高频电子线路 第二章
高频电子线路_张肃文_第6版课件_第2章_选频网络
2.1.3 串联振荡回路的相位特性曲线
由于人耳听觉对于相位特性引起的信号失真不 敏感，所以早期的无线电通信在传递声音信号时， 对于相频特性并不重视。 但是，近代无线电技术中，普遍遇到数字信号 与图像信号的传输问题，在这种情况下，相位特性 失真要严重影响通信质量。
1 代入上式，则得 LC L Q C R
+ – Vs
C
在LC谐振回路中，用Q评价谐振回路损耗的大小。 Q值常在几十到几百左右。Q值越大，回路的损耗 越小，其选择性越好。
2.1.1 基本原理
总结
1. 谐振时，回路阻抗值最小，即Z=R；当信号源为电压源 V s ，具有带通选频特性。 时，回路电流最大，即 I 0 R 2. 阻抗性质随频率变化的规律：
又因为
1 w0 L w 0C
C
所以
V V L0 C0
谐振时，电感、电容消失了！
2.1.1 基本原理
1 w0 L w0C 回路的品质因数 w0 L 1 Q R w0CR
考虑到，谐振时
L + – Vs
R
I jw L V L0 0 0
1 V 1 1 s VC 0 I 0 j Vs jQV s jw0C R jw0C w0CR
. (w ) I 1 N (w ) N (w )e j (w ) (w ) w w0 I 0 1 j Q( )
w0
w
w w0 arctan Q w w arctan 0
2.1 arctan Q w w arctan 0
高频电子线路二版第二章.高频电路基础
次级回路自阻抗
M2
Zf1 Z22
初级回路自阻抗
M2
Zf2
Z11
Z22 次级回路自阻抗
Z11 初级回路自阻抗
广义失谐量： 0L ( 0 ) 2Q
r 0
0
耦合因子： A Q
临界耦合 A 1
欠耦合 A<1
过耦合 A>1
理相
1
0.7
实际
0.1
0
ω0
ω
② 选择性: 表征了对无用信号的抑制能力，
Q值越高，曲线越陡峭，选择性越好，但通频
带越窄。
③ 理想回路：幅频特性在通频带内应完全
平坦。是一个矩型.
矩型系数: 表征实际幅频特性与理想幅
频特性接近的程度.谐振曲线下降为谐振值( f0 处 )的0.1时对应的频带宽度B0.1与通频带B0.707 之比:
+
IS
RS
C
N1 N2 RL
+
R'L
IS
RS
C
L
分析：
由 N1:N2=1:n ，得 n = N2 / N1（接入系数）。利用ⅰ 的方法，也可求得负载RL等效到初级回路的等效电阻是：
பைடு நூலகம்RL
1 n2
RL
或 gL n2gL
ⅲ. 电容分压式阻抗变换电路
Ú
+
IS RS
L
C1 ÚT
C2
IS RS C L
C1 R'L
⑷ 分析几种常用的抽头并联谐振回路
ⅰ.自耦变压器阻抗变换电路
Ú1
+
IS
RS
C
N1 Ú2 L
N2
RL
高频电子线路第2章
信号偏离谐振回路的谐振频率时，谐振回路 的幅频特性下降为最大值的 1/ 2 (≈ 0.7)时对 应的频率范围，称为通频带，用BW0.7表示。
BW0.7
2f0.7
f0 Q
I
1
1
I max
1
jQ
0
0
1 j
II 1
I max
I max
12
arctan
➢谐振回路的品质因数越大，通频带越窄
2．并联谐振回路
Yp
1 Zp
1 rp
j C
1 L
1 rp
1
j rp 0 L
0
0
1
j
谐振时 0
Zp max rp Q
L C
U max Is rp
IC j0CUmax j0Crp Is jQIs
IL
U max j0 L
j rp 0 L
解：将图2.9(a)等效为图2.9(b)，各等效元件的参数计算如下
