高频电子线路第2章 高频电路基础

1、第1、2章高频电路基础，2.1高频电路的元件2.2高频电路的基本电路2.3电子噪声2.4噪声系数和噪声温度，基本元件(被动元件、主动元件)基本电路(谐振电路、晶体振荡器、变压器等)基本问题(频率选择滤波器、阻抗转换)基本方法高频电路中使用的组件基本上与低频电路中使用的组件相同，但在高频中使用时要注意高频特性。高频电路的组件主要是属于被动线性组件的电阻(装置)、电容(装置)和电感(装置)。第一，高频电路的手动部件1，电阻实际电阻器在低频情况下主要表示电阻特性，但在高频使用中，不仅表示电阻特性方面，还表示电抗，4，性方面。电阻器的电抗特性反映了高频特性。一个电阻r的高频等效电路如图2-1所示。其中

2、CR是分配电容，LR是引线电感，r是电阻。一般来说，表面室长电阻的高频特性优于金膜电阻，金膜电阻优于碳膜电阻，线绕电阻的高频特性最差。图2-1电阻的高频等效电路，5，2，电容器分离为介质的两个导体构成电容。电容器的等效电路如图2-2(a)所示。图2-2(b)虚线中所示的理想电容器的阻抗1/(jC)，其中f是工作频率，=2f。高频电路具有良好的高频特性，因此经常使用片状电容和表面室长电容器。图2-2电容器的高频等效电路(a)电容器的等效电路；(b)电容器的阻抗特性、自谐振频率、容量区域、地壳区域、绝缘电阻、引线电感、6，3、电感的作用：谐振元件、滤波元件、阻塞元件扼流圈。电感损耗：电感通常被导线

3、绕过，通常具有一定的直流电阻。因为也有电涡流、磁滞、电磁辐射等损失，电感具有损耗电阻交流电阻。质量因素：定义为用于说明回路能量损失的回路的无功与有效功率之比。高频电感和普通电感一样，电感是主要参数。电感l导出为工作角频率jL。7，高频电感还具有自谐振频率SRF。在SRF中，高频电感的阻抗最大，相位角度为0，如图2-3所示。图2-3高频电感的自谐振频率SRF、地壳区域、容量区域、8、2、高频电路的有源装置用于低频或其他电子电路的装置没有任何区别。1，二极管作用：半导体二极管主要在高频率下在非线性转换电路(例如检测、调制、解调和混合)中低级工作。常用高频二极管的类型：(1)最大工作频率约为1002

4、00MHz (2)表面垒二极管：最大工作频率约为200300MHz (3)可变二极管：电容器随偏置电压而变化。9，2，晶体管和FET (fet)在高频中使用的晶体管仍然是双极晶体管和各种场效应管，通常这些管的性能优于低频管，并且外形规格不同。高频晶体管有两种类型的： (1)，用于小信号放大，其主要要求是高增益和低噪声。(2)另一类高频功率放大器管不仅要求增益，还要求高频率下的更大输出功率。高频场效应管类似于晶体管，高频性能(小信号的噪声，大信号的非线性)比晶体管更好。10，3，高频用集成电路的种类和品种远远小于低频接受集成电路，主要分为通用和专用两种。一般用途宽频整合放大器，目前提供超过506

5、0dB的增益和超过100200MHz的操作频率。11，本部分主要描述了高频振荡(谐振)环路、高频变压器、谐振腔和滤波器等完成信号的传输、频率选择和阻抗转换的手动部件或称为手动网络的高频电路。2.2高频电路的基本电路、12，1、高频振荡回路高频振荡电路是高频电路中应用最广泛的手动网络，是构成高频放大器、振荡器和各种滤波器的主要组件，可以完成电路中阻抗转换、信号选择等操作，并直接用作负载。1、简单振荡电路(只有一个电路)振荡电路是电感和电容器串行或并行形成的电路。只有一个电路的振荡电路称为简单振荡回路或单个振荡回路。(1)、并行谐振电路1)电路结构、13、图2-4并行谐振电路及其等效电路、阻抗特性

6、和径向特性(a)并行谐振电路；(b)等效电路；(c)阻抗特性；(d)径向特性，并行谐振电路的并行阻抗为：(2-1)，地壳区域，容量区域，14，2)谐振频率：将使刘涛电阻和允许电阻相等的频率定义为并行谐振频率0。使Zp的虚拟部分为零，解方程的根为零。其中q是回路的质量系数，例如，(2-4)，(2-2)，(2-3)，15，4)谐振电阻：谐振中回路的最大电阻，纯电阻R0:(2-5)如上分析所示，电感的损耗电阻越小，电路的q值越高，谐振电阻r0就越大。3)特征阻抗：定义为，(2-6)，16，(2-7)，(2-8)，并行回路通常用于窄带系统。也就是说，此时接近零，例如，样式，=-0。5)阻抗特性，高q，

7、可由公式(2-1)使用：17，(2-9)，此时(窄带系统)，环路阻抗可以通过称为广义解调的方式进一步简化。相应的阻抗模式值分别为相位角度，18，(2-12)，(2-14)，图2-5表示在并行振荡电路中谐振时的电流，电压关系。19，6)通过频带(半功率点频带)保持附加信号的振幅，在改变频率时将电路电流值降低到谐振值的相应频率范围称为电路的通过频带或环路带宽，通常表示为b。如果顺序(2-15)相同，则推送到=1以确保带宽。(2-10)，对于并行谐振电路，还有20，7)矩形系数。阻抗定义的幅度-频率特性减小到谐振值的情况下，0.1的频带宽度与阻抗的幅度-频率特性减小到谐振值的0.707的情况下，频带

8、宽度的比率。其中，如果B0.1谐振曲线下降到谐振值的0.1，那么频带宽度B0.707谐振曲线减少到3dB的频带宽度矩形系数大于1(理想情况下为1)，矩形系数越小，电路的选择性就越好。对于单层简单并行谐振电路，矩形系数可以描述为，(2-11)，21，通过前面的分析，(1)电路的质量因素越高，谐振曲线越尖锐，电路的通过带越窄，但矩形系数保持不变。因此，对于简单(单层)并行谐振电路，通过带和选择性不能达到平衡。(2)前面的结论是，在“高q”的情况下，如果q值低，则并行谐振电路的谐振频率低于高q时的谐振频率，谐振曲线和相位特性随q值偏离。(3)上述已知的质量因素是回路未应用载荷时的值，称为空载q值或Q

9、0。如果电路套用了负载，则品质元素会显示为负载q值或QL。其中r是考虑载荷后的总损失阻力。22，示例3-1:设置以简单并行振荡电路为负荷的放大器，信号中心频率fs=10MHz，电路容量C=50 pF，(1)尝试计算所需线圈电感值。(2)如果线圈质量系数为Q=100，则计算回路谐振电阻和电路带宽。(3)如果放大器所需的带宽B=0.5 MHz，那么电路中需要并行电阻多少以满足放大器所需的带宽要求？解决方案：(1)计算l值。表达式(2-4)将替换为2，23，F0将替换为兆赫(MHz)，皮肤法(pF)，l将替换为微慕尼黑(h)，常识将替换为实际计算公式：f0=fs=10 MHz，(基础(2-12)，2

10、4，环路带宽，(3)查找满足0.5 MHz带宽的并行电阻。电路的平行电阻为R1，平行后的总电阻为R1R0，总电路的负载品质系数为QL。带宽公式，支持，此时所需带宽B=0.5 MHz，电路总电阻为：25，必须在电路中并行运行7.97 k的电阻。(2)串联谐振电路串联谐振电路适用于电源内部电阻低的内阻(例如恒压源)或低阻抗(例如微波电路)的电路。图2-4(a)是最简单的串行振荡环路。26，图2-6串联谐振电路及其特性，27，在串联振荡电路的两端添加恒定压力信号时，阻抗最小，通过电路的电流最大，(2-15)，任意频率下电路电流与谐振电流的比率，电路阻抗：谐振频率：其中：根据电路的质量系数，29，前端

11、，可以绘制电路电流和谐振电流的曲线称为谐振曲线。图2-6e串联谐振电路的谐振曲线，图2-6f串联电路的谐振期间电流、电压关系、30，在引入广义失谐后在窄带(即非常接近于0)下工作的情况下，例如，31，串联谐振电路摘要：(1)串联谐振电路的阻抗特性(2)谐振频率、质量因素、通过带、矩形系数等与并联谐振电路相同(高q时)。32，2，攻丝并行振荡电路在实际应用中通常用于激励源或负载与电路电感或电容器的部分连接相关联的并行振荡电路，称为攻丝并行振荡电路。如图2-7所示。(1)存取系数p:定义为连接至外部电路的电抗中与此电路压力相关的相等性质总电抗的百分比。也可以定义为电压的比率。在图(2-7)(a)的

12、情况下，如果省略了两部分之间的互感，则制表符系数可以直接以电感的比率或以灯数的比率近似。对于图(2-7)(b)，使用(2-16)、33、图2-7中的一些典型选项卡振荡循环、34、下面的图2-7(a)、(b)作为示例，选项卡并行振荡循环(2)在阻抗变换特性图(2-7)(a)中，考虑到窄带高q的实际情况，谐振时输入部显示的电阻设置为r，与功率具有相同的关系。例如，(2-17)，(2-18)，输入部在不共振时表示的阻抗为：可以从格式(2-19)、35、(2-21)、(2-22)、(3)电流、电压转换特性中获取。对于图(2-8)所示的电流源，使用能量守恒关系可以轻松地获得折叠关系。对于卡舌并行振荡电路

13、，阻抗变换的比率为p2，信号源(电流，电压)的比率为p。36，(4)电路失谐时，电流的折叠关系根据图2-7(a)，谐振时电路电流IL和IC I的比率小于q倍。图2-8电流源的折叠和图37，示例2:图2-11，选项卡电路受电流源的启发，忽略电路本身的固有损耗，试验电路两端电压u(t)的表达式和电路带宽。(2-23)，例如，图2-11示例2中的攻丝循环，38，解决方案可以视为q，因为它忽略电路本身的固有损耗。如图所示，电路电容是谐振角频率是电阻R1的接入系数，电阻R1的接入系数是电路两端的电阻为39，电路两端电压u(t)等于i(t)，电压振幅U=IR=2 V，因此输出电压是电路的负载质量系数，电路

14、带宽，40，此处连接信号源的回路称为主回路，与负荷连接的回路称为次回路或负荷回路。在高频电路中，耦合振荡电路主要执行两个方面，即提供比a、阻抗变换b、简单谐振电路更好的频率特性。图2-10是两个典型的耦合循环。图2-10(a)是互感耦合电路，图2-10(b)是电容耦合电路。41，图2-10两个典型耦合电路及其等效电路，42，(2-24)，图2-10(b)电路的耦合系数为，(2-25)，1)耦合系数k:耦合图2-10(a)电路，耦合系数为2)反射(辐射)阻抗Zf:由于二次电路的存在对主电路的影响，这相当于主电路中阻抗Zf被反射(发射)到下一次。在此，一次电流在二次电路中形成刘涛电动势，并将二次电

15、路阻抗设定为Z2，可以产生二次，43，(2-26)，电流，二次，二次，二次反电动势。或，44，(2-27)，(2-28)，合并系数定义如下：根据图2-10(c)，可以很容易地获得，第一串行阻抗可以表示为：耦合系数与过渡阻抗的初始和二次回路的参数相同，c，l，q，广义解调谐为，45，图2-10(c)等效回路，过渡阻抗为，(2-29)，由二次刘涛电位生成，二次反射阻抗为如果A1具有两个较大的值和凹点，则A1的情况通常为临界连接，此时过渡阻抗显示为| Z21 |max。例如，将47、(2-35)、(2-33)、(2-34)、表达式(2-32)和频率的关系称为耦合回路的频率特性显示在图2-11中。临界组合时(A1)为：我们过分组合了a1(kr)的情况。与单谐振电路类似(诗):通过频带：48，图2-11耦合电路的频率特性，49，临界耦合时的矩形系数为3.15，比简单谐振电路小得多。第二，高频变压器和传输线变压器1，高频变压器1)功能：高频变压器在数十兆赫的高频电路中工作，通常用于信号传输、阻塞直流和阻抗转换等。矩形系数，50，2)结构特性高频变压器的基本原理与低频变压器相同，由磁通交叉链或互感耦合。(1