第2章 高频电路基础(第2次课)

CR LR
R 图 2-1 电阻的高频等效电路
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的基本元器件
2.1.1 高频电路中的元件 (3/7)
1) 电阻：分布电容CR和引线电感LR越小，表明电阻的 高频特性越好。电阻的高频特性与电阻的材料，封装形 式及尺寸大小有关。金属膜电阻比碳膜电阻高频特性好， 碳膜电阻比线绕电阻高频特性好；表面贴装比引线电阻 高频特性好；小尺寸电阻比大尺寸电阻高频特性好。
R
R
条件：X L 1 C 0, XL 0L 1 0C XC ,0 1 LC
特性阻抗：0L 1 0 C L C
这时阻抗Z最小，呈现完全阻性，电流最大。
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2.2 高频电路中的基本电路
2.2.1 高频振荡回路(4/40)
1) 简单振荡回路
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2.1 高频电路中的基本元器件
2.1.1 高频电路中的元件 (2/7)
1) 电阻：在低频使用时，电阻(器)主要表现为电阻特 性；在高频使用时，既表现有电阻特性，还表现有电抗 特性。电阻(器)的电抗特性反映其高频特性。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。
0
.
I0
. UC
串联回路在谐振时的电流、 电压关系
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2.2 高频电路中的基本电路
2.2.1 高频振荡回路(13/40)
1) 简单振荡回路
(ii) 并联谐振回路-概述
.
L
C
IC C
r
(a)
. I . .＋ IR IL .
U R0 L
|zp|/R0 1
1/ 2
Q1＞Q2 Q1 Q2
Z /2
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2.2 高频电路中的基本电路
2.2.1 高频振荡回路(7/40)
1) 简单振荡回路
(i) 串联谐振回路-谐振曲线与通频带
在任意频率下的回路电流I与谐振电流幅值之比称为谐
振曲线，其归一化表达式为

I
I0
Q1＞Q2
V
Q2
I

I0

Z

V

R Z

1
L 1
R
1 j C
R
Q1
1

I0
1
VS j
1

VS
j0C
j0C R
0CR
回路储存能量
2 每周期消耗能量
非谐振时：X≠0
X >0 时，呈现感性 L 1 C X <0 时，呈现容性 L 1 C
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2.2 高频电路中的基本电路
2.2.1 高频振荡回路(5/40)
1) 简单振荡回路
回路电流I的相位角随频率变化
的曲线称为相频特性曲线。
arctg X -arctgQ 2 arctg
R
0
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2.2 高频电路中的基本电路
2.2.1 高频振荡回路(11/40)
1) 简单振荡回路
(i) 串联谐振回路-内阻与负载对串联谐振回路的影响
第2章 高频电路基础
cos2
t

LIL2m
sin2
t)
2
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2.2 高频电路中的基本电路
2.2.1 高频振荡回路(6/40)
1) 简单振荡回路
(i) 串联谐振回路-能量关系
电容上储存的瞬时能量的最大值为：
WCm

1 2
CVC2m

1 2
CQ
V2 2 Sm

1C 2
1 R2
L C
VS2m

1 2
L
VS2m R2
(i) 串联谐振回路-谐振特性
谐振时：X=0，阻抗Z=R最小，呈完全阻性，回路电流
最大


Io VS
R
，| V
L

|| V
C
|
Q

|V
S
|
回路品质因数Q：


V L0


j0L I 0

j0
L
VS R

j
0
L

V
S
R

Q 0L 1 1 L R 0CR R C

V C0
SRF
相角
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
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2.1 高频电路中的基本元器件
2.1.2 高频电路中的有源器件(1/1)
1) 二极管：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) 晶体管与场效应管(FET)：在高频中应用的比用于 低频的性能更好，在外形结构方面也有所不同。高频晶 体管有两大类型: 一类是作小信号放大的高频小功率管， 主要要求是高增益和低噪声；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。
并联阻抗为
ZP

(r
jL)
1
jC
r jL 1 jC
(2-11)
通常ωL>>r(Q
>>1)，ZP

L C
r j(L - 1 ) 1/[Cr j(C - 1 )]
C
L
L
回路两端电压为：V.

.
IS
ZP

.
IS
/[Cr L

j(C
- 1 )]
L
采用导纳分析，令：
直流电阻，同时由于涡流、磁滞和电磁辐射等损失，所 以电感就存在耗损。
品质因数：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。
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2.1 高频电路中的基本元器件
2.1.1 高频电路中的元件 (7/7)
3) 电感：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为角频率。 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，相角为零，如图2-3所示。
(i) 串联谐振回路-能量关系
设谐振时瞬时电流：

i I 0 sin t
电容两端瞬时能量：
WC CvC2
2 CV 2 cos2 t Cm
2
电感两端瞬时能量：WL LiL2
2 LI 2 sin2 t Lm
2
瞬时能量之和：
W WC WL CvC2
2 LiL2
2

(CV 2 Cm
第2章 高频电路基础
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的基本元器件 2.2 高频电路中的基本电路 (重点) 2.3 电子噪声及其特性 2.4 噪声系数和噪声温度
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的基本元器件
2.1.1 高频电路中的元件 (1/7)
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。高频电路与低频电路使 用的元器件基本相同，主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。
0 2 02 ( 0 )( 0 ) 2 ( ) 2 f
0
0

0
0
f0
令
Q 2 0
为广义失谐，则
I I0
1
12
(2-4)
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2.2 高频电路中的基本电路
2.2.1 高频振荡回路(9/40)
1) 简单振荡回路
CR LR
R 图 2-1 电阻的高频等效电路
第2章 高频电路基础
2.1 高频电路中的基本元器件
2.1.1 高频电路中的元件 (4/7)
2) 电容：有介质隔开的两导体即构成电容，高频电容 的阻抗可以表示为电导和电纳的并联组合，其等效电路 如图2-2(a)所示。其中RC为极间绝缘电阻，由于介质的 非完全绝缘所致，LC为分布电感或极间电感。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。
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(宽带集 成放大器)和专用型(ASIC)两种。
第2章 高频电路基础
2.2 高频电路中的基本电路
高频电路中无源网络有高频振荡回路、高频变压器、谐 振器与滤波器等，完成信号传输、频率选择及阻抗变换。
2.2.1 高频振荡回路(1/40)
阻抗
RC LC
C
图2-2 电容器的高频等效电路
0
频率 f
(a) 电容器的等效电路；(b) 电容器的(a) 阻抗特性
(b)
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2.1 高频电路中的基本元器件
2.1.1 高频电路中的元件 (5/7)
2) 电容：实际电容器在高频运用时的阻抗频率特性如 图2-2(b)实线所示，呈现V字形特性，且其具体形状与电 容器的种类和电容量不同有关。可见，每个电容器都有 一个自身谐振频率(SRF)。当工作频率小于SRF时，电 容为正常的电容特性。当工作频率大于SRF，电容器等 效为一个电感。
2.2 高频电路中的基本电路
2.2.1 高频振荡回路(10/40)
1) 简单振荡回路
(i) 串联谐振回路-谐振曲线与通频带
相对通频带：2f0.707 20.707 1
f0
0
Q
可见，通频带与回路品质因数成反比；Q越大，谐振曲