p1
N12 N13
1 5
，p2
N 45 N13
1 10
RL
RL p22
102
2 200(k)
因为Ys
p12Ys
1 Rs
jCs
p12
(
1 Rs
jCs )
所以Rs
Rs p12
52 10 250(k)
Cs
p12Cs
100 52
Rp
X
2 p
Rp2
X
2 p
j Rp2 X p
Rp2
X
2 p
等效变换前后回路的品 质因数应该相等
X s Rp Q
Rs
Xp
高频电子线路第二章
本地载波的产生
平方器
带通滤波器
分频器
2. 单边带调幅
双边带抑制载波调幅方式中，不含固定载波
分量，因而可以有效地利用发射机的功率传递 信息
➢但它是双边带信号，所占带宽仍为调制信号最高
➢ 通信接收机中的混频电路 ➢ 二极管混频电路 ➢ 混频失真
2.4 振幅调制与解调电路
➢ 振幅调制电路 ➢ 二极管包络检波电路 ➢ 同步检波电路
什么是调制？
调制是使消息载体的某些特性随消息变化的过程
➢调制的作用是把消息置于消息载体，以便传输和处理 ➢解调是调制的逆过程，从消息载体中还原出原来的消息
两种方案
幅度调制其实是一个变频过程，即两个信号相乘
二、双边带和单边带调制电路组成模型
1.（抑制载波的）双边带调幅
从信息传输的角度看，载波是多余的，并且普通AM载波的功率占了
总功率的一半以上，对充分利用发射机功率是不利的 ➢采用抑制载波调幅
波形图
DSB AM的性 质
已调信号的幅度随调制信号的变化而变化，但其包络不能反映调制信号的形状 ➢调制信号正值时的载波相位与调制信号负值时的相位是反相的（差180） ➢不能使用包络检波，只能采用同步检波（相干解调） ➢抑制载波调幅不含固定的载波分量，如果调制信号的平均值不为0，将会出现
调制分类
按调制信号vΩ(t)
➢模拟调制、数字调制
按载波vc(t)
➢脉冲调制、正弦波调制、光强度调制
正弦波调制
➢幅度调制、角度调制（频率调制、相位调制）
2.1 频谱搬移电路的组成模型
2.1.1 振幅调制电路的组成模型
幅度调制（AM）是指载波的幅度随调制信号的变化规律而变化，而其角
频率和初相位均为常数
高频电子线路 第2章-高频电路基础
1 1 L= 2 = ω0 C (2π ) 2 f 02C
以兆赫兹(MHz)为单位 Ｃ以皮法 为单位, 以皮法(pF)为单位 L以 为单位, 将f0以兆赫兹 为单位 为单位 以 微亨（ ）为单位， 上式可变为一实用计算公式： 微亨（µH）为单位， 上式可变为一实用计算公式：
1 2 1 25330 6 L = ( ) 2 × 10 = 2 2π f 0 C f0 C
(3) 求满足 求满足0.5 MHz带宽的并联电阻。 设回路上并联 带宽的并联电阻。 带宽的并联电阻 电阻为R 并联后的总电阻为R 电阻为 1, 并联后的总电阻为 1∥R0, 总的回路有载品 f0 质因数为Q 由带宽公式, 质因数为 L。 由带宽公式 有 Q =
L
B
此时要求的带宽B=0.5 MHz, 故 QL = 20 此时要求的带宽 回路总电阻为
主要包括电台、工业、空间电磁、天电等 主要包括电台、工业、空间电磁、
内部产生的一般称为噪声
人为:接地 回路耦合等 人为 接地,回路耦合等 接地 系统内:电阻 电子器件等的热噪声等 系统内 电阻,电子器件等的热噪声等 电阻
电子噪声：电子线路中普遍存在。 电子噪声：电子线路中普遍存在。指电子线路中的随 机起伏的电信号，与电子扰动有关。 机起伏的电信号，与电子扰动有关。 当噪声,干扰与信号可比拟时 称信号被噪声淹没 当噪声 干扰与信号可比拟时,称信号被噪声淹没 干扰与信号可比拟时 称信号被噪声淹没.
ωM M = 对于互感耦合: 对于互感耦合 k = 2 L1L2 ω L1L2
通常情况: 通常情况
M L1 = L2 = L 则 k = L
CC k= 对于电容耦合: 对于电容耦合 (C1 + CC )(C2 + CC )
(完整版)高频电子线路(知识点整理)
127.02ωωω-=∆高频电子线路重点第二章 选频网络一. 基本概念所谓选频（滤波），就是选出需要的频率分量和滤除不需要的频率分量。
电抗(X)=容抗（ )+感抗(wL) 阻抗=电阻(R)+j 电抗 阻抗的模把阻抗看成虚数求模 二．串联谐振电路 1.谐振时，（电抗） ，电容、电感消失了，相角等于0，谐振频率： ，此时|Z|最小=R ，电流最大2.当w<w 0时，电流超前电压，相角小于0，X<0阻抗是容性；当w>w 0时，电压超前电流，相角大于0，X>0阻抗是感性；3.回路的品质因素数 （除R ），增大回路电阻，品质因数下降，谐振时，电感和电容两端的电位差大小等于外加电压的Q 倍，相位相反4.回路电流与谐振时回路电流之比 (幅频)，品质因数越高，谐振时的电流越大，比值越大，曲线越尖，选频作用越明显，选择性越好5.失谐△w=w （再加电压的频率）-w 0（回路谐振频率），当w 和w 0很相近时， ，ξ=X/R=Q ×2△w/w 0是广义失谐，回路电流与谐振时回路电流之比6.当外加电压不变，w=w 1=w 2时，其值为1/√2，w 2-w 1为通频带，w 2，w 1为边界频率/半功率点，广义失谐为±17. ，品质因数越高，选择性越好，通频带越窄 8.通频带绝对值 通频带相对值 9.相位特性Q 越大，相位曲线在w 0处越陡峭10.能量关系电抗元件电感和电容不消耗外加电动势的能量，消耗能量的只有损耗电阻。
回路总瞬时储能 回路一个周期的损耗 ， 表示回路或线圈中的损耗。
就能量关系而言，所谓“谐振”，是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡，而且谐振回路中电流最大。
11. 电源内阻与负载电阻的影响Q L 三. 并联谐振回路 1.一般无特殊说明都考虑wL>>R ，Z 反之w p =√［1/LC-(R/L)2］=1/√RC ·√1-Q2 2.Y(导纳)＝ 电导(G)= 电纳(B)= . 与串联不同 )1(CL ωω-010=-=C L X ωωLC 10=ωCR R L Q 001ωω==)(j 0)()(j 11ωψωωωωωe N Q =-+=Q702ωω=∆⋅21)(2=+=ξξN Q f f 0702=∆⋅Qf f 1207.0=∆ξωωωωψ arctan arctan 00-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⋅-=Q ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+≈C L R C L ωω1j ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=C CR ω1j ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+L C LCRωω1j LCR ⎪⎭⎫ ⎝⎛-L C ωω1C ω1-+ –CV sLRI s C L R22222221cos 21sin 21sm sm sm V CQ t V CQ t V CQ w w w C L 22=+=+=ωω2sm 02sm 21π2121π2CQV R V w R⋅=⋅⋅=ωQCQV V CQ w w w R C L ⋅=⋅=+π2121π2212sm sm每周期耗能回路储能π2 =Q 所以RR R R Q LS 0=3.谐振时，回路谐振电阻R p= =Q p w p L=Q p/w p C4.品质因数（乘R p）5.当w<w p时，B>0导纳是感性；当w>w p时，B<0导纳是容性（看电纳）电感和电容支路的电流等于外加电流的Q倍，相位相反并联电阻减小品质因数下降通频带加宽，选择性变坏6.信号源内阻和负载电阻的影响由此看出，考虑信号源内阻及负载电阻后，品质因数下降，并联谐振回路的选择性变坏，通频带加宽。
高频电子线路第二章 高频小信号放大器
(2) 为了增大Ａu0, 要求负载电导小, 如果负载是下一级放 大器, 则要求其ｇie小。 (3) 回路谐振电导ｇe0越小, Ａu0越大。 (4) Ａu0与接入系数ｎ1、ｎ2有关, 但不是单调递增或单调 递减关系。由于ｎ1和ｎ2还会影响回路有载 Ｑ值Ｑe, 而Ｑe又 将影响通频带,所以ｎ1与ｎ2的选择应全面考虑, 选取最佳值。
结论：
以上这些质量指标，相互之间即有联系又有矛盾。 增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一 对矛盾。
应根据需要决定主次，进行分析和讨论。
4、 晶体管的高频小信号等效电路
形式等效电路（网络参数等效电路） 包括：Y参数、h参数、z参数、s参数等效电路 混合π型等效电路(物理模拟等效电路)
2.2.1 单管单调谐放大器※
1.电路组成及特点
●右图是一个典型的单管单调谐放大器。
Ｃ b 与 Ｃ c 分别是和信号源（或前级放大器）、 负载（或后级放大器）的耦合电容, Ｃe是旁路
UCC R2 L Cc
电容。 ●电容Ｃ与电感Ｌ组成的并联谐振回路作为晶 体管的集电极负载 , 其谐振频率应调谐在输入 有用信号的中心频率上。 ● 回路与晶体管的耦合采用自耦变压器耦合方 式 , 这样可减弱晶体管输出导纳对回路的影响。 ● 负载（或下级放大器）与回路的耦合采用自 耦变压器耦合和电容耦合方式, 这样, 既可减弱 负载（或下级放大器）导纳对回路的影响 , 又 可使前、 后级的直流供电电路分开。 ● 另外 , 采用上述耦合方式也比较容易实现前、 后级之间的阻抗匹配。
指在电源电压变化或器件参数变化时以上三参数的稳定程 度。 为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级 增益，选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配方法等。
高频电子线路 第二章
第1 章功率电子线路1.2功率放大器的电路组成和工作特性1.2.1从一个例子讲起1.2.2甲类、乙类功率放大器的电路组成及其功率性能1.2.1从一个例子讲起图1–2–1图解分析(a )图1-2-1示为放大器的基本电路，现将其作为功率放大器来分析它的功率性能。
由此揭示功率放大电路组成及其工作性能上的特点。
分析法应用等效电路法小信号图解法大信号幂级数法频率变换时变参量法混频电子线路分析方法功率放大器为大信号放大器，工程分析时，多采用特性曲线上作负载线的图解分析法。
1．Q 点的选择为了使电路在管子不出现饱和与截止失真的条件下输出功率最大，需把Q 选在负载线的中点，即，，L CC L CEQ CC CQ CC CEQ 22R V R V V I V V ≈-=≈V CE(sat)≈02．集电极输出电压和电流(假设V CE(sat) 和I CEO 为0)tV V v V v tI I i I i ωωsin sin cm CEQ ce CEQ CE cm CQ c CQ C -=+=+=+=其中，CQ L CEQ L cm cmCC CEQ cm ,2I R V R V I V V V =≈=≈≈3．P D (直流功率)、P L (负载功率)、P C (管耗)CQ CC C CC 20D d 21I V t i V P =π=⎰πωcm cm CQ CEQ L 2C 20L 21d 21I V I V t R i P +=π=⎰πωcm cm CQ CEQ C CE 20C 21d 21I V I V t i v P -=π=⎰πωP L 和P C 均由直流和交流两部分合成。
例如：P L 中：)(CC CEQ D CQ CEQ V V P I V 212≈=，直流功率交流功率4221D CQ CEQ cm cm o P I V I V P ===所以 %25o max ==P η4．讨论：(1)电路组成上=25%甲类功放ηCmaxP D中，输出的信号功率P o仅占1/4，P D/2消耗在R L上。
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CR LR R
图 2-1 电阻的高频等效电路
《高频电子线路》
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第2章 高频电路基础
2、电容
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2-2（a）所示。 理想电容器的阻抗1/(jωC), 如图2-2（b）虚线所示, 其中, f为工作频率, ω=2πf。 高频电路中常常使用片状电容和表面贴装电容，因
《高频电子线路》
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第2章 高频电路基础
例3-1：设一放大器以简单并联振荡回路为负载, 信号 中心频率fs=10MHz, 回路电容C=50 pF,
(1) 试计算所需的线圈电感值。
(2) 若线圈品质因数为Q=100, 试计算回路谐振电阻 及回路带宽。 (3) 若放大器所需的带宽B=0.5 MHz, 则应在回路上 并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求? 解： (1) 计算L值。 由式(2-4), 可得
/2 r 0 0 －/2 (d)
0
0
(c)
图2-6 《高频电子线路》
串联谐振回路及其特性
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第2章 高频电路基础
回路阻抗：Z S r jL
1 1 r j (L ) jC C
谐振频率：
0
1 LC
（2-15）
若在串联振荡回路两端加一恒压信号 U , 则发生串联 谐振时因阻抗最小, 流过电路的电流最大, 称为谐振电流, 其 值为
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《高频电子线路》
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第2章 高频电路基础
. I . IR R0 |z p|/R 0 1 . ＋ IL . U L － 0 (a) (b) 1/ 2 Q1＞Q2 Q1 Q2 0 －/2
Z
/2 Q1 感性 Q2 容性 Q1＞Q2
L r
C
. IC C
感性区
0
B (c)
《高频电子线路》
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第2章 高频电路基础
1 1 L 2 0 C (2 ) 2 f 02C
将f0以兆赫兹(MHz)为单位, Ｃ以皮法(pF)为单位, L以微 亨（μH）为单位， 上式可变为一实用计算公式: 1 1 25330 L ( )2 2 106 2 2 f 0 C f0 C 将f0=fs=10 MHz代入, 得
《高频电子线路》
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第2章 高频电路基础
3、集成电路 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。
目前通用型的宽带集成放大器，其增益可达50～ 60dB甚至更高，其工作频率可达100～200MHz甚至更高。
《高频电子线路》
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第2章 高频电路基础
3）特征阻抗：定义为
L Qr C
（2-5）
4）谐振电阻：回路在谐振时的阻抗最大, 为一纯电阻R0：
L Q R0 Q0 L Cr 0C
（2-6）
由前面分析可知，若电感的耗损电阻越小，回路的Q值越 高，其谐振电阻R0越大。
《高频电子线路》
SRF
感性区
相角
容性区
阻抗与相角
阻抗
0
频率 f
图 2-3 高频电感器的自身谐振频率SRF
《高频电子线路》
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第2章 高频电路基础
二、高频电路中的有源器件
用于低频或其它电子线路的器件没有什么根本不同。 1、二极管 二极管的作用：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。
(2-11)
其中：B0.1谐振曲线下降为谐振值的0.1时的频带宽度
B0.707谐振曲线下降3dB的频带宽度
矩形系数是大于1的（理想时为1），矩形系数越小，回路的 选择性越好。 对于单级简单并联谐振回路，可以计算出其矩形系数为：
K r 0.1 102 1 9.96
《高频电子线路》
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1、电阻
一个实际的电阻器, 在低频时主要表现为电阻特性,但在 高频使用时不仅表现有电阻特性的一面, 而且还表现有电抗特
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第2章 高频电路基础
性的一面。 电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性。 一个电阻R的高频等效电路如图2-1所示, 其中, CR为分
布电容, LR为引线电感, R为电阻。
第2章 高频电路基础
需要说明的几点：通过前面分析可知 (1) 回路的品质因素越高，谐振曲线越尖锐，回路的通
频带越狭窄，但矩形系数不变。因此，对于简单（单级）
并联谐振回路，通频带与选择性是不能兼顾的。 (2) 前面的结论均是在“高Q”情况下，如果Q值较低， 并联谐振回路的谐振频率将低于高Q时的谐振频率，并使 谐振曲线和相位特性随着Q值而偏离。 (3) 以上所知品质因素均是指回路没有外加负载时的值， 称为空载Q值或Q0 。当回路有外加负载时，品质因素要用 有载Q值或QL表示。其中的r为考虑负载后总的耗损电阻。
常用高频二极管的类型：
(1) 点触式二极管：其最高工作频率约200～300MHz (2) 表 面 势 垒 二 极 管 ： 其 最 高 工 作 频 率 约 200 ～ 300MHz (3) 变容二极管：其电容随偏置电压变化而变化。
《高频电子线路》
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第2章 高频电路基础
2、晶体管与场效应管（FET）
为其高频特性较好。
LC C 0 (a)
阻抗
RC
自身 谐振 频率 容性区
频率 f (b)感性区图2-2 电容器 Nhomakorabea高频等效电路
(a) 电容器的等效电路; （b） 电容器的阻抗特性 4 西华师范大学 陈亚军制作 《高频电子线路》
第2章 高频电路基础
3、电感 电感的作用：谐振元件、滤波元件、阻隔元件。 电感的耗损：电感一般都是由导线绕制的，一般都有一 定直流电阻，同时由于存在涡流、磁滞和电磁辐射等损失， 所以电感就存在耗损。
第2章 高频电路基础
一、高频振荡回路 高频振荡回路是高频电路中应用最广的无源网络, 也是 构成高频放大器、 振荡器以及各种滤波器的主要部件, 在电 路中完成阻抗变换、 信号选择等任务, 并可直接作为负载使 用。
1、简单振荡回路(只有一个回路)
振荡回路就是由电感和电容串联或并联形成的回路。 只有一个回路的振荡电路称为简单振荡回路或单振荡回路。 (1)、并联谐振回路 1）电路结构
L 5.07u
(2) 回路谐振电阻和带宽。由式(2-12)
R0 Q0 L 100 2 107 5.07 106 3.18 104 31.8k
21
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第2章 高频电路基础
回路带宽为
f0 B 100kHz Q
(3) 求满足0.5 MHz带宽的并联电阻。 设回路上并 联电阻为R1, 并联后的总电阻为R1∥R0, 总的回路有载品 质因数为QL。 由带宽公式, 有
此时要求的带宽B=0.5 MHz, 故
f0 QL B
QL 20
根据 R Q L 可得，回路总电阻为：
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第2章 高频电路基础
R0 R1 Q0 L 20 2 107 5.07 106 6.37k R0 R1 R1 6.37 R0 7.97k R0 6.37
f0 B 2f Q
(2-10)
此外，对于并联谐振回路，还有以下参数：
《高频电子线路》
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第2章 高频电路基础
7）矩形系数：定义为阻抗的幅频特性下降为谐振值的0.1时 的频带宽度与阻抗的幅频特性下降为谐振值的0.707时的频带 宽度之比。即
B0.1 K r 0.1 B0.707
品质因素：定义为电路中无功功率与有功功率之比，
是专门用来描述电路的能量耗损的。 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。
《高频电子线路》
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第2章 高频电路基础
高频电感器也具有自身谐振频率SRF。 在SRF上, 高频 电感的阻抗的幅值最大, 而相角为零, 如图2-3所示。
第2章 高频电路基础
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
2.2 高频电路中的基本电路
2.3 电子噪声 2.4 噪声系数和噪声温度
《高频电子线路》
1
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第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
各种高频电路基本上是由有源器件、 无源元件和无源网 络组成的。 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时的高频特性。 高 频电路中的元件主要是电阻(器)、 电容(器)和电感(器), 它们都 属于无源的线性元件。 一、高频电路中的元件
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，通常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:
(1) 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; (2) 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。