【正文】 2022/6/2 1 第 2章 高頻電路基礎(chǔ) ? 高頻電路中的元器件 ? 高頻電路中的基本電路 ? 電子噪聲及其特性 ? 噪聲系數(shù)與噪聲溫度 2022/6/2 2 一、 高頻電路中的元器件 高頻電路中的元器件包括 無(wú)源元件和有源器件。 無(wú)源元件：電阻、電容和電感 ? 電阻： 電阻器在高頻狀態(tài)下，除電阻特性外，還要考慮分布電感和分布電容，這就是電阻的高頻特性，它與制作電阻的材料、封裝形式與尺寸的大小有密切關(guān)系。 RL RC R電阻的高頻等效電路 CR:分布電容； LR:分布電感 實(shí)際電阻的高頻特性 ： 金屬膜電阻好于碳膜電阻； 碳膜電阻好于繞線電阻； 表面貼裝 (SMD)電阻好于引線電阻； 小尺寸電阻好于大尺寸電阻。 2022/6/2 3 ? 電容： 對(duì)于非理想的電容器，除了電容特性外，還要考慮它的兩極間的絕緣電阻和分布電感。高頻電容器都有一個(gè)自身諧振頻率 SRF(Self Resonant Frequency) ，只有工作頻率小于 SRF， 電容器才呈現(xiàn)正常的電容特性。 高頻特性好的電容 ：片狀電容和表面貼裝電容。 C( a ) 電容器的等效電路R CL C 阻抗0頻 率 f( b ) 電 容 器 的 阻 抗 特 性 虛 線 為 理 想 電 容 特 性2022/6/2 4 阻抗與相角阻 抗相 角 S R F0頻 率 f? 電感： 一個(gè)電感器除了其電感特性和線圈損耗電阻外，在高頻電路中還要考慮其分布電容。因此高頻電感器也有其 SRF，它的工作頻率應(yīng)小于這個(gè) SRF。 高頻電感與傳輸線變壓器 ：由小尺寸電感線圈與磁芯構(gòu)成。 2022/6/2 5 1）二極管 ? 非線性變換二極管： 用于調(diào)制 、 解調(diào)和混頻電路中，工作在低電平，結(jié)電容小、工作頻率高。 舉例：點(diǎn)觸式二極管 (如 2AP系列 ) → 工作頻率 100~200MHz。 表面勢(shì)壘二極管 → 工作頻率可以達(dá)到微波波段。 ? 變?nèi)荻O管： 結(jié)電容隨反偏電壓變化而變化。主要用在電調(diào)諧器、電壓控制振蕩器 (VCO)、調(diào)頻器等電路中。 ? PIN二極管： 由 P型、 N型和本征 (I型 )半導(dǎo)體組成。它的高頻等效電阻受正向直流電流的控制，主要用在電控的開(kāi)關(guān)、限幅、衰減和移相電路中。 2. 高頻電路中的有源器件： 半導(dǎo)體二極管、晶體管和集成電路。 主要介紹 有源器件在高頻狀態(tài)下的特性。 2022/6/2 6 3）集成電路 (IC) 用于高頻的集成電路分為通用 IC和專(zhuān)用 IC(ASIC)。 通用 IC： 寬帶放大器、模擬乘法器。 ASIC： 鎖相環(huán) (PLL)、調(diào)頻解調(diào)器、單片接收機(jī)以及電視機(jī)專(zhuān)用集成 IC等。 2）晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管 (FET) 二者的主要用途 ：高頻小信號(hào)放大器、高頻功率放大器。 高頻小信號(hào)放大管： 要求高增益和低噪聲。 高頻功率放大管： 除了高頻增益要求外，還要求有較大的高頻功率輸出。 晶體管： 工作頻率可達(dá)幾千 MHz，噪聲系數(shù)為幾個(gè)分貝，輸出功率可達(dá)上百瓦。 場(chǎng)效應(yīng)管： 在同樣的工作頻率下，噪聲系數(shù)要比雙極晶體管的更低。 2022/6/2 7 高頻電路中的基本電路 (無(wú)源組件或無(wú)源網(wǎng)絡(luò) )有很多，本章主要介紹 高頻諧振 (振蕩 )回路 、 高頻變壓器 、 石英晶體諧振器 和 集中濾波器 四種無(wú)源組件。 其它基本電路 (平衡調(diào)制器 、 正交調(diào)制器 、 移相器 、 匹配器與衰減器 等 )在后續(xù)章節(jié)里介紹。 高頻諧振 (振蕩 )回路 主要功能： 作為高頻放大器、振蕩器和濾波器的主要部件完成阻抗變換、信號(hào)選擇的功能，也可以直接作為負(fù)載來(lái)使用。 高頻諧振回路的分類(lèi)： 簡(jiǎn)單 諧振 回路、抽頭并聯(lián)諧振回路和耦合諧振回路。 二、高頻電路中的基本電路 2022/6/2 8 （ 1) 簡(jiǎn)單諧振回路： 只有一個(gè)回路的諧振回路稱(chēng)為簡(jiǎn)單諧振回路，包括并聯(lián)諧振回路和串聯(lián)諧振回路兩種。 串聯(lián)諧振回路主要用在低阻抗電路 (微波線路 )中，而在中波、短波和超短波線路中并聯(lián)諧振回路用的比較廣。 ? 并聯(lián)諧振回路： 回路阻抗： CjLjrCjLjrZ p????11)(????諧振頻率 ：令 ZP的虛部為零，可得諧振頻率。 2 0 0~101111120??????LCQLC一般電感線圈的，?品質(zhì)因數(shù) ： LrCLrCrr LQ 000 ,11 ????? ?????LrC2022/6/2 9 CQLQCrLR000 ?? ???回路諧振阻抗： 諧振時(shí)阻抗最大，近似為一純電阻。 011,1111)(???????????????????????????CrLCjLjrCLLrCjLjrCjLjCjLjrCjLjrZp上式的推導(dǎo)： 上圖是用 R0表示的等效電路 I RR0I L.L +U.I.?2022/6/2 10 用廣義失諧表示回路阻抗： 0000202002220ffQ???????????? ????????????????????????????????定義廣義失諧?????? a r ct gRZjRjQRZzpp ????????? ,1,121 20000回路阻抗LrjQRCjLjrCLