第2章高频基础电路

1、高频电子线路高频电子线路 第第2 2章章 高频基础电路高频基础电路 本章本章教学基本要求教学基本要求 1.1.了解选频回路（滤波器）的种类及其在了解选频回路（滤波器）的种类及其在电路中的作用；掌握电路中的作用；掌握LC串、并联回路的组成、串、并联回路的组成、原理和特性。原理和特性。 2. 2.掌握几种常用的无源阻抗变换电路的结掌握几种常用的无源阻抗变换电路的结构、工作原理和分析设计方法。构、工作原理和分析设计方法。 3. 3.掌握掌握LC阻抗匹配网络的类型、原理及计阻抗匹配网络的类型、原理及计算方法。算方法。高频电子线路高频电子线路 本章本章教学教学内容内容 2.1 2.1 无源无源集总集总元

2、件的电路模型及频率特性元件的电路模型及频率特性 2.2 2.2 LC串并联谐振回路串并联谐振回路 2.3 2.3 阻抗变换电路阻抗变换电路 2.4 2.4 信号的功率传输与匹配网信号的功率传输与匹配网络络 2.5 2.5 滤波器滤波器高频电子线路高频电子线路2.1 2.1 无源无源集总集总元件的电路模型及频率特性元件的电路模型及频率特性n 各种高频电路基本上是由有源器件、各种高频电路基本上是由有源器件、 无源无源元件和无源网络组成的。元件和无源网络组成的。 无源器件无源器件（Passive Component）：）： 通常是指一些不可能提供能量增长的元器通常是指一些不可能提供能量增长的元器 件

3、，件，包括：电阻器、电容器、电感器、传输线以包括：电阻器、电容器、电感器、传输线以及及 二极管等二极管等 有源器件有源器件（Active Component）：）： 通常是指一些有可能提供或者具备能量增长通常是指一些有可能提供或者具备能量增长 的元器件，包括：半导体二极管、半导体晶的元器件，包括：半导体二极管、半导体晶体管，体管， 真空电子管等真空电子管等 高频电子线路高频电子线路2.1 2.1 无源无源集总集总元件的电路模型及频率特性元件的电路模型及频率特性 n无源电路与有源电路的简单定义：无源电路与有源电路的简单定义： 无源电路无源电路（Passive circuit）：）： 常由若干无源

4、器件所构成，无法提供能量增长，主要常由若干无源器件所构成，无法提供能量增长，主要 用于阻抗匹配或变换、抵消寄生元件的影响（扩展带用于阻抗匹配或变换、抵消寄生元件的影响（扩展带宽）、宽）、 提高频率选择性（谐振、滤波和调谐）以及移相提高频率选择性（谐振、滤波和调谐）以及移相网络、负网络、负 载等，电路形式包括：混频器、滤波器、检波载等，电路形式包括：混频器、滤波器、检波器、开关、器、开关、 限幅器。限幅器。 有源电路有源电路（Active circuit）：）： 常由半导体器件或其它电子真空元器件所构成，可提常由半导体器件或其它电子真空元器件所构成，可提 供能量增长，主要用于信号的放大、振荡、谐

5、振和滤波供能量增长，主要用于信号的放大、振荡、谐振和滤波 等，电路形式包括：放大器、振荡器、变频器、有源滤等，电路形式包括：放大器、振荡器、变频器、有源滤波波 器以及收发装置。器以及收发装置。高频电子线路高频电子线路n无源器件在射频电路中应用的特点：无源器件在射频电路中应用的特点： 任何无源器件（包括：金属导线、电阻器、电任何无源器件（包括：金属导线、电阻器、电 容器容器和电感器）都不再是单纯的元件和电感器）都不再是单纯的元件 l 电路的结构尺寸决定了和限制了工作频率电路的结构尺寸决定了和限制了工作频率 l 寄生参数的存在而难以实现或丧失了纯电路元件寄生参数的存在而难以实现或丧失了纯电路元件

6、（R、L、C）性能）性能 l 趋肤效应和辐射效应严重影响着电路性能趋肤效应和辐射效应严重影响着电路性能 l 因为元器件实现方式都与传输线理论有关因为元器件实现方式都与传输线理论有关 2.1 2.1 无源无源集总集总元件的电路模型及频率特性元件的电路模型及频率特性高频电子线路高频电子线路 电阻器是电子线路中最常用的无源元件之一。在电阻器是电子线路中最常用的无源元件之一。在电子电路中，一个或多个电阻可构成降压或分压电路电子电路中，一个或多个电阻可构成降压或分压电路用于有源器件的直流偏置，也可作为直流或电子电路用于有源器件的直流偏置，也可作为直流或电子电路的负载电阻完成某些特定功能。的负载电阻完成某

7、些特定功能。 电阻电阻的主要的主要类型：类型： 高密度碳介质合成的碳膜电阻高密度碳介质合成的碳膜电阻； 鎳或其它材料的线绕电阻鎳或其它材料的线绕电阻； 温度穏定材料的金属膜电阻温度穏定材料的金属膜电阻； 铝或铍基材料薄膜片的表面贴装（铝或铍基材料薄膜片的表面贴装（SMD）电阻。）电阻。2.1.1 2.1.1 电阻器的电路模型及频率特性电阻器的电路模型及频率特性高频电子线路高频电子线路 2.1.1 2.1.1 电阻器的电路模型及频率特性电阻器的电路模型及频率特性R为电阻为电阻; ;Ca为电阻引脚极板为电阻引脚极板间等效电容间等效电容; ; Cb为引线间为引线间的电容的电容; ;L为电阻引线电感为

8、电阻引线电感。500金属膜电阻 自谐振频率点自谐振频率点 显然，分布电容和引线电感越小，则显然，分布电容和引线电感越小，则电阻的高频特性越好。在实际应用时，电阻的高频特性越好。在实际应用时，要选用分布电容和引线电感尽可能小要选用分布电容和引线电感尽可能小的即高频特性好的电阻，即需要根据的即高频特性好的电阻，即需要根据电路工作频率的高低选用不同类型的电路工作频率的高低选用不同类型的电阻。电阻。 高频电子线路高频电子线路 电阻的高频特性与制作电阻的材料、电阻的封装电阻的高频特性与制作电阻的材料、电阻的封装形式和尺寸大小有密切关系。一般来说，形式和尺寸大小有密切关系。一般来说，金属膜电阻金属膜电阻比

9、碳膜电阻的高频特性要好比碳膜电阻的高频特性要好；碳膜电阻比线绕电阻的；碳膜电阻比线绕电阻的高频特性要好；高频特性要好；表面贴装（表面贴装（SMD）电阻比上述引线电）电阻比上述引线电阻的高频特性要好阻的高频特性要好；小尺寸电阻比大尺寸电阻的高频；小尺寸电阻比大尺寸电阻的高频特性要好。特性要好。 当工作频率为高频时，可选用金属膜电阻和表面当工作频率为高频时，可选用金属膜电阻和表面贴装（贴装（SMD）电阻。）电阻。 表面贴装（表面贴装（SMD）电阻，尺寸小且无引线，其高）电阻，尺寸小且无引线，其高频特性好，多用于射频频段。频特性好，多用于射频频段。 2.1.1 2.1.1 电阻器的电路模型及频率特性

10、电阻器的电路模型及频率特性高频电子线路高频电子线路 2.1.2 2.1.2 电电容容器的电路模型及频率特性器的电路模型及频率特性n C 为理想电容、为理想电容、L为引为引线和极板间等效电感线和极板间等效电感, , RS为引线的导体损耗电为引线的导体损耗电阻阻, ,Ge为介质损耗电导。为介质损耗电导。由于制造工艺的提高与由于制造工艺的提高与介质材料的优化，多数介质材料的优化，多数电容器在工作频率较低电容器在工作频率较低的频段，引线和极板间的频段，引线和极板间等效电感、引线的导体等效电感、引线的导体损耗电阻和介质损耗电损耗电阻和介质损耗电导的影响可以忽略，可导的影响可以忽略，可认为是一个理想电容。

11、认为是一个理想电容。 47pF电容的阻抗频率特性 自谐振频率点自谐振频率点 高频电子线路高频电子线路 工作频率低于几百工作频率低于几百MHz时，电容器可近似为理想时，电容器可近似为理想电容电容。 隨着频率的增大，等效的引线与介质损耗电阻不隨着频率的增大，等效的引线与介质损耗电阻不能忽略，引线与极板等效电感的影响也不能忽略，电能忽略，引线与极板等效电感的影响也不能忽略，电容的阻抗的绝对值减小，但仍显容抗值容的阻抗的绝对值减小，但仍显容抗值。即即工作频率工作频率小于自谐振频率时，可作为电容应用；小于自谐振频率时，可作为电容应用； 当当工作频率等于自谐振频率时，电容等效为串联工作频率等于自谐振频率时

12、，电容等效为串联谐振，阻抗最小；谐振，阻抗最小； 当当工作频率大于自谐振频率后工作频率大于自谐振频率后，等效电感影响加，等效电感影响加大，阻抗值增大为电感应用区，大，阻抗值增大为电感应用区，电容等效为电感电容等效为电感。 不同介质材料的电容器的阻抗频率特性不同，不不同介质材料的电容器的阻抗频率特性不同，不同电容值的电容器自谐振频率不相同。同电容值的电容器自谐振频率不相同。 高频电子线路高频电子线路 工作频率在几百工作频率在几百kHz几百几百MHz的频率段的频率段宜选宜选用用高频陶瓷电容、云母电容和金属化聚丙烯电容，高频陶瓷电容、云母电容和金属化聚丙烯电容，用表面贴装式或插装式都能满足损耗很小用

13、表面贴装式或插装式都能满足损耗很小，可认为，可认为是理想电容。是理想电容。 工作频率进入射频频段宜选用片式多层陶瓷电工作频率进入射频频段宜选用片式多层陶瓷电容器、片式塑封交流瓷介电容器和片式有机薄膜电容器、片式塑封交流瓷介电容器和片式有机薄膜电容器。容器。但电容器的电容值不一定是理想值但电容器的电容值不一定是理想值。 射频电路中经常需要旁路、电源去耦滤波和射射频电路中经常需要旁路、电源去耦滤波和射频接地等辅助电路，通常可以利用电容器具有自谐频接地等辅助电路，通常可以利用电容器具有自谐振频率的特点来实现。振频率的特点来实现。 高频电子线路高频电子线路 2.1.3 2.1.3 电电感感器的电路模型

14、及频率特性器的电路模型及频率特性 L为理想电感为理想电感, ,Cs为电感为电感线间的分布电容线间的分布电容, ,Rs为电感为电感本身的损耗电阻本身的损耗电阻。自谐振自谐振频率，由频率，由L与与Cs并联确定。并联确定。在在工作频率低于自谐振频工作频率低于自谐振频率之前，由于集肤效应，率之前，由于集肤效应，损耗电阻随频率增加而显损耗电阻随频率增加而显著增大，使等效阻抗升高著增大，使等效阻抗升高很快。可见在工作频率低很快。可见在工作频率低于自谐振频率的范围为电于自谐振频率的范围为电感应用区。相反，当工作感应用区。相反，当工作频率高于自谐振频率时，频率高于自谐振频率时，分布电容分布电容Cs影响显著，显

15、影响显著，显示电容特性。示电容特性。 电感的阻抗频率特性 自谐振频率点自谐振频率点 高频电子线路高频电子线路 n电感器的成品类型较多，可以满足从低频到高频以及电感器的成品类型较多，可以满足从低频到高频以及射频的不同需求。射频的不同需求。在一般情况下，在一般情况下，骨架为铁氧体的片骨架为铁氧体的片式电感器仅限于在中、低频段工作式电感器仅限于在中、低频段工作，而，而骨架材料是铝、骨架材料是铝、陶瓷或空心的片式电感器则可以在高频陶瓷或空心的片式电感器则可以在高频( (HF) ) 段、甚段、甚高频高频( (VHF) ) 段或超高频段或超高频( (UHF) )段工作段工作。适用于。适用于HF和和VHF段

16、的电感器电感量一般为段的电感器电感量一般为0.10.110001000H, , 适用于适用于UHF段的电感器电感量一般为段的电感器电感量一般为1.51.5100100nH。n对于对于工作频率在几百工作频率在几百kHz几百几百MHz范围內的高频电范围內的高频电子线路来说子线路来说, , 电感器的电感器的选取选取或或自制自制都应该使电感器的都应该使电感器的自谐振频率尽可能高自谐振频率尽可能高, , 即分布电容很小即分布电容很小, , 且品质因数且品质因数要高要高。在这样的条件下，电感器可忽略分布电容的影。在这样的条件下，电感器可忽略分布电容的影响，等效为电感与自损耗电阻串联。响，等效为电感与自损耗

17、电阻串联。 高频电子线路高频电子线路 引言引言u选频的基本概念选频的基本概念 所谓选频就是选出需要的频率分量并且所谓选频就是选出需要的频率分量并且滤除不需要的频率分量滤除不需要的频率分量。u选频网络的分类选频网络的分类 单振荡回路单振荡回路耦合振荡回路耦合振荡回路振荡回路（由振荡回路（由L L、C C组成）组成）各种滤波器各种滤波器LCLC集中滤波器集中滤波器石英晶体滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波器声表面波滤波器2.2 2.2 LC串并联谐振回路串并联谐振回路高频电子线路高频电子线路 2.2 2.2 LC串并联谐振回路串并联谐振回路2.2.1 2.2.1 电感电感、电容电

18、容元件元件的高频等效的高频等效 1.1.电感电感的高频等效的高频等效 ( (在几百在几百kHz几百几百MHz) ) 等效为理想电感与损耗电阻串联等效为理想电感与损耗电阻串联, ,如图如图(b)(b)。 2.2.电容的高频等效电容的高频等效( (在几百在几百kHz几百几百MHz) ) 等效为理想电容等效为理想电容。10Q并联形式并联形式000/QLr000/1LQg高频电子线路高频电子线路 2.2.2 2.2.2 串联谐振回路串联谐振回路 1.1.无负载电阻的串联谐振回路无负载电阻的串联谐振回路 回路的阻抗回路的阻抗 ；回路电阻回路电阻 谐振频率谐振频率 回路品质因数回路品质因数 为空载品质因数

19、为空载品质因数 0rrCLrZ1j001LC0000LLQQrr高频电子线路高频电子线路 2.有有负载电阻的串联谐振回路负载电阻的串联谐振回路1) 回路的阻抗回路的阻抗 回路电阻回路电阻2)谐振频率谐振频率3)回路品质因数回路品质因数L0rrrCLrrZ1jL001LC)(1L00L000LrrCrrLrLQ高频电子线路高频电子线路 流过电路的电流流过电路的电流谐振时，流过电路电流最大谐振时，流过电路电流最大 称为谐振电流。称为谐振电流。 在任意频率下的回路电流在任意频率下的回路电流 与谐振电流之比为与谐振电流之比为相对电相对电流：流：00L0j11)j ()j (QIICLrUZUI1j)j

20、 (rUI/)j (004)4)串联谐振回路的阻抗特性串联谐振回路的阻抗特性高频电子线路高频电子线路 00L0j11)j ()j (QII2002L011)()(QII00Larctan)(Q相对幅频特性相对幅频特性 相对相频特性相对相频特性 其模为：其模为： 高频电子线路高频电子线路 00Larctan)(Q相对相频特性相对相频特性 n当输入信号频率当输入信号频率= =0 0 时，回路的阻抗最小，等于纯阻时，回路的阻抗最小，等于纯阻r r，=0 0，回路电流滞与激励电压同相位；，回路电流滞与激励电压同相位；n当当 0 0 时时, ,复阻抗增大，且为感抗，复阻抗增大，且为感抗， 0 0，随，随

21、增大增大趋于趋于-/2,-/2,回路电流滞后激励电压相位为回路电流滞后激励电压相位为；n当当 0 0，随，随减小减小趋于趋于/2,/2,回路电流超前激励电压相位为回路电流超前激励电压相位为 。高频电子线路高频电子线路 串联谐振的相对幅频特性与相频特性串联谐振的相对幅频特性与相频特性阻抗特性阻抗特性 等效纯电阻等效纯电阻 等效感抗等效感抗 等效容抗等效容抗L2L1QQ000相对幅频特性相对幅频特性 L2L1QQ相对相频特性相对相频特性 高频电子线路高频电子线路 2.2.3 2.2.3 并联谐振回路并联谐振回路 1.1.无负载电阻的并联谐振回路无负载电阻的并联谐振回路 并联回路的导纳并联回路的导纳

22、 )(j)(jj100BGCLrY2220)(LrLCB222000)(LrrG高频电子线路高频电子线路 并联谐振回路谐振频率并联谐振回路谐振频率 其中其中, , 为回路无阻尼振荡频率为回路无阻尼振荡频率 为回路的空载品质因数为回路的空载品质因数 当当 时时, , ； 较低时较低时, , 。 满足满足 条件时条件时谐振电阻谐振电阻10Q0Q10Q20020P111QLrLC( )0B01LC000QL r0P0P02002002202000P)1 (1rQrQrLrGRR高频电子线路高频电子线路 2.2.有负载电阻的并联谐振回路有负载电阻的并联谐振回路在在 的条件下的条件下, , 而回路电阻为

23、而回路电阻为 和和 并联并联并联回路的导納为并联回路的导納为10QCrLrQR00200/0RLRLCgLCRY1j1j100Lj1QgL0L0111ggRRRgLC10P10Q)/(L0L0RRRRR高频电子线路高频电子线路 有载品质因数有载品质因数 并联谐振回路的并联谐振回路的阻抗的模及相角阻抗的模及相角 gCLgLRQ000L12002L11)(QRYZ00Larctan)(Q高频电子线路高频电子线路 时回路谐振，为时回路谐振，为纯电阻，其阻值最大为纯电阻，其阻值最大为 ； 时，时，回路呈容抗特性回路呈容抗特性 ； 时，时，回路呈感抗特性回路呈感抗特性。 0R0000Larctan)(Q

24、相对幅频特性相对幅频特性 相对相频特性相对相频特性 2002L0oo11)()(QUU00Larctan)(Q高频电子线路高频电子线路 LrCCIC.IR.R0IL.L0B11/ 2Q1 Q2Q1Q20 /2/2感性Q2Q1Q1 Q2容性Z(a)(b)(c)(d)U.0|zp|/R0I.nRLC串联谐振回路及其特性n并联谐振回路及其等效电路、 阻抗特性和辐角特性高频电子线路高频电子线路RLC串联谐振回路及其特性串联谐振回路及其特性串联回路串联回路并联回路并联回路阻抗或导纳阻抗或导纳谐振频率谐振频率品质因数品质因数Q阻抗阻抗 0 0 感抗感抗容抗容抗 CLrZ1j001LC01LCCLrYjj1

25、0RCQ0高频电子线路高频电子线路习题习题n1、LC选频网络的作用是 。（答案：从输入信号中选出有用频率的信号抑制干扰的频率的信号）n2、LC选频网络的电路形式是 。n（答案：串联回路和并联回路）n3、LC串联谐振电路Q值下降，单位谐振曲线 ，回路选择性 。n（答案：平坦；差）n4、LC串联谐振回路Q值下降，频带 ，选择性 。n（答案：增宽；变差） 高频电子线路高频电子线路习题习题n5、LC并联谐振回路谐振时，阻抗为 。（答案：最大且为纯电阻）n6、LC并联谐振回路，当f=f0即谐振时回路阻抗最 且为 ，失谐时阻抗变 ，当ff0是呈 。（答案：大；纯电阻；小；感性；容性）n7、并联谐振回路谐振

26、时，电纳为 ，回路总导纳为 。(答案：零；最小值)n8、LC串联回路谐振时阻抗阻抗最 ，且为纯电阻，失谐时阻抗变，当ff0呈 。n(答案：小；大；容性；感性) 高频电子线路高频电子线路习题习题nP472-12-22-3 高频电子线路高频电子线路 在在RF电路中，常常遇到不同传输线间的连电路中，常常遇到不同传输线间的连 接、不同元接、不同元器件间的连接和天线与馈线间的连器件间的连接和天线与馈线间的连 接等问题。如果是直接接等问题。如果是直接连接，必然是会产生反连接，必然是会产生反 射，产生驻波，影响了功率传输，射，产生驻波，影响了功率传输，严重时会引起馈线的绝缘层及发射机末级功放管的损坏。严重时

27、会引起馈线的绝缘层及发射机末级功放管的损坏。因此，需要在连接点间因此，需要在连接点间 插入匹配网络，以达到阻抗匹配，插入匹配网络，以达到阻抗匹配，保证功率无保证功率无 反射地传输。反射地传输。2.3 2.3 阻抗变换电路阻抗变换电路高频电子线路高频电子线路2.3 2.3 阻抗变换电路阻抗变换电路另外，为了使信号源输出功率大，也希望另外，为了使信号源输出功率大，也希望 外电路的输入阻抗与源外电路的输入阻抗与源阻抗实现共轭匹配，阻抗实现共轭匹配， 因此，在外电路与信号源之间通常也需要匹因此，在外电路与信号源之间通常也需要匹 配网络。配网络。高频电子线路高频电子线路n以收音机的末级功放输出电路为例。

28、以收音机的末级功放输出电路为例。n图中左边框内是功放输出的等效电路，由放大器输出端图中左边框内是功放输出的等效电路，由放大器输出端内阻内阻r和电动势和电动势E组成，右边是扬声器负载组成，右边是扬声器负载R。n根据全电路的欧姆定律，负载上的功率为：根据全电路的欧姆定律，负载上的功率为：n求上式的极值，当求上式的极值，当r=R时，时，P为最大。此时的负载和电为最大。此时的负载和电路的输出阻抗是匹配的。路的输出阻抗是匹配的。 高频电子线路高频电子线路2.3 2.3 阻抗变换电路阻抗变换电路u阻抗匹配的好处阻抗匹配的好处： l使传输功率无反射地传送给负载使传输功率无反射地传送给负载 l大功率输出大功率

29、输出 l改善系统的信噪比改善系统的信噪比 l减少振幅和相位误差减少振幅和相位误差 u当阻抗不匹配时，有哪些办法让它匹配呢？当阻抗不匹配时，有哪些办法让它匹配呢？l第一，可以考虑使用变压器来做阻抗转换第一，可以考虑使用变压器来做阻抗转换l第二，可以考虑使用串联第二，可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法并联电容或电感的办法，这在调试射频电路时常使用。l第三，可以考虑使用串联第三，可以考虑使用串联/并联电阻的办法并联电阻的办法。 高频电子线路高频电子线路2.3 2.3 阻抗变换电路阻抗变换电路u常用的匹配网络形式有常用的匹配网络形式有 lL型匹配网络（集总元件网络）型匹配网络（集总元件网络） l支

30、节匹配器（单支节、双支节匹配）支节匹配器（单支节、双支节匹配）l1/4波长阻抗变换器（单节和多节）波长阻抗变换器（单节和多节） l宽带阻抗变换器（渐变线）宽带阻抗变换器（渐变线）n设计匹配网络时有两种方法可供选择：设计匹配网络时有两种方法可供选择： l采用解析方法求出元件的值采用解析方法求出元件的值 l利用利用Smith圆图作为图解设计工具圆图作为图解设计工具 前者可以得到精确的结果，并适合于计算前者可以得到精确的结果，并适合于计算 机辅助设计。机辅助设计。后者无须复杂计算，更加直后者无须复杂计算，更加直 观，便于对匹配过程的理解观，便于对匹配过程的理解 高频电子线路高频电子线路 2.3 2.

31、3 阻抗变换电路阻抗变换电路2.3.1 2.3.1 串并联阻抗的等效互换串并联阻抗的等效互换“等效等效”是指在工作频率是指在工作频率 相同相同 的条件下，的条件下，AB两端的阻抗相等两端的阻抗相等。 串联回路的品质因数串联回路的品质因数 , ,可得可得 为并联回路的品质因数为并联回路的品质因数2Q22222222222222222211jjjjXRXRXRXRXRXRXr22222221XRXRr22122222R XXRXQQXRrXQ222111111/rXQ 高频电子线路高频电子线路 可得 即即 当当 时时 串联电路转换为等效并联电路后，串联电路转换为等效并联电路后， 为串联电路为串联电

32、路 的的 倍，倍，而而 与串联电路与串联电路 相同，保持不变。相同，保持不变。 1Q2R1r2Q2X1X222222222222221111RQXRRXRRXr2222222222222211111XQRXXXRXRX122) 1(rQR122)/11 (XQX122rQR 12XX 高频电子线路高频电子线路 2.3.2 2.3.2 并联谐振回路的耦合连接与阻抗变换并联谐振回路的耦合连接与阻抗变换 1.1.变压器耦合连接的阻抗变换变压器耦合连接的阻抗变换 变压器耦合连接形式，因为变压器耦合连接形式，因为L1与与L2是绕在同一磁芯是绕在同一磁芯上，是紧耦合，可认为是理想变压器。上，是紧耦合，可认

33、为是理想变压器。 二次侧负载电阻二次侧负载电阻RL得到的功率为得到的功率为P2，即一次侧提供，即一次侧提供给二次侧给二次侧RL的功率的功率P1等于等于P2。 , ,L2221LRUUR L221LRNNRL222RUP L222RUP L211RUP高频电子线路高频电子线路 2.2.自耦变压器耦合连接的阻抗变换自耦变压器耦合连接的阻抗变换 设设ac的圈数为的圈数为N1， cb圈数为圈数为N2， 总圈数为总圈数为N1+ N2。则。则 自耦变压器耦合连接方式适用于与晶体管的连接，自耦变压器耦合连接方式适用于与晶体管的连接，它除了能实现阻抗变换外，还能为晶体管的集电极提它除了能实现阻抗变换外，还能为

34、晶体管的集电极提供直流通路。供直流通路。L2221LRNNNR高频电子线路高频电子线路 自耦变压器耦合连接自耦变压器耦合连接采用电感与互感表示的形式采用电感与互感表示的形式 ac两端电感为两端电感为L1 , ,cb两端电感为两端电感为L2 , , 两电感线圈的互感两电感线圈的互感为为M, 同名端如图所示同名端如图所示, , 则则ac两端总感抗为两端总感抗为L1+ M, cb两两端总感抗为端总感抗为L2+ M。将将L2+ M和和RL并联支路等效为串联支路并联支路等效为串联支路, ,在在 条件下条件下, , X不变,为 ,而 1L2Q)(2ML L2220L2202LL22LLS)()(/11RM

35、LRMLRRQR高频电子线路高频电子线路 再将再将RLS与与L1+L2+2M串联支路等效为并联支路串联支路等效为并联支路, , 在串在串联支路的联支路的 条件下条件下, ,等效后的电感值不变仍为等效后的电感值不变仍为L1+L2+2M, , 而电阻为而电阻为 因为在磁芯、线圈半径、导线等相同的条件下因为在磁芯、线圈半径、导线等相同的条件下, , 电感电感线圈的电感量线圈的电感量 , , , , 。 两种表示方式的结论是一致的。两种表示方式的结论是一致的。1Q2101NLL 2202NLL 210NNLM L2221LS2LS2220LS2L2)2(RMLMLLRRMLLRQR2212102202

36、1022021022122NNNNNLNLNNLNLNLMLMLL高频电子线路高频电子线路 3.3.双电容分压耦合连接的变比关系双电容分压耦合连接的变比关系n首先将首先将RL与与C2组成的并联支路等效为串联支路组成的并联支路等效为串联支路, , 在在 条件下条件下, ,X不变，即不变，即C2不变，电阻不变，电阻RLS为为n再将再将RLS、C1、C2组成的串联支路等效为并联支路组成的串联支路等效为并联支路, , 在在 条件下条件下, ,C1、C2仍串联不变，而电阻为仍串联不变，而电阻为1C2Q1CQL2220L2L20L2c2LS1)(11RCRRCRQR高频电子线路高频电子线路 因为，因为，C

37、= C1 C2(C1+ C2)，所以，所以 4. 4.接入系数与变换关系接入系数与变换关系 接入系数接入系数p定义为定义为负载负载RL两端电压两端电压（变换前负载（变换前负载电压）电压）与等效负载两端电压与等效负载两端电压（变换后等效负载电压）（变换后等效负载电压）之比之比L222LS220LS2LS0LS2cL11RCCRCRCRRQRL2121LRCCCRLLVVp高频电子线路高频电子线路 根据根据定义定义，将电压比，将电压比 / / 变换为变换为变压器的变压器的线圈圈数线圈圈数比比( (或或容抗容抗、感抗感抗比比), ), 则令则令p为为则变换关系为则变换关系为LVLVL2L1RpR L

38、2Lgpg L2L1XpXL2LCpC ggpII gg1UpU 高频电子线路高频电子线路 例例1 1： 例例2 2：12NNp L221L2L1RNNRpR212NNNpL2221L2L1RNNNRpR高频电子线路高频电子线路 例例3 3：例例4 4：21121212)/(1)/(1CCCCCCCCpL2121L2L1RCCCRpRMLLMLMLLMLp2)2()(212212L2221L2L21RMLMLLRpR高频电子线路高频电子线路 例5：13231NNp 13452NNp 高频电子线路高频电子线路nP25例2.3.1 高频电子线路高频电子线路 2.3.3 2.3.3 回路耦合连接的插

39、入损耗回路耦合连接的插入损耗 理想的电感、电容是纯电抗理想的电感、电容是纯电抗, , 本身不含损耗电阻本身不含损耗电阻, , 理想的谐振回路在传送能量的过程中是不消耗能量的理想的谐振回路在传送能量的过程中是不消耗能量的。 在实际电路中电感电容不是理想元件在实际电路中电感电容不是理想元件, , 回路本身回路本身总存在总存在损耗损耗电阻电阻, ,信号源通过有损谐振回路传送能量时信号源通过有损谐振回路传送能量时必然会产生损耗必然会产生损耗, , 这就是插入损耗。这就是插入损耗。 回路的损耗应包含：回路的损耗应包含： 高频频段电感线圈的损耗电阻高频频段电感线圈的损耗电阻； 射频频段的高端射频频段的高端

40、, , 电容器的损耗电阻电容器的损耗电阻； 回路两端并接的电阻回路两端并接的电阻( (例如扩展谐振放大器频带例如扩展谐振放大器频带宽的电阻宽的电阻) )。但不是负载电阻。但不是负载电阻。高频电子线路高频电子线路 回路插入损耗的定义回路插入损耗的定义：是是回路有损耗时负载回路有损耗时负载 上获得的上获得的功率功率 和和回路无损耗时负载回路无损耗时负载 上获得的功率上获得的功率 之比之比。 为为 时负载时负载 上获得的功率上获得的功率 而而LgLPLgLPLP0/100RgLgLPLLLPPKL2LssL2oLgggIgUPL2L0ssL2oLggggIgUP高频电子线路高频电子线路 因为 所以

41、用dB表示LgQ0L10001LgQ202L0sLsLLLggggggggPPK20L20L11QQggK0L20LL1lg201lg10lg10QQQQK高频电子线路高频电子线路nP27例2.3.2 n思考题与习题P482-6高频电子线路高频电子线路 n思考题与习题2-6高频电子线路高频电子线路 n思考题与习题2-6高频电子线路高频电子线路 2.42.4信号的功率传输与匹配网信号的功率传输与匹配网络络 2.4.1 2.4.1 信号源到负载的功率传输信号源到负载的功率传输 负载阻抗为负载阻抗为 RL为负载电阻；为负载电阻；XL为负载电抗。为负载电抗。 源阻抗为源阻抗为 RS为源电阻；为源电阻；

42、XS为源电抗为源电抗。 电抗电抗XS和和XL可以是感抗或容抗，在一个高频信号可以是感抗或容抗，在一个高频信号周期内的平均功耗为周期内的平均功耗为0,0,并没有消耗功率并没有消耗功率。信号源的功信号源的功率只能被传输到负载电阻率只能被传输到负载电阻RL上上。信号源传输到负载电。信号源传输到负载电阻阻RL上的功率为上的功率为LLLjXRZSSSjXRZL2LRIPR高频电子线路高频电子线路 I 是流过负载电阻上的电流（有效值）是流过负载电阻上的电流（有效值）, , 可得可得 2.4.2 2.4.2 无相移的最大功率传输无相移的最大功率传输 获得最大获得最大 的特定条件是的特定条件是 或或 达到最大

43、极值的条件是达到最大极值的条件是 , ,可求得可求得2LS2LSS)()(XXRRUILRP0LS XXL2LS2LS2S)()(LRXXRRUPR2LSL2S)(LRRRUPR0LS XXLSXX0/LLRPRLSXXLSRR 高频电子线路高频电子线路 可得可得 称为称为共轭阻抗匹配共轭阻抗匹配, , 或简称为或简称为阻抗匹配阻抗匹配。 共轭阻抗匹配不仅实现了功率的最大传输，共轭阻抗匹配不仅实现了功率的最大传输，而且消而且消除了功率从信号源到负载传输过程中的相移。除了功率从信号源到负载传输过程中的相移。这是由于这是由于共轭阻抗匹配之后在整个信号源到负载回路中只包含纯共轭阻抗匹配之后在整个信号

44、源到负载回路中只包含纯电阻。电阻。在共轭阻抗匹配条件下，传输到负载的最大功率在共轭阻抗匹配条件下，传输到负载的最大功率是是LLLSSSjjZXRXRZS2SL2Smax,44LLRURUPPRR高频电子线路高频电子线路 2.4.3 2.4.3 阻抗匹配网络的要求与分类阻抗匹配网络的要求与分类 信号源阻抗和负载阻抗不一定正好共轭匹配信号源阻抗和负载阻抗不一定正好共轭匹配, , 即即 因此信号源和负载之间必须插入阻抗匹配网络因此信号源和负载之间必须插入阻抗匹配网络，满满足共轭阻抗匹配条件足共轭阻抗匹配条件, , 实现信号源到负载无相移最大功实现信号源到负载无相移最大功率传输。率传输。 阻抗匹配网络

45、分为有源匹配网络和无源匹配网络两类。阻抗匹配网络分为有源匹配网络和无源匹配网络两类。 LSZZSinZZLoutZZ高频电子线路高频电子线路 有源匹配网络是由有源和无源器件组成，例如射极有源匹配网络是由有源和无源器件组成，例如射极输出器、源极输出器和缓冲器等输出器、源极输出器和缓冲器等。而。而无源匹配网络通常无源匹配网络通常釆用无源元件（电容和电感）組成。釆用无源元件（电容和电感）組成。 在满足阻抗匹配时在满足阻抗匹配时, , 无源阻抗匹配网络的基本类型无源阻抗匹配网络的基本类型分为分为L型匹配网络型匹配网络、型匹配网络型匹配网络和和T型匹配网络型匹配网络。这三种基本类型匹配网。这三种基本类型

46、匹配网络都是以信源阻抗为纯电阻，负载阻抗为纯电阻进行阻络都是以信源阻抗为纯电阻，负载阻抗为纯电阻进行阻抗匹配分析。对于实际不为純电阻的信源和负载电路，抗匹配分析。对于实际不为純电阻的信源和负载电路，可将电抗部分包含到匹配网络中去，只采用纯电阻可将电抗部分包含到匹配网络中去，只采用纯电阻进行进行匹配计算网络参数，然后根据实际电路扣除信源和负载匹配计算网络参数，然后根据实际电路扣除信源和负载的电抗部分。的电抗部分。L2LLout2Loutin2SinS2SS4444RUPRUPRUPRUP高频电子线路高频电子线路 R 2.4.4 2.4.4 L型匹配网络型匹配网络 1. R2 R1 的的L型匹配网

47、络型匹配网络 X1 和和X2是电抗，两者电抗性质相反，是电抗，两者电抗性质相反，一个是感抗一个是感抗另一个必须是容抗。另一个必须是容抗。利用电抗与电阻串并联等效互换的利用电抗与电阻串并联等效互换的关系可以求得匹配网络参数的表示式。关系可以求得匹配网络参数的表示式。 将将 X2和和R2的串联支路等效为的串联支路等效为 和和 的并联电路的并联电路，然后与然后与 X1再并联再并联。 和和 的计算式为的计算式为2X2R2X2R222/ RXQ 2222)1 (RQR222211XQX高频电子线路高频电子线路 在在 与与 、 并联后并联后，要完成，要完成阻抗匹配必须满足阻抗匹配必须满足 ； ； 可得可得

48、 时，时，已知工作频率已知工作频率 、 和和 的阻抗匹配的阻抗匹配网络的计算式网络的计算式1X2X2R2R1R2R1R2222111XQXX22221)1 (RQRRQQXRXRQ1112222121112122221)(1RRRRQRXRRRQRXRRQ高频电子线路高频电子线路 R1R2阻抗匹配网络的计算式怎样应用阻抗匹配网络的计算式怎样应用? 分析时用了串并联等效互换的关系,得到相应结果 关鍵是必须满足阻抗匹配条件必须满足阻抗匹配条件 由R1与R2决定Q,然后由串联支路计算X2 ,由并联支路计算X1。2222111XQXX22221)1 (RQRRQQXRXRQ111222222/ RXQ

49、 111/ XRQ 11minmax21RRRRQ关鍵式高频电子线路高频电子线路 例2.4.1 已知信源的工作频率为10MHz，信源输岀电阻Ro=280，负载电阻RL=50。试计算L型匹配网络参数值。 (注意：Ro对应R1,RL对应R2 ) 题意分析：因为RLRo ,只能采用下图电路形式。 解题可先设X1为感抗,则X2必为容抗。(或设X1为容抗,则X2必为感抗。)以确定电路形式。 由R1与R2决定Q,然后由串联支路计算X2 ,由并联支路计算X1。 高频电子线路高频电子线路 解： 1.设 为感抗，则 为容抗， (1) (2) 与RL串联支路,Q=X2/RL,则 (3) 与Ro并联支路,Q=Ro/

50、X1,则 145. 21502801LoRRQLX2)/(11CXLX224.107501448. 2L2QRXL1.707.H)10102/(24.1076L)/(11CX5483.1301448. 2/280/)/(1o1QRXCpF9 .121F5483.1301010216C高频电子线路高频电子线路 2.设 为容抗，则 为感抗， (1) (2) 与RL串联支路,Q=X2/RL,则 (3) 与Ro并联支路,Q=Ro/X1,则 )/(12CXLX11448. 21502801LoRRQ)/(12CX24.107501448. 2)/(1L2QRXCpF4 .148F24.107101021

51、6CLX15483.1301448. 2/280/o1QRXL2.078.H)10102/(5483.1306L高频电子线路高频电子线路 2.2.R2R1的的L型匹配网络型匹配网络 X1和和 X2是电抗，两者电抗性质相反是电抗，两者电抗性质相反，一个是感抗一个是感抗另另一个必须是容抗一个必须是容抗。利用电抗与电阻串并联等效互换的关利用电抗与电阻串并联等效互换的关系可以求得匹配网络参数的表示式。系可以求得匹配网络参数的表示式。 将将 X2和和R2的并联支路等效为的并联支路等效为 和和 的串联电路，的串联电路，然后与然后与 X1再串联再串联。 和和 的计算式为的计算式为 ； ；2X2R2X2R22

52、2/ XRQ 22221QRR2222/11QXX高频电子线路高频电子线路 在在 与与 、 串联后串联后，要完成，要完成阻抗匹配必须满足阻抗匹配必须满足 可得可得R2R1 时，时，已知工作频率已知工作频率 、 和和 的阻抗匹配的阻抗匹配网络的计算式网络的计算式1X2X2R2R1R22221/11QXXX222211 QRRRQQRXRXQ111222)(11211112122212RRRQRXRRRRQRXRRQ高频电子线路高频电子线路 同理,R2R1阻抗匹配网络的计算式怎样应用阻抗匹配网络的计算式怎样应用? 分析时用了串并联等效互换的关系,得到相应结果 关鍵是必须满足阻抗匹配条件必须满足阻抗

53、匹配条件 由R1与R2决定Q,然后由并联支路计算X2 ,由串联支路计算X1。222211 QRRR22221/11QXXXQQRXRXQ11122211minmax12RRRRQ111/RXQ 222/ XRQ 关鍵式关鍵式高频电子线路高频电子线路 L型匹配网络的特点型匹配网络的特点： (1) (1)电路简单电路简单, ,易于调节易于调节。 (2) (2)匹配网络匹配网络品质因数品质因数 , ,由由R1 1和和R2 2决决定定, ,是固定值是固定值。 (3)L型匹配网络的总有载品质因数型匹配网络的总有载品质因数QL为为 Q/2。则则L型型匹配网络的通频带宽为匹配网络的通频带宽为 在在R1 1和

54、和R2 2确定后，确定后，L型匹配网络的型匹配网络的Q值是不可任意值是不可任意选择的，这样就有可能不满足滤波性能的要求。选择的，这样就有可能不满足滤波性能的要求。 1)/(minmaxRRQL7 . 02Qff高频电子线路高频电子线路 2.4.5 2.4.5 型匹配网络型匹配网络 一个一个型匹配网络可将型匹配网络可将XS分成两部分分成两部分 。 型网络就变成了两个型网络就变成了两个L型网络型网络, ,负载电阻负载电阻R2经经XP2和和 XS2向左变换为中间假想电阻向左变换为中间假想电阻Rinter, , 必满足必满足RinterR2 。 信源电阻信源电阻R1经经XP1和和XS1向右变换为中间假

55、想电阻向右变换为中间假想电阻Rinter, , 必满必满足足RinterR2时，时，则则Q1Q2，应选应选Q1=Qmax从从R1端开始进行端开始进行网络参数计算。网络参数计算。 当当R2R1时，时，则则Q2Q1，应选应选Q2=Qmax从从R2端开始进行端开始进行网络参数计算。网络参数计算。 型网络的电路参数计算式为型网络的电路参数计算式为 (1) (1)R2R1时时, ,从从R2端开始计算端开始计算, ,选定选定Q2应满足应满足 , , 则则1122RRQS2S1Sinter1S111P1inter11inter2S222P2222inter; 1;1XXXRQXQRXRRQRQXQRXQRR

56、高频电子线路高频电子线路 (2) (2)R1R2时时, ,从从R1端开始计算端开始计算, ,选定选定Q1应满足应满足 , ,则则 型匹配网络具有阻抗匹配和选频的功能型匹配网络具有阻抗匹配和选频的功能, , 最基本最基本的组成是的组成是由由两个感抗和一个容抗两个感抗和一个容抗或或两个容抗和一个感抗两个容抗和一个感抗构成构成，型匹配网络型匹配网络共有六种基本电路形式共有六种基本电路形式。1211RRQS2S1Sinter2S222P2inter22inter1S111P1211inter; 1;1XXXRQXQRXRRQRQXQRXQRR高频电子线路高频电子线路 型网络的型网络的6种基本形式种基本

57、形式： (a)、(b) R1、R2 无限无限定条件定条件 (c)、(d)限定条件限定条件 R2R1 (e)、(f)限定条件限定条件 R1R2高频电子线路高频电子线路 (a)典型电路典型电路1 1 将将XSL等效为等效为 , ,等效电路如图等效电路如图(b)。 计算匹配网络参数从电阻大的一端开始计算匹配网络参数从电阻大的一端开始, ,并并根据需根据需要设其品质因数要设其品质因数为最大值为最大值, ,需满足需满足SLXSL2SL1SLXXX1minmaxmaxRRQ高频电子线路高频电子线路 例例2.4.22.4.2已知信源电阻已知信源电阻R1=20, , 负载电阻负载电阻R2=120, , 工作频

58、率工作频率f=5MHz, , 通频带为通频带为1.2MHz。设计一个。设计一个型匹型匹配网络。配网络。 解：设解：设设计匹配网络设计匹配网络的关鍵依据的关鍵依据21SL2SL1SLLLXXLX)/(11PC1CX)/(11PC1CX)/(12PC2CX高频电子线路高频电子线路 因为通频带要求因为通频带要求 , ,则则 由于由于R2R1, ,从从R2端开始计算端开始计算, ,选取选取 , ,满足满足 中间电阻中间电阻 17. 42 . 1/5)2/(7 . 0LffQ33. 82Lmax QQ33. 8max2QQ51201201minmaxmax2RRQQ705. 133. 811201222

59、2interQRR高频电子线路高频电子线路 负载端负载端L型网络的型网络的C2和R2并联支路并联支路Q2= =R2/ /XPC2,则 负载端负载端L型网络的型网络的L2和Rinter串联支路串联支路Q2= =XSL2/ /Rinter,则 信源端信源端L型网络的型网络的Q值值pF2210F4062fXC406.1433. 8120222PCQRX203.14705. 133. 8inter2SL2RQXH452. 0H1052203.14262L2fXL276. 31705. 1201inter11RRQ高频电子线路高频电子线路 信源端信源端L型网络的型网络的R1和和

60、C1并联支路并联支路Q1= =R1/ /XPC1,则 信源端信源端L型网络的型网络的L1和和Rinter串联支路串联支路Q1= =XSL1/ /Rinter,则 型匹配网络的总电感型匹配网络的总电感105. 6276. 320111PCQRXpF5214F105. 6105212161PC1fXC586. 5705. 1276. 3inter11SLRQXH178.0H1052586.5261SL1fXLH630. 0H)452. 0178. 0(21LLL高频电子线路高频电子线路 (b)典型电路典型电路2 2的等效的等效 (c)(d)电路的等效电路的等效( (R2R1)高频电子线路高频电子线