第二章 高频电路基础

第二章高频电路基础第一节高频电路中的元器件第二节高频电路中的基本电路第三节电子噪声及其特性第四节噪声系数和噪声温度南昌航空大学第一节高频电路中的元器件一、高频电路中的元件1、高频元件包括：电阻，电容，电感。注意：高频元件在使用时要注意他们的高频特性。LRCRR电阻的高频等效电路电容的高频等效电路电感的高频等效电路第一节高频电路中的元器件（1）自身谐振频率SRF（SelfResonantFrequency）fSRF时，电容器呈正常的电容特性。fSRF时，电容器等效为一个电感。与电容器类似，高频电感器也具有自身谐振频率SRF。频率f阻抗O频率f阻抗与相角相角阻抗o理想电容器的阻抗特性高频电感器也具有自身谐振频率SRF自身谐振频率感性区容性区SRF第一节高频电路中的元器件（2）品质因数Q品质因数Q定义为高频电感的感抗与其串联损耗电阻之比。1LQrCrQ值的计算：Q值越高，表明该电感的储能作用越强，损耗越小。第一节高频电路中的元器件二、高频电路中的器件高频电路中的有源器件主要是二极管、晶体管和集成电路（IC），完成信号的放大、非线性变换等功能。第二节高频电路中的基本电路一、高频振荡回路振荡回路的谐振特性：简单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，这个特定频率称为谐振频率。高频振荡回路包括：并联谐振回路和串联谐振回路。第二节高频电路中的基本电路1、并联谐振回路（1）电路结构L：电感线圈；r：损耗电阻；（交流电阻）C：为电容。CL并联谐振回路r第二节高频电路中的基本电路（2）并联谐振回路的计算CjLjrCjLjrZp11LCQLCQ1111120)1(00CrrLQLrC并联谐振频率ω0：令Zp的虚部为零，求解可得第二节高频电路中的基本电路rQCQLQCrLR2000CLr并联谐振回路LC0R并联谐振回路等效电路回路在谐振时阻抗最大为：第二节高频电路中的基本电路在高条件下，有：Q000211pRRZjjQ)(0CjLjrCjLjrZp11001()LQCrrCjLjrCLr11CrjrLjCrL11001LCrQjQj001LCrjQ第二节高频电路中的基本电路根据21121QQ1Q2QB0阻抗特性辐角特性000211pRRZjjQ21QQ容性1Q2Q感性作用1：选频作用2：移相第二节高频电路中的基本电路回路带宽(半功率点频带)QffB0707.02707.01.01.0BBK0707.0B1.0B0RR707.0R1.0Z定义矩形系数：第二节高频电路中的基本电路LC10OX容性感性00022电抗特性幅频特性辐角特性（相频特性）0Q2Q1Q1Q20II电路组成2、串联谐振回路讨论一一余弦脉冲电流i通过一LC并联谐振回路,如图所示，试分析LC并联谐振回路两端电压u波形。例2-1设一放大器以简单并联谐振放大器为负载，信号中心频率为fs=10MHz,回路电容C=50pF，试计算：（1）所需的线圈电感值（2）若线圈的品质因数Q=100，试计算回路谐振电阻和回路带宽（3）若放大器所需的带宽B=0.5MHz，应在回路上并联多大的电阻才能满足放大器所需带宽要求？第二节高频电路中的基本电路二、抽头并联振荡回路U1LLRCRTU2LLC0RTUU信号源部分接入负载部分接入抽头回路的作用：阻抗变换。第二节高频电路中的基本电路1、抽头系数（接入系数）定义：与外电路相连的那部分电抗与本回路参与分压的同性质总电抗之比。用电压比来表示：U1LLRCRTU2LLC0RTUU信号源部分接入RU1LLRCRTU2L负载部分接入第二节高频电路中的基本电路2、阻抗变换和信号源变换（1）对于信号源部分接入：211221111LLLLjILjILjIUUpT由功率相等：LLTLTRpRUURRURU22222221LCLRTUU信号源部分接入R2L1I2I电源部分接入电阻减小第二节高频电路中的基本电路（2）对于负载部分接入：212212LLLLjLjLjUUpT由功率相等：LLTLTRpRUURRURU22222122U1LLRCRTU2L负载部分接入部分接入到全接入电阻增加第二节高频电路中的基本电路三、石英晶体谐振器晶体谐振器与一般振荡回路比较，有几个明显的特点:（1）晶体的谐振频率非常稳定。（2）有非常高的品质因数。（3）接入系数非常小。（4）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。例2-2如图所示并联谐振回路，信号源与负载都为部入接入。已知RS、RL，并知回路参数L、C1、C2和空载品质因数QO，求（1）fo与B0.707；（2）RL不变，要求总负载与信号源匹配，如何调整回路参数？第二节高频电路中的基本电路四、传输线变压器1、电路结构磁环42132143(a)(b)(a)结构示意图;（b）电路第二节高频电路中的基本电路＋－RSES1324U1.RL＋－U2.ZCI.＋－RSES1234U1.RL＋－UL(a)(b)I.(a)传输线方式;(b)变压器方式2、工作方式12II12UU第二节高频电路中的基本电路＋－RSESU1.13＋－2＋－U2.RL＋－UL.(a)(b)＋－RSESU1.13＋－2RL/2＋－I1.I2.4I1.U1/2.＋－ZCI2.U1/2.＋－RL/2－＋U1.2U1.2＋－RSU1.13＋－2－U2.RL＋－UL.(c)I.＋I.－U2.I.＋－U1.＋RSES.ES.＋－RLRbRL42A13＋－U1.B＋－＋－UL.UL.I2.I1.(d)..4..43、应用：（1∶4阻抗变换器）LLiRIUIUR4122/21第三节电子噪声及其特性定义：噪声就是除有用信号以外的一切不需要的信号及各种电磁扰动的总称。噪声来源主要有两方面:电阻热噪声和半导体管噪声。一、电阻热噪声电阻R两端噪声电压的均方值为:kTBRdteTETnTn41lim022电阻热噪声电压波形第三节电子噪声及其特性电阻热噪声等效电路定义均方电压谱密度和均方电流谱密度分别对应于单位频带内的噪声电压均方值与噪声电流均方值：)/(42HzVkTRSU)/(42HzAkTGSIkTBREn42kTBGIn42RGR第三节电子噪声及其特性1、线性电路中的热噪声①多个电阻的热噪声。以两个电阻串联为例：)(42122212RRkTBEEEnnn21222144kTBRkTBREEnn21RR2R1R2R1R21nE22nE两个电阻串联的噪声分析模型第三节电子噪声及其特性②热噪声通过线性网络。UiUoSjHS2)(220004(2nUoUiESdfSHjdffkTRLCQ并联回路）热噪声通过线路路的模型UiSUoS2jH2iU2oU如果传输函数表示电压之比则有：输出端的均方噪声电压为：第三节电子噪声及其特性定义等效噪声带宽2002HdfjHBn可以得到：2002244HkTRBdfjHkTREnnfnB2jH0H等效噪声带宽第三节电子噪声及其特性二、晶体三极管的噪声•分布电阻产生热噪声•散弹（粒）噪声•分配噪声•闪烁噪声三、场效应管噪声第四节噪声系数和噪声温度一、噪声系数定义：输入端的信号噪声功率比与输出端的信号噪声功率比的比值，即ooiioiFNSNSNSNSN//)/()/(用dB表示为：oiFFNSNSNdBNlg10lg10)(pKiSiNFNoSoN线性电路第四节噪声系数和噪声温度二．噪声温度将线性电路的内部附加噪声折算到输入端,此附加噪声可以用提高信号源内阻上的温度来等效。BkTKNepaTNTTTBkTBkTNBkTNFeeeieF)1(111第四节噪声系数和噪声温度三、噪声系数的计算1、“额定功率”和“额定功率增益”的概念。额定功率，又称资用功率或可用功率，是指信号源所能输出的最大功率。smismoPmPPK额定功率增益是指四端网络的输出额定功率和输入额定功率之比，即:第四节噪声系数和噪声温度2、噪声系数的计算miPmmomosmomismiFNKNNPNPN//因为：、所以：kTBNmimnmiPmmoNNKNkTBKNkTBKNNPmmnPmmoF1等效到输入端有：kTBNNmoiF第四节噪声系数和噪声温度3、级联四端网络的噪声系数级联网络噪声系数2pK1FN第一级1pKkTB1N2FNoN第二级21312111pmpmFpmFFFKKNKNNN第四节噪声系数和噪声温度4、灵敏度灵敏度就是保持接收机输出端一定信噪比时，接收机输入的最小信号电压或功率（设接收机有足够的增益）。ooFooiFiNSkTBNNSNNSisimSRU4ooiiFNSNSN讨论二某接收机的噪声系数为5dB，带宽为10MHz,输入阻抗为50Ω。若要求输出信噪比应为10dB，问接收机的灵敏度为多少？作业：2-1、2-3、2-10