本上是由有源器件、 無源元件和無源網絡組成的。 高頻電路中使用的元器件與在低頻電路中使用的元器件基本相同,

2、但要注意它們在高頻使用時的高頻特性。 高頻電路中的元件主要是電阻(器)、 電容(器)和電感(器), 它們都屬于無源的線性元件。 1 高頻電路中的元件高頻電路中的元件 1） 電阻 一個實際的電阻器, 在低頻時主要表現為電阻特性, 第2章 高頻電路基礎 但在高頻使用時不僅表現有電阻特性的一面, 而且還表現有電抗特性的一面。 電阻器的電抗特性反映的就是其高頻特性。 一個電阻R的高頻等效電路如圖2 1所示, 其中, CR為分布電容, LR為引線電感, R為電阻。 LRCRR 圖 2 1 電阻的高頻等效電路 第2章 高頻電路基礎 2） 電容 由介質隔開的兩導體即構成電容。 一個電容器的等效電路卻如圖2

3、2（a）所示。 理想電容器的阻抗1/(jC), 如圖2 2（b）虛線所示, 其中, f為工作頻率, =2f。 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 LCRCC(a)阻抗頻率 f(b)0第2章 高頻電路基礎 3） 電感 高頻電感器與普通電感器一樣, 電感量是其主要參數。 電感量L產生的感抗為jL, 其中, 為工作角頻率。 L r 等效交流電阻r：表征趨膚效應、渦流損耗、磁芯電感在磁介質的磁滯損失以及電磁輻射引起的能量損失等。常用品質因數Q來表征高頻電感器的損耗性能。Q的定義是高頻電感的感抗與其串聯損耗電阻之比，即LQr第2章 高頻電路基礎 2 高頻

4、電路中的有源器件高頻電路中的有源器件 與用于低頻或其它電子線路的器件沒有什么根本不同。 1） 二極管 半導體二極管在高頻中主要用于檢波、 調制、 解調及混頻等非線性變換電路中, 工作在低電平。 2） 晶體管與場效應管（FET） 在高頻中應用的晶體管仍然是雙極晶體管和各種場效應管，這些管子比用于低頻的管子性能更好, 在外形結構方面也有所不同。 高頻晶體管有兩大類型: 一類是作小信號放大的高頻小功率管, 對它們的主要要求是高增益第2章 高頻電路基礎 和低噪聲; 另一類為高頻功率放大管, 除了增益外, 要求其在高頻有較大的輸出功率。場效應管也能工作在同樣頻率下，且噪聲更低。 3） 集成電路 用于高頻

5、的集成電路的類型和品種要比用于低頻的集成電路少得多, 主要分為通用型和專用型兩種。 2.1.2高頻電路中的組件高頻電路中的組件 高頻電路中的無源組件或無源網絡主要有高頻振蕩（諧振）回路、 高頻變壓器、 諧振器與濾波器等, 它們完成信號的傳輸、 頻率選擇及阻抗變換等功能。 第2章 高頻電路基礎 1. 高頻振蕩回路高頻振蕩回路 高頻振蕩回路是高頻電路中應用最廣的無源網絡, 也是構成高頻放大器、 振蕩器以及各種濾波器的主要部件, 在電路中完成阻抗變換、 信號選擇等任務, 并可直接作為負載使用。 1) 簡單振蕩回路 振蕩回路就是由電感和電容串聯或并聯形成的回路。 只有一個回路的振蕩電路稱為簡單振蕩回路

6、或單振蕩回路。 第2章 高頻電路基礎（1） 串聯諧振回路。 最簡單的串聯振蕩回路如圖：r是L和C的損耗之和CLrZS)1(1CLjrCjLjrzsLC10 （1）串聯諧振頻率：串聯諧振頻率：（2）品質因數：品質因數：回路諧振時無功功率回路諧振時無功功率 與損耗功率之比與損耗功率之比CrrLQ001 第2章 高頻電路基礎 rCLCLrZs1arctan)1(2211()jSsZrj LrjLZ ej CC o SZ電容性電容性電感性電感性討討論論：第2章 高頻電路基礎 若在串聯振蕩回路兩端加一恒壓信號 , 則發生串聯諧振時因阻抗最小, 流過電路的電流最大, 稱為諧振電流, 其值為 在任意頻率下的

7、回路電流 與諧振電流之比為UrUI0I)(11)(11111000000jQrLjrCLjZrrUZUIISS第2章 高頻電路基礎CrrLQQII00200201)(11 其模為 其中, 稱為回路的品質因數, 它是振蕩回路的另一個重要參數。 畫出相應的諧振曲線如圖2 5所示。 II0Q1 Q2Q1Q20 圖 2 5 串聯諧振回路的諧振曲線（25）第2章 高頻電路基礎 在實際應用中, 外加信號的頻率與回路諧振頻率0之差=-0表示頻率偏離諧振的程度, 稱為失諧。 當與0很接近時, 000000202002)(2)(ff（2 7）（2 8） 令 為廣義失諧, 則式（2 5）可寫成2011II(2 9

8、) 0022ffQQ第2章 高頻電路基礎QffB0221B第2章 高頻電路基礎 圖2 7 并聯諧振回路及其等效電路 (a) 并聯諧振回路; （b）等效電路 (2） 并聯諧振回路。 串聯諧振回路適用于電源內阻為低內阻（如恒壓源）的情況或低阻抗的電路（如微波電路）。 R0LCRSiSrLCRSiSCrLR0第2章 高頻電路基礎并聯諧振回路的并聯阻抗為 1()1prj Lj CZrj Lj C 定義使感抗與容抗相等的頻率為并聯諧振頻率0, 令Zp的虛部為零, 求解方程的根就是0, 可得20111QLCCrrLQ001式中, Q為回路的品質因數, 有 1QLC10第2章 高頻電路基礎rLCRSiS (

9、1) 諧諧振振條條件件：當當回回路路總總電電抗抗 X=0 時時，回回路路呈呈諧諧振振狀狀態態（呈呈純純電電阻阻，且且取取最最大大值值）R0LCRSiSCLXjXrCLZP1POZCrLR0第2章 高頻電路基礎rLCRSiS)(10ooorLjRjXrCLZp)1(1/CLrLjrCL)1(10CLrLjR其其中中：o jR10ZjpeZ第2章 高頻電路基礎5 回回路路阻阻抗抗頻頻率率特特性性21 rZs1 tgZ 1stg o PZ o SZ討討論論：(1) 當當o ，即即CL1o ， 即即CL10 有有0電容性電容性電感性電感性R0r第2章 高頻電路基礎定定義義：回回路路電電壓壓與與工工作作

10、頻頻率率之之間間的的關關系系常常用用的的諧諧振振曲曲線線為為歸歸一一化化諧諧振振曲曲線線，即即為為 poipiioipZiZiuu 211 同樣定義并聯諧振回路端電壓的相位為同樣定義并聯諧振回路端電壓的相位為1 tgZQ11OQ2P S Q2 Q1OQ1Q2 Z第2章 高頻電路基礎電感支路電流：電感支路電流：iiooiLjQiiLRjLjui0電電容容支支路路電電流流：ipooiciCRjCjui =ijQi R0LCRSiSiiiCiRiL+ui- -QIIICLIL.IC.0I.U.圖2 8表示了并聯振蕩回路中諧振時的電流、 電壓關系。 第2章 高頻電路基礎21uuioi 令：211 所所

11、 對對 應應 的的 頻頻 率率 范范 圍圍 。由由定定義義可可得得：12Qo Q2Bo 或或Qfo 結結 論論 ： Q 值值 越越 大大 頻頻 帶帶 越越 窄窄 ， 回回 路路 損損 耗耗 越越 小小 。 ioiuu o 121第2章 高頻電路基礎9 信信號號源源內內阻阻及及負負載載對對回回路路的的影影響響當當 考考 慮慮 到到 信信 號號 源源 內內 阻阻sR及及 負負 載載lR對對 回回 路路 的的 影影 響響 時時并并聯聯 諧諧振振回回路路的的有有載載 Q 值值：LRRRQoLsL/0空空 載載 時時 的的 Q 值值LRQoO0串串 聯聯 諧諧 振振 回回 路路 Q 值值 ：LsoLRR

12、rLQ兩兩者者相相比比較較下下降降，因因此此通通頻頻帶帶加加寬寬，選選擇擇性性變變壞壞。sR或或LRLQsR或或LRLQR0LCRSiSRLrLCRSuSRL第2章 高頻電路基礎 例例 1 設一放大器以簡單并聯振蕩回路為負載, 信號中心頻率fs=10MHz, 回路電容C=50 pF, (1) 試計算所需的線圈電感值。 (2) 若線圈品質因數為Q=100, 試計算回路諧振電阻及回路帶寬。 (3) 若放大器所需的帶寬B=0.5 MHz, 則應在回路上并聯多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求? 第2章 高頻電路基礎2220011(2 )LCf C 將f0=fs=10 MHz代入, 得uL07. 5 (

13、2) 回路諧振電阻和帶寬。kLQR8 .311018. 31007. 510210046700解解 (1) 計算L值。LCf210LRQ000第2章 高頻電路基礎回路帶寬為 kHzQfB1000 (3) 求滿足0.5MHz帶寬的并聯電阻。 設回路上并聯電阻為R1, 并聯后的總電阻為R1R0, 總的回路有載品質因數為QL。 由帶寬公式, 有BfQL0此時要求的帶寬B=0.5 MHz, 故回路總電阻為20LQ第2章 高頻電路基礎kRRRkLQRRRRL97. 737. 637. 637. 61007. 5102200016701010 需要在回路上并聯7.97 k的電阻。 第2章 高頻電路基礎作用

14、：實現阻抗匹配或阻抗變換。CLRLCLRLRLUTU1信號源的阻抗匹配信號源的阻抗匹配 Rs = Ri負載的阻抗匹配負載的阻抗匹配 RL = R0阻抗匹配阻抗匹配CLrRLRssIRiRo2) 抽頭并聯振蕩回路設接入系數為：設接入系數為：p=U1/UT，則：則：RL=p2RL第2章 高頻電路基礎LCR0UUT(a)LC2R0UUTC1(b)LR1UC2C1(c)LR1UTC1C2(e)U1R1UT(d)U1LCUTIIL接入系數（或抽頭系數）p的定義：與外電路相聯的那部分電抗與本回路參與分壓的同性質總電抗之比。也可用電壓比來表示。 TUUp U 部分電抗兩端電壓UT總電抗兩端的電壓接入系數為：

15、接入系數為：p=U1/UT第2章 高頻電路基礎高Q值時：0202202)(22RpRUURRURUTTNNp1L1RLLp11) 接入系數2）考慮互感3）緊耦合變壓器LMLp1第2章 高頻電路基礎TZpZ2 對于圖（b）的電路, 其接入系數p可以直接用電容比值表示為 2112121211CCCCCCCCUUpT4) 在回路失諧不大，又p不很小時：電壓源的折合:U=pUT第2章 高頻電路基礎 例例 2 如圖2 11， 抽頭回路由電流源激勵, 忽略回路本身的固有損耗, 試求回路兩端電壓u(t)的表示式及回路帶寬。 C2C12000 pF500R12000 pF10 HLi Icos 107tI1

16、mAu1(t)圖 2 11 例2的抽頭回路 第2章 高頻電路基礎 解解 由于忽略了回路本身的固有損耗, 因此可以認為Q。 由圖可知, 回路電容為pFCCCCC10002121 諧振角頻率為 sradLC/10170電阻R1的接入系數5 . 0211CCCp等效到回路兩端的電阻為 2000112RpR第2章 高頻電路基礎 回路兩端電壓u(t)與i(t)同相, 電壓振幅U=IR=2 V, 故 2010020000LRQLtVtu710cos2)(輸出電壓為 回路有載品質因數 回路帶寬 tVtputu7110cos)()(kHzQfBL800第2章 高頻電路基礎例例3：如圖所示為一等效電路，其中L=

17、0.8uH,空載Q值Q0100，C=5pF，C120pF，C220pF，RL5k，R=10k 。試求回路的諧振頻率、諧振電阻Rp。由左圖可畫出右圖的等效電路（1）回路的諧振頻率回路總電容121215C CCCpFCC第2章 高頻電路基礎0145.97()2fMHzLC（2）將RL 折合到回路兩端時的接入系數p為11223602301210.05 10 ( )L43.30 10 ( )110.1933 10 ( )15.17()LLPCpCCpSRSLQggpSRRRgk000電感 的損耗電導g 為1g =總電導 諧振電阻第2章 高頻電路基礎例例4. 電路如圖所示。給定參數為工作頻率f0=10.

18、7MHz，C20pF，線圈L13的QO60， N12=6匝，N23=6匝，N45=3匝，R=10k，Rg=2.5 k，RL=830，Cg=9pF，CL=12pF。求： L13、回路有載品質因數QL 和帶寬B0.7第2章 高頻電路基礎 思考下圖為緊耦合的抽頭電路，其接入系數的計思考下圖為緊耦合的抽頭電路，其接入系數的計 算可參照前述分析。算可參照前述分析。 C P1 C L RL P2 Is Rs Rp Is Rs Rp RL V (a) (b) 給定回路諧振頻率給定回路諧振頻率fp = 465 kHz，Rs = 27K ，Rp =172K ， RL = 1.36K ，空載空載Qo = 100，

19、P1 = 0.28，P2 = 0.063，Is = 1mA 求回路通頻帶求回路通頻帶B = ？和等效電流源？和等效電流源?s I傳輸線變壓器第2章 高頻電路基礎 3) 耦合振蕩回路 單振蕩回路具有頻率選擇性和阻抗變換的作用。單振蕩回路具有頻率選擇性和阻抗變換的作用。但是：但是：1 1、選頻特性不夠理想、選頻特性不夠理想 2 2、阻抗變換不靈活、不方便、阻抗變換不靈活、不方便為了使網絡具有矩形選頻特性，或者完成阻抗變換的需為了使網絡具有矩形選頻特性，或者完成阻抗變換的需要，需要采用耦合振蕩回路。要，需要采用耦合振蕩回路。耦合回路由兩個或者兩個以上的單振蕩回路通過各種不耦合回路由兩個或者兩個以上的

20、單振蕩回路通過各種不同的耦合方式組成。同的耦合方式組成。第2章 高頻電路基礎 圖 2 12 兩種常見的耦合回路及其等效電路111LrC R把接有激勵信號源的回路稱為初級回路, 把與負載相接的回路稱為次級回路或負載回路。 下圖是兩種常見的耦合回路。 圖 2 12（a）是互感耦合電路, 圖 2 12(b)是電容耦合回路。第2章 高頻電路基礎21212LLMLLMk對于圖 2 12（b）電路, 耦合系數為)(21CCCCCCCCk22222mfZMZZZ 耦合系數k定義為Xm與初、次級中與Xm同性質的兩電抗的幾何平均值之比，即對于圖 2 12（a）電路反射阻抗耦合系數耦合系數k：耦合回路的特性：耦合

21、回路的特性和功能與兩個回路的耦合程度和功能與兩個回路的耦合程度有關有關反射阻抗是用來說明一個回路對耦合的另一回路電流的影反射阻抗是用來說明一個回路對耦合的另一回路電流的影響。對初次級回路的相互影響，可用一反射阻抗來表示。響。對初次級回路的相互影響，可用一反射阻抗來表示。第2章 高頻電路基礎 附：附： 反射阻抗與耦合回路的等效阻抗反射阻抗與耦合回路的等效阻抗 + L1 r2 L2 M 1I C2 E 2I r1 C1 反射阻抗是用來說明一個回路對耦合的另一回路電流的影響。反射阻抗是用來說明一個回路對耦合的另一回路電流的影響。對初次級回路的相互影響，可用一反射阻抗來表示。對初次級回路的相互影響，可

22、用一反射阻抗來表示。現以下圖所示的互感耦合串聯回路為例來分析耦合回路的現以下圖所示的互感耦合串聯回路為例來分析耦合回路的 阻抗阻抗特性。在初級回路接入一個角頻率為特性。在初級回路接入一個角頻率為 的正弦電壓的正弦電壓， 初、初、次級回路中的電流分別以次級回路中的電流分別以i1和和i2表示，并標明了各電流表示，并標明了各電流 和電壓和電壓的正方向以及線圈的同名端關系。的正方向以及線圈的同名端關系。E第2章 高頻電路基礎 + L1 r2 L2 M 1I C2 E 2I r1 C1 初、次級回路電壓方程可寫為初、次級回路電壓方程可寫為式中式中Z1為初級回路的自阻抗，即為初級回路的自阻抗，即Z1=r1

23、+jX1, , Z2為次級回路的自阻抗，即為次級回路的自阻抗，即Z2=r2+jX2。解上列方程組可分別求出初級和次級回路電流的表示式：解上列方程組可分別求出初級和次級回路電流的表示式：1212()EIMZZ12221()Ej MZIMZZ0221211IZIMjEIMjZI第2章 高頻電路基礎2f21()MZZ稱為次級回路對初級回路的反射阻抗稱為次級回路對初級回路的反射阻抗2f2()MZZ上兩式中，上兩式中，稱為初級回路對次級回路的反射阻抗稱為初級回路對次級回路的反射阻抗而而 為次級開路時，初級電流為次級開路時，初級電流 在次級線圈在次級線圈L L2 2中所感應的電動勢，中所感應的電動勢，用電

24、壓表示為用電壓表示為1Ej MZ11EIZ211EEj MIj MZ 第2章 高頻電路基礎 Z1 (a) 初級等效電路初級等效電路 + E r1 X1 Zf rf Xf (b) 次級等效電路次級等效電路 + r2 X2 Zf2 rf2 Xf2 1j M EZ Z2 I I 2.E必須指出，在初級和次級回路中，并不存在實體的反必須指出，在初級和次級回路中，并不存在實體的反射阻抗。所謂反射阻抗，只不過是用來說明一個回路射阻抗。所謂反射阻抗，只不過是用來說明一個回路對另一個相互耦合回路的影響。例如，對另一個相互耦合回路的影響。例如，Zf表示次級電表示次級電流通過線圈流通過線圈L2時，在初級線圈時，在

25、初級線圈L1中所引起的互感電壓中所引起的互感電壓對初級電流的影響，且此電壓用一個在其上通過電流對初級電流的影響，且此電壓用一個在其上通過電流的阻抗來代替，這就是反射阻抗的物理意義。的阻抗來代替，這就是反射阻抗的物理意義。第2章 高頻電路基礎將自阻抗將自阻抗Z2和和Z1各分解為電阻分量和電抗分量，分別各分解為電阻分量和電抗分量，分別代入上式，得到初級和次級反射阻抗表示式為代入上式，得到初級和次級反射阻抗表示式為2222222222222222221222222222()()-()()-()ffffMMMZrjXrjXrjXrXrXMMrrXXrXrX22221122222211111122212

26、122221111()()-()()-()fffffMMMZrjXrjXrjXrXrXMMrrXXrXrX第2章 高頻電路基礎考慮到反射阻抗對初、次級回路的影響，最后可以寫考慮到反射阻抗對初、次級回路的影響，最后可以寫出初、次級等效電路的總阻抗的表示式：出初、次級等效電路的總阻抗的表示式：221121222222222()()eMMZrrj XXrXrX222212122221111()()eMMZrrj XXrXrX 以上分析盡管是以互感耦合路為例，但所得結論具有以上分析盡管是以互感耦合路為例，但所得結論具有普遍意義。它對純電抗耦合系統都是適用的，只要將相應普遍意義。它對純電抗耦合系統都是適

27、用的，只要將相應于各電阻的自阻抗和耦合阻抗代入以上各式，即可得到該于各電阻的自阻抗和耦合阻抗代入以上各式，即可得到該電路的阻抗特性。電路的阻抗特性。第2章 高頻電路基礎由上兩式可見，反射阻抗由反射電阻由上兩式可見，反射阻抗由反射電阻rf與反射電抗與反射電抗Xf所組成。所組成。由以上反射電阻和反射電抗的表示式可得出如下幾點結論：由以上反射電阻和反射電抗的表示式可得出如下幾點結論： 1 1）反射電阻永遠是正值。這是因為，無論是初級回路反）反射電阻永遠是正值。這是因為，無論是初級回路反射到次級回路，還是從次級回路反射到初級回路，反射電阻射到次級回路，還是從次級回路反射到初級回路，反射電阻總是代表一定

28、能量的損耗。總是代表一定能量的損耗。 2 2）反射電抗的性質與原回路總電抗的性質總是相反的。）反射電抗的性質與原回路總電抗的性質總是相反的。以以Xf為例，當為例，當X2呈感性呈感性(X20)時，則時，則Xf呈容性呈容性(Xf0)；反之，；反之，當當X2呈容性呈容性(X20)。 第2章 高頻電路基礎22()Mr3 3）反射電阻和反射電抗的值與耦合阻抗的平方值）反射電阻和反射電抗的值與耦合阻抗的平方值（ M）2成成正比。當互感量正比。當互感量M=0時，反射阻抗也等于零。這就是單回路時，反射阻抗也等于零。這就是單回路的情況。的情況。4 4）當初、次級回路同時調諧到與激勵頻率諧振（即）當初、次級回路同

29、時調諧到與激勵頻率諧振（即X1=X2=0）時，反射阻抗為純阻。其作用相當于在初級回路中增加一電時，反射阻抗為純阻。其作用相當于在初級回路中增加一電阻分量，阻分量， 且反射電阻與原回路電阻成反比。且反射電阻與原回路電阻成反比。第2章 高頻電路基礎kQAQrL00002)(耦合因子 初次級串聯阻抗可分別表示為 MjZjrZjrZm)1 ()1 (2211 耦合阻抗為 轉移阻抗的頻率特性轉移阻抗的頻率特性 常取 L1=L2=L，C1=C2=C，Q1=Q2=Q廣義失諧第2章 高頻電路基礎由圖2 12（c）等效電路, 轉移阻抗為 222221212111IUj CIZCCEIj C E (2 29) 由

30、次級感應電勢 產生, 有2ImZI1212ZZIIm考慮次級的反射阻抗, 則)()(22111ZZZIZZIEmf 將上兩式代入式(2 29), 再考慮其它關系, 經簡化得 第2章 高頻電路基礎jAACQjZ2122021 (2 30)根據同樣的方法可以得到電容耦合回路的轉移阻抗特性為jAALjQZ21220212222max21214)1 (2AAZZ （2 32） （2 31） Qk10（2 33）A1時稱臨界耦合，其臨界系數k0=1/Q,|Z21|曲線單峰第2章 高頻電路基礎4max21214111ZZ（2 34） A時稱過耦合，|Z21|曲線雙峰A時稱欠耦合，|Z21|曲線單峰下圖為歸

31、一化的轉移阻抗的頻率特性。臨界耦合時的特性為QfB07 . 02(2 35) 回路帶寬第2章 高頻電路基礎|Z21|max|Z21|10.707k k0k k0k k0ff1faf0fbf20 圖 2 13 耦合回路的頻率特性 7 . 01 . 01 . 0BBK（2 36） 矩形系數第2章 高頻電路基礎臨界耦合時過耦合狀態時，凹陷點等于0.707時00.72.413.1fABQ15. 35 . 41 . 001 . 0KQfB第2章 高頻電路基礎 2. 高頻變壓器和傳輸線變壓器高頻變壓器和傳輸線變壓器 (1) 高頻變壓器及其特點 變壓器是靠磁通交鏈, 或者說是靠互感進行耦合的。 (1) 為了

32、減少損耗, 高頻變壓器常用導磁率高、 高頻損耗小的軟磁材料作磁芯。 (2) 高頻變壓器一般用于小信號場合, 尺寸小, 線圈的匝數較少。 第2章 高頻電路基礎(a)(b)(c) 圖 2 14 高頻變壓器的磁芯結構（a） 環形磁芯; (b) 罐形磁芯; (c) 雙孔磁芯 N1N2(a)LSCSLN1N2(b)圖 2 15 高頻變壓器及其等效電路 (a) 電路符號; (b) 等效電路第2章 高頻電路基礎 用于窄帶電路時，已知f時的電路參數L，Ls，Cs,能構成電路并進行計算。 用于寬帶電路時：低頻端，L的阻抗小，對負載起分流作用，影響低頻響應。高頻端，Cs的阻抗起旁路作用，而漏感Ls的阻抗大，起分壓

33、作用。要展寬高頻范圍，應減少變壓器的Ls和Cs,但勵磁電感L也隨匝數減少而迅速變小，這會導致低頻響應變差，故采用高磁導率的高頻磁芯。第2章 高頻電路基礎 2) 傳輸線變壓器 傳輸線變壓器就是利用繞制在磁環上的傳輸線而構成的高頻變壓器。 圖 2 17 為其典型的結構和電路圖。 磁環42132143(a)(b)圖 2 17 傳輸線變壓器的典型結構和電路 (a) 結構示意圖; （b） 電路 第2章 高頻電路基礎rrfvcv0RSES1324U1.RLU2.ZCI.RSES1234U1.RLUL(a)(b)I. 圖 2 18 傳輸線變壓器的工作方式 (a) 傳輸線方式; (b) 變壓器方式 波速與波長

34、為：第2章 高頻電路基礎傳輸線工作方式的特點：在傳輸線的任一點上，兩導線上流經的電流大小相等，方向相反。RLZC時，兩導線間的電壓沿線均勻分布（指振幅）變壓器方式：勵磁電感較大，其感抗值遠大于特性阻抗Zc和負載阻抗，12端和34端有相同的電壓。傳輸線變壓器的寬帶性能的好壞與參數及結構尺寸的選擇有很大關系，特性阻抗Zc和負載阻抗ZL接近，以實現匹配。第2章 高頻電路基礎RSESU1.132U2.RLUL.(a)(b)RSESU1.132RL/2I1.I2.4I1.U1/2.ZCI2.U1/2.RL/2U1.2U1.2RSU1.132U2.RLUL.(c)I.I.U2.I.U1.RSES.ES.R

35、LRbRL42A13U1.BUL.UL.I2.I1.(d).4.4 圖 2 19傳輸線變壓器的應用舉例 （a） 高頻反相器; （b） 不平衡平衡變換器; （c） 1 4 阻抗變換器; (d) 3 分貝耦合器 第2章 高頻電路基礎例例第2章 高頻電路基礎 3. 石英晶體諧振器石英晶體諧振器 1) 物理特性 石英晶體諧振器是由天然或人工生成的石英晶體切片制成。利用石英晶體的壓電效應壓電效應和逆壓電效應逆壓電效應可以將其制成晶體諧振器。 第2章 高頻電路基礎第2章 高頻電路基礎第2章 高頻電路基礎q1q3q5C0LqCqrqC0(a)(b) 圖 2 22 晶體諧振器的等效電路 (a) 包括泛音在內的

36、等效電路; (b) 諧振頻率附近的等效電路 其中：安裝電容C0約pFF 動態電感Lq約10-3H102 H 動態電容Cq約10-4pF10-1pF 動態電阻rq約幾十歐到幾百歐2) 等效電路及阻抗特性一般的用圖示的LC諧振回路來模擬石英晶體的電特性。 通常把基頻諧振稱為基音諧振，把高次諧波上的諧振稱為泛音諧振。 第2章 高頻電路基礎由圖 可看出, 晶體諧振器是一串并聯的振蕩回路, 串聯諧振頻率fq為qqqCLf2100000112121CCfCCCLCCCCLfqqqqqqqq并聯諧振頻率f0為第2章 高頻電路基礎)211 (000CCffCCqqq等效電路的阻抗的一般表示式為 001)1()

37、1(1CjCLjrCLjrCjZqqqqqqe在忽略rq后, 上式可化簡為 220220111qeeCjjXZ第2章 高頻電路基礎圖 2 23 晶體諧振器的電抗曲線 qqqeLCLddddXq2)1(在q處的電抗變化率Xeq0o感性感性容性容性第2章 高頻電路基礎晶體諧振器的特點：晶體諧振器的特點：晶體的諧振頻率fq和f0非常穩定。有非常高的品質因數。接入系數非常小。晶體在工作頻率附近阻抗變化率大，有很高的并聯諧振阻抗。所以晶體諧振器的頻率穩定度比一般振蕩回路要高。第2章 高頻電路基礎1:211Z1Z222RLb0fqf0(a)(b)f圖 2 24 晶體濾波器的電路與衰減特性（a） 濾波器電路

38、; （b） 衰減特性 3）晶體諧振器的應用: 振蕩器振蕩器 高頻窄帶濾波器高頻窄帶濾波器具有高具有高Q，通帶極窄通帶極窄第2章 高頻電路基礎 4. 集中濾波器集中濾波器 1) 陶瓷濾波器（帶通濾波器）陶瓷諧振片 圖 2 25 陶瓷濾波器電路 工藝：工藝：由壓電陶瓷制成。但由壓電陶瓷制成。但Q值低于石英晶體，約為幾百，高值低于石英晶體，約為幾百，高 于于LC諧振電路諧振電路。優點：優點：體積小、成本低、通帶衰耗小和矩形系數小等。體積小、成本低、通帶衰耗小和矩形系數小等。缺點：缺點：一致性差。頻率特性離散性大，通頻帶不夠寬。一致性差。頻率特性離散性大，通頻帶不夠寬。第2章 高頻電路基礎 2) 聲表

39、面波濾波器 聲 表 面 波聲 表 面 波傳播方向傳播方向RsUsRL聲表面波濾波器結構圖聲表面波濾波器結構圖依靠基片變形激起表面超聲波實現依靠基片變形激起表面超聲波實現選頻特性：選頻特性：當叉指換能器的幾當叉指換能器的幾何參數以及發端換能器的距離何參數以及發端換能器的距離一定時，它就具有選擇某一頻一定時，它就具有選擇某一頻率信號輸出的能力。率信號輸出的能力。特點：特點：可滿足多種頻率特性、可滿足多種頻率特性、性能穩定、工作頻率高、體積性能穩定、工作頻率高、體積小、可靠性高等。小、可靠性高等。第2章 高頻電路基礎第2章 高頻電路基礎一千兆赫一千兆赫幾百兆赫幾百兆赫幾十兆赫幾十兆赫最高工作頻率最高

40、工作頻率可達可達50%可達可達10%小于小于1%相對帶寬相對帶寬可小于可小于1.2可小于可小于4矩形系數矩形系數可滿足多種頻率可滿足多種頻率特性、性能穩定、特性、性能穩定、工作頻率高工作頻率高可靠性高、性能穩可靠性高、性能穩定、成本低、工作定、成本低、工作頻率較高頻率較高頻率穩定、頻率穩定、Q值高、相值高、相對帶寬窄對帶寬窄特點特點符號符號三端三端兩端兩端聲表面濾波器聲表面濾波器陶瓷濾波器陶瓷濾波器晶體濾波器晶體濾波器濾波器名稱濾波器名稱總結總結第2章 高頻電路基礎 5. 衰減器與匹配器衰減器與匹配器 1) 高頻衰減器 VVWVWW 圖 2 28 T型和型網絡 R1R2R3Z1Z2 圖 2 2

41、9 T型電阻網絡匹配器 2)高頻匹配器第2章 高頻電路基礎2.2 電子電子 噪噪 聲聲 2.2.1 概述概述 所謂干擾（或噪聲）, 就是除有用信號以外的一切不需要的信號及各種電磁騷動的總稱。 2.2.2 電子噪聲的來源與特性電子噪聲的來源與特性 1. 電阻熱噪聲 當溫度大于300K時，作隨機運動的自由電子，穿越電阻的運動過程，會在電阻兩端產生的隨機的起伏噪聲電壓，下圖是電阻起伏噪聲電壓波形的示意圖。tEn0第2章 高頻電路基礎1) 熱噪聲電壓和功率譜密度起伏噪聲電壓是時間上連續的隨機過程，根據概率統計理論，起伏電壓的強度可以用其均方值表示。電阻R兩端起伏噪聲電壓的均方值為： kTBRdteTL

42、imEnTn41202)21exp(21)(222nnnnEeEep總的噪聲電壓服從的正態分布，其概率密度為第2章 高頻電路基礎 功率譜密度定義是：單位頻帶內噪聲電壓（或電流）的均方值： 噪聲電壓的功率譜密度SU=4kTR（V2/Hz）噪聲電流的功率譜密度SI=4kTG（A2/Hz）SU常用在串聯電路中計算噪聲，SI常用在并聯電路中計算噪聲 電路中電阻熱噪聲的計算電路中電阻熱噪聲的計算（1）單個電阻的熱噪聲強度（2）多個電阻的熱噪聲強度 RR(理想)G(理想)2nE2nIR1R2R1R2R1+R221nE22nE2221nnEE R1R2R1R2R1/R22222nnII 21nI22nI第2

43、章 高頻電路基礎2) 線性電路中的熱噪聲 UiUoSjHS2)(|H(j)|2U2iSUiU2oSUo圖 2 32熱噪聲通過線路電路的模型 熱噪聲通過線性網絡電路的傳輸函數dfSEUon02輸出端的噪聲電壓譜密度輸出噪聲電壓均方值為第2章 高頻電路基礎LrCLrCSUi 4kTrReXe(a)(b)(c)SUo 圖 2 33并聯回路的熱噪聲kTrCLrCSUo4)1()1(2221()1jCH jrj LjC并聯回路的熱噪聲(2 55) 第2章 高頻電路基礎 并聯回路可以等效為Re+jXe（圖 2 33（c）,現在看上述輸出噪聲譜密度與Re、 Xe的關系。 CjLjrLjrCjjXRee1)(

44、)(1展開化簡后得 與式(2 55)（P41）對比, 可得 222)1()1(CLrrCReeUkTRSo4注意：純電抗不產生熱噪聲！第2章 高頻電路基礎輸出端的均方噪聲電壓為QfkTRfdffQRkTfkTrdffQCrfdSdfSEooUUn24)2(144)2(1)(10020020202第2章 高頻電路基礎結論: 對二端線性電路，其噪聲電壓或噪聲電流 譜密度SU、SI可用等效電阻Re(或Ge)來代替SU=4kTR,SI=4kTG中的R、G。電阻熱噪聲通過線性電路后，一般不再是白噪聲。第2章 高頻電路基礎 3) 噪聲帶寬 上圖是一線性系統, 其電壓傳輸函數為H(j)。 設輸入一電阻熱噪聲

45、,均方電壓譜為SUi=4kTR, 輸出均方電壓譜為SUo, 則輸出均方電壓E2n2為 dfjHkTRdfjHSdfSEUiUon2020022)(4)( 設|H(j)|的最大值為H0, 則可定義一等效噪聲帶寬Bn, 令20224HkTRBEnn 則等效噪聲帶寬Bn為2020)(HdfjHBn|H(j)|2U2iSUiU2oSUo第2章 高頻電路基礎第2章 高頻電路基礎 圖 2 33 的單振蕩回路為例, 計算其等效噪聲帶寬。 設回路為高Q電路, 設諧振頻率為f0， 由前面分析, 再考慮到高Q條件, 此回路的|H(j)| 2可近似為 2022)2(1)1()(ffQCrjHo式中, f為相對于f0

46、的頻偏, 由此可得等效噪聲帶寬為QffdffQBn2)2(11020第2章 高頻電路基礎 2. 晶體三極管的噪聲晶體三極管的噪聲 1) 散彈（粒）噪聲 己知并聯回路的 3 dB帶寬為B 0.7= f0/Q, 故7 . 07 . 057. 12BBBn012)(qIfS2) 分配噪聲3) 閃爍噪聲 3. 場效應管噪聲場效應管噪聲 溝道電阻產生的熱噪聲、溝道熱噪聲通過溝道和柵極電容的耦合作用在柵極上的感應噪聲、閃爍噪聲第2章 高頻電路基礎 2.2.3 噪聲系數和噪聲溫度噪聲系數和噪聲溫度 1 噪聲系數的定義噪聲系數的定義 圖 2 35 為一線性四端網絡, 它的噪聲系數定義為輸入端的信號噪聲功率比(

47、S/N)i與輸出端的信號噪聲功率比(S/N)o的比值, 即線性電路KPNFSiNiSoNo 圖 2 35 噪聲系數的定義 第2章 高頻電路基礎 圖中, KP為電路的功率傳輸系數(或功率放大倍數)。 用Na表示線性電路內部附加噪聲功率在輸出端的輸出, 考慮到KP=o/Si, 上式可以表示為ooiioiFNSNSNSNSN)()(ipaipapiFipopioFNKNNKNKNNNKNKNNN1第2章 高頻電路基礎 噪聲系數通常用dB表示, 用dB表示的噪聲系數為 oiFFNSNSLgLgNdBN)()(1010)(對噪聲系數的說明：1.噪聲功率與帶寬相聯系的。白噪聲：噪聲功率與帶寬B成正比線性系

48、統：由于有頻響特性，噪聲功率不與帶寬B成正比引入等效噪聲帶寬，噪聲系數具有平均意義。2.噪聲系數與輸入信號大小無關，與輸入噪聲功率Ni有關，因此在噪聲系數的定義中，規定Ni為信號源內阻Rs的最大輸出功率。第2章 高頻電路基礎2222nionoFnionoFIINUUN4.噪聲系數的定義只適用于線性或準線性電路3.噪聲系數與輸出端所接負載的大小（包括開路和短路）無關。因此：第2章 高頻電路基礎 2噪聲溫度噪聲溫度 將線性電路的內部附加噪聲折算到輸入端, 此附加噪聲可以用提高信號源內阻上的溫度來等效, 這就是“噪聲溫度”。Na等效到輸入端的附加噪聲為Na/KP, 令增加的溫度為Te, 即噪聲溫度,

49、 可得BkTKNepaTNTTTBkTBkTNBkTNKNNFeeeieiPaF) 1(1111第2章 高頻電路基礎 2.2.4噪聲系數的計算噪聲系數的計算 1額定功率法額定功率法 額定功率, 又稱資用功率或可用功率, 是指信號源所能輸出的最大功率, 它是一個度量信號源容量大小的參數, 是信號源的一個屬性, 它只取決于信號源本身的參數內阻和電動勢, 與輸入電阻和負載無關, 如圖 。 SSamREP42RSESRL RSISRSRL RS(a)(b)電壓源; 電流源 SSamRIP241第2章 高頻電路基礎 根據噪聲系數的定義, 分子和分母都是同一端點上的功率 比, 因此將實際功率改為額定功率,

50、 并不改變噪聲系數的定義, 則mipmmomoamomismiFNKNNPNPN因為Nmi= kTB, Nmo= KPmNmi+ Nmn, , 所以kTBKNkTBKNNpmmnpmmoF1 額定功率增益KPm是指四端網絡的輸出額定功率Psmo和輸入額定功率Psmi之比, 即smismoPmPPKNmi和Nmo分別為輸入和輸出的噪聲額定功率Nmn為網絡內部的最大輸出噪聲功率第2章 高頻電路基礎等效到輸入端, 有kTBNNmoiF 式中, Nmoi=Nmo/KPm是網絡額定輸出噪聲功率等效到輸入端的數值。 LKNpmF1無源四端網絡的噪聲系數：無 源四端網絡KPmE2S.Roj Xo4 kTBRoUon2