高频电路基础高频振荡电路
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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
高频电路基础
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 5
3.高频电感
分布 电容 高频电感实际等效电路
损耗 电阻
高频电感 想模型 高频电感理想模型
电感损耗用品质因数Q表征：
Q
L
RL
电感损耗主要指交流损耗。在高 频电路中， 电感损耗比较大，不
高频电感阻抗特性
能忽略，分布电容可以忽略。
高频电子线路 第2章 6
绝对角频率偏移 0 表示(角)频率偏移谐振的程度(失谐)。
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 12
阻抗Zp可化简为 Z p
R0 L Cr ，式中 2 1 j 1 jQ
f 广义失谐 2Q 2Q 0 f0
阻抗幅 Z p 频特性
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 17
1 1/ 2 |zp|/R0 Q1>Q2 Q1 Q2
0
Z
π 2
感性 Q2
Q1
Q1>Q2
容性
0
0
π 2
空载品质因数：回路没有外加负载时的值，LC回路本身的品质 因数 称为空载Q值或Q0； 因数，称为空载 有载品质因数： 回路有外加负载 RL时的值，称为有载Q 值或 QL。
1 r j L jC 并联谐振阻抗 Z p 1 r j L jC
此时有 0 2 20
0
1 LC
L Cr 0 1 jQ 0
0 2 02
0 2 02 0 0 2 2 0 0 0 0 0
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 7
3.高频电感
分布 电容 高频电感实际等效电路
损耗 电阻
高频电感 想模型 高频电感理想模型
电感损耗用品质因数Q表征：
Q
L
RL
电感损耗主要指交流损耗。在高 频电路中， 电感损耗比较大，不
高频电感阻抗特性
能忽略，分布电容可以忽略。
高频电子线路 第2章 6
绝对角频率偏移 0 表示(角)频率偏移谐振的程度(失谐)。
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 12
阻抗Zp可化简为 Z p
R0 L Cr ，式中 2 1 j 1 jQ
f 广义失谐 2Q 2Q 0 f0
阻抗幅 Z p 频特性
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 17
1 1/ 2 |zp|/R0 Q1>Q2 Q1 Q2
0
Z
π 2
感性 Q2
Q1
Q1>Q2
容性
0
0
π 2
空载品质因数：回路没有外加负载时的值，LC回路本身的品质 因数 称为空载Q值或Q0； 因数，称为空载 有载品质因数： 回路有外加负载 RL时的值，称为有载Q 值或 QL。
1 r j L jC 并联谐振阻抗 Z p 1 r j L jC
此时有 0 2 20
0
1 LC
L Cr 0 1 jQ 0
0 2 02
0 2 02 0 0 2 2 0 0 0 0 0
信息科学技术学院 电子信息科学与技术系 高频电子线路 第2章 7
高频电路基础
(3)谐振曲线
U i ( ) v 常数 R 1s Z. S 1 L U ZS C 1 j R R
.
C
S
L
回路电流幅值与外加电压频率之间的关系曲线。 R
I S I SO
U uS
iS
R
1 1 0 0L 0 1 j ( ) 1 jQ( ) 0 R 0
= o CRp
Rp
L CR
（请注意：R 与 RP 的关系）
1 j L ( 1 ) R CL Rp L o 1 j o ( ) R o Rp Rp Zp 2 1 j 1 jQ
o
Zp e
j p
Zp
Rp 1
2
p tg
1
(1) 当 < o ，
有 0
iS
RS
C
L R
p 0 并联
LC 谐振回路呈电感性。
(2) 当 > o ， 有 0
ZP
电感性
L C p 0 并联 LC 谐振回路呈电容性。 Z p R jX
Rp
电容性
Rp
L / RC 1 j L ( 1 ) R CL
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元件、器件和组件
2.2 电子噪声
2.1
基本元件
高频电路中的元器件
有源器件（二极管、晶体管和集成电路） 无源元件 （电阻、电容和电感）
无源网络（ 高频谐振回路、高频变压器、谐振器
与滤波器等）
主要作用: 有源器件 无源网络
完成信号的放大，非线性变换等功能。 完成信号的传输，阻抗变换、选频等功能。
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 )
第2章《高频电子线路》_(曾兴雯)_版高等教育出版社课后答案
2.2 高频电路中的基本电路
1、简单振荡回路 （1）并联谐振回路 （2）串联谐振回路
17
第2章 高频电路基础
（1）并联谐振回路 谐振特性：
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。
1 jC Zp 1 r jL j C （当 L r 时） L C 1 r j (L ) 谐振条件： C 当回路总电抗 X=0 时，回路呈谐振状态
Q0
L
r
品质因数 Q
Q 定义：高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。
Q 值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。
8
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
二、高频电路中的有源器件 主要是：
二极管 晶体管
集成电路
完成信号的放大、非线性变换等功能。
9
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
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 电子噪声及其特性 2.4 噪声系数和噪声温度
1
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的元器件
一、高频电路中的元件 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。
号中心频率fs=10 MHz，回路电容C=50 pF，
试计算所需的线圈电感值。
(1) 若线圈品质因数为Q=100，试计算回路谐振电阻
及回路带宽。 (2) 若放大器所需的带宽B0.7=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?
36
第2章 高频电路基础
（2）串联谐振回路 串联谐振回路是与并联谐振回路对偶的电路， 其基本特性与并联谐振回路呈对偶关系，通频带、 矩形系数与并联谐振回路相同。 电路组成： 电抗特性：
第2章 高频电路基础2009
解 ：(1) 计算L值。 由式(2 — 2), 可得
§3 抽头并联振荡回路 的阻抗变化(折合)关系
一.接入系数：
接入系数P 定义为：抽头点电压与端电压的比
也可定义为：接入点电压与欲折合处电压之比
1.变压器耦合接入电路：
P
U2 U1
N2 N1
2.电感抽头电路：
d + L2 a Is Rs + L1 Vab – b – Vbd
CL P CL
电容减小，阻抗加大。 结论：1、抽头改变时,P改变.
b
b
C2 C1 C
L1 L1 L 2
2、抽头由低高，等效导纳降低P2倍，Q值提高许 多，即等效电阻提高了 1 倍，并联电阻加大，Q 2 P 值提高。
因此，抽头的目的是：
减小信号源内阻和负载对回路的影响。 负载电阻和信号源内阻小时应采用串联方式； 负载电阻和信号源内阻大时应采用并联方式； 负载电阻信号源内阻不大不小采用部分接入方式 。
2
1 2
时所对应的频率范围
1 2
N (f) V om
Q0
2f 0.7 fo
f0 Q0
0.7
1
1 2
V0 m
2 f 0.7
B0.7
1
0
2
f
即 通频带 B
fo Qp
7. 信号源内阻和负载电阻对并联 谐振回路的影响
1 1 QL
1 R0
1 RL
RS
0 L
O
0
–
1Cຫໍສະໝຸດ 总结：串联振荡回路及其特性
2.品质因数Q ：
谐振时回路感抗值（或容抗值）与回路电阻R的比值称 为回路的品质因数，以Q表示，它表示回路损耗的大小。
高频振荡电路原理图解乐乐课堂
高频振荡电路原理图解乐乐课堂振荡电路
高频电路中主要的信号产生器主要分为振幅和频率高度稳定的正弦波产生器和频率受电压调控的压控式正弦波振荡器两大类。
它们被广泛应用于各种通信设备中。
LC基本正弦波产生器
最基本的振荡电路的模型和工作原理如下所示，它可以由一个放大器K和一个反馈网络F的闭环组成。
通过适当选择反馈网络的电抗参数，就能调控振荡的频率。
电感三点式（哈脱莱Hartley）振荡电路
又称为电感反馈振荡电路，其中X2为反馈支路电感。
特点：与射极相连的X1、X2电抗性质同为电感；电路起振容易；最高振荡频率为几十兆赫；但波形和振荡频率稳定性差，改变电容量时频率刻度的变化量是非均匀的，调试和使用不方便。
电容三点式（考毕兹Colpitts）振荡电路
又称为电容反馈振荡电路，其中X2为反馈支路电容。
特点：与射极相连的X1、X2电抗性质同为电容；振荡频率稳定
性好；最高振荡频率为几百兆赫；但电路不易起振，改变电容量时频率刻度的变化量的非均匀性稍有改善。
改进型的电容三点式振荡电路（其中串联改进型称“克拉泼Clapp”振荡电路，并联改进型称“西勒Seiler”振荡电路）
特点：以电容三点式振荡电路为基础，在电感（L）支路中串一
小电容；振荡频率稳定性好；最高振荡频率为几百兆赫至几千兆赫；改变电容量时频率刻度的变化量为均匀变化；起振性能比起电容三点式有所改善：。
高频电路基础高频振荡电路
2020/2/22
高频电路基础
27
三点式振荡器的设计考虑
电路选择频率范围：适用于几百kHz～几百MHz波段宽度：电感型宽，稳定性稍差。电容型窄，但稳定性好晶体管选择fT > (3~5) fmax起始工作点选择小功率晶体管大致为亚毫安到毫安数量级LC回路设计通常选择 |F(jw)| = 0.1~0.5，起振时 |T(jw)| = 3~5
2020/2/22
高频电路基础
1
反馈振荡器原理
平衡条件：
起振条件：
2020/2/22
高频电路基础
2
稳定条件
上电后，由于T >1，系统将自动起振。当由于某种原因使得 vo脱离平衡点时，稳定条件使得系统可以恢复。
2020/2/22
高频电路基础
3
2020/2/22
高频电路基础
4
互感耦合型LC振荡器电路
高频电路基础
15
在LC回路谐振点附近有
起振条件为
或
2020/2/22
高频电路基础
16
相位平衡条件为 ，即
若忽略晶体管的相移，此式等效于
所以振荡频率为
实际振荡频率略高于上述计算值
2020/2/22
高频电路基础
17
例
电容三点式振荡器，已知 RE =1kW, C1 =110pF, C2 =130pF, L = 440nH, Q0=220。晶体管参数： Cb’c =2pF, Cb’e=97pF, rc ≈20MW。 试求振荡频率以及起振时的集电极电流。
2020/2/22
高频电路基础
23
我们还是从振荡器的工作状态入手，给出一些一般性的定性讨论结果。为了说明方便，我们以下图的电容三点式电路为例进行分析：
高频电路基础
27
三点式振荡器的设计考虑
电路选择频率范围：适用于几百kHz～几百MHz波段宽度：电感型宽，稳定性稍差。电容型窄，但稳定性好晶体管选择fT > (3~5) fmax起始工作点选择小功率晶体管大致为亚毫安到毫安数量级LC回路设计通常选择 |F(jw)| = 0.1~0.5，起振时 |T(jw)| = 3~5
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高频电路基础
1
反馈振荡器原理
平衡条件：
起振条件：
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2
稳定条件
上电后，由于T >1，系统将自动起振。当由于某种原因使得 vo脱离平衡点时，稳定条件使得系统可以恢复。
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3
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高频电路基础
4
互感耦合型LC振荡器电路
高频电路基础
15
在LC回路谐振点附近有
起振条件为
或
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高频电路基础
16
相位平衡条件为 ，即
若忽略晶体管的相移，此式等效于
所以振荡频率为
实际振荡频率略高于上述计算值
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高频电路基础
17
例
电容三点式振荡器，已知 RE =1kW, C1 =110pF, C2 =130pF, L = 440nH, Q0=220。晶体管参数： Cb’c =2pF, Cb’e=97pF, rc ≈20MW。 试求振荡频率以及起振时的集电极电流。
2020/2/22
高频电路基础
23
我们还是从振荡器的工作状态入手，给出一些一般性的定性讨论结果。为了说明方便，我们以下图的电容三点式电路为例进行分析：
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(r ' yoe 2LC 1) j(L yoe C r ' M y fe ) 0
其中 r ' r Z21
假设Z21为纯电阻，令实部令 为0，有
谐振频率： 0
1 LC (1 r ' yoe )
令虚部为0，有
L1
起振条件：
y fe
( M Q2r '
yoe )
2020/7/15
2020/7/15
高频电路基础
12
电容三点式振荡器（Colpitts 电路）
VCC
L RB1
C1
RB2
RE
C2
原理电路
实际电路
2020/7/15
高频电路基础
13
求T(j)的等效电路
小信号等效模型分析。
下图的模型中忽略晶体管的基极电阻rbb′,也忽略晶体管反向 传输系数。
e
yfbvi
c
C1
vi
Cib gib
根据谐振回路位于晶 体管的哪个电极， 有调集、调发、调 基等不同接法
VCC
C
L1
L2
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高频电路基础
4
起振条件分析
起振阶段信号很小，可以用小信号等效模型分析。
vb
yie
yfevb
vc yoe
M vf r
C
L
L2
Gv ( j)
vc vb
yoe
jC
y fe
jL
1 r
Z21
F ( j) vf
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高频电路基础
11
三点式振荡器
一般构成法则：
X1
X2
1、在谐振频率上，
i X3
必有 X1+X2+X3=0
2、由于晶体管的 vb 与 vc 反相，而根据振荡器的振荡条件
|T|=1，要求vbe ＝－k vce ，即 i X1 = i X2，所以要求 X1 与 X2
为同性质的电抗。
综合上述两个条件，可以得到晶体管 LC 振荡器的一般构成法 则如下：在发射极上连接的两个电抗为同性质电抗，另一 个为异性质电抗。
反馈振荡器原理
A(s)
vs
vi 放大器
vf F(s)
反馈网络
vo
Af
(s)
1
A(s) A(s)F
(s)
A(s) 1T (s)
当 T (s) 1时 形 成 自 激 振 荡 。
平衡条件： | T ( j ) | 1
T
(
)
2 n
即
Re[T ( Im[T (
j )] j )]
1 0
起振条件： | T ( j ) | 1 ( j ) 2n
VCC
C
L1
L2
+
附加偏置电压 —
9
由于晶体管的非线性，随着反
Ic
馈电压幅度增加集电极电流开始
不对称。
反馈电压幅度继续增加，则
Vbe的负半周进入截止区，集电 极电流出现截止，晶体管进入C
类放大状态。
振荡器进入C类放大状态后，
导通角变得极小，激励电流中的
Vbe
基频分量急剧下降，导致增益急
剧下降，最后达到动态平衡，振
2020/7/15
高频电路基础
1
稳定条件
振幅稳定条件： T
0
vo vo vB
当反馈网络线性（即F为线性函数）时，上述条件等效于
Gv
0
vo vo vB
|T|
上电后，由于T >1，系统将 1 自动起振。
当由于某种原因使得 vo脱离 平衡点时，稳定条件使得系
统可以恢复。
vB
vo
2020/7/15
高频电路基础
高频电路基础
6
谐振频率：0
1令 LC (1 r ' yoe )
r ' yoe 很小时，0
1 LC
（无耗近似）
起振条件：
y fe
L M
1 (Q2r
'
yoe )
其中 Q L / C 为有载品质因数
r' r' 当互感为紧耦合（变压器）时，起振条件演变为
y fe
n1 n2
1 (Q2r
'
yoe )
荡器就进入稳定状态。
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高频电路基础
10
另外，在这个电路中，由于不对称的集电极电流同时流过发射 极，在发射极电容上造成一个附加偏置电压（上正下负）。这 个附加的偏置电压是抵消静态偏置电压的，当电路起振后，晶 体管的直流电流会减小，所以会加快晶体管的工作状态由A类 向C类转变的过程。 需要说明的是，即使没有发射极电容，晶体管也会进入C类放 大状态。振荡器的平衡主要是由于晶体管进入C类放大状态后 的增益变化造成的。
jM i1
vc i1( jL r Z21)
T ( j)
jM y fe
( jL r Z21)( yoe jC) 1
2020/7/15
高频电路基础
5
T ( j)
jM y fe
1Leabharlann ( jL r Z21)( yoe jC) 1
(r ' jL)( yoe jC) 1 jM y fe 0
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高频电路基础
7
互感耦合型LC振荡器的平衡状态分析
从理论上说，振荡器平衡的振幅条件是 T Gv F 1，但是实
际上上述公式很难应用。
对于振荡器来说，由于起振时信号幅度很小，所以尚可以用晶体 管小信号模型讨论。但是到了稳幅阶段，信号幅度已经大到可以使 晶体管进入强烈的非线性区，增益开始急剧下降，导致振荡幅度增 加趋势减小，最终达到动态平衡。
2
相位稳定条件： T () 0
T
dT
dt
对于LC谐振回路，有
T()
H ( j) 1 1 j
H ( j) tg 1
Q高 Q低
tg 1( 2 Q)
0
所以，LC 回路的Q值越高
0
振荡器的频率稳定度越高
2020/7/15
高频电路基础
3
互感耦合型LC振荡器电路
利用电感耦合构成反 馈，反馈极性与两 个电感的同名端接 法有关
1 RE
)
起振条件为
y fb
[ gob
g0
p2 (gib
1 RE
)]
1 p
1
1
或 y fb p (gob g0 ) p(gib RE )
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高频电路基础
15
相位平衡条件为 T () 0，即
Im(
p y fb
1 )0
gob
g0
p2 (gib
1 RE
)
1 j
若忽略晶体管的相移，此式等效于
b
gob Cob
G0 L
C2
1 RE
vf
晶体管
LC谐振回路
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高频电路基础
14
在LC回路谐振点附近有
Gv ( j
vc ve
gob
g0
y fb p2 (gib
1
1 ) 1 j
RE
F( j)
C1
p
C1 (C2 Cbe )
T ( j)
Gv ( j)F ( j)
gob
g0
p y fb p2 (gib
由于严格讨论晶体管进入非线性区后的增益是困难的，所以实用
上一般都采用实验、图解等方法。这里我们从振荡器的工作状态入
手，给出一些一般性的定性讨论结果：
2020/7/15
高频电路基础
8
在右图电路中，基极的静态 （直流）电位基本上是固定 的，反馈电压在静态电位上 下波动。
Vb
VbQ
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t
高频电路基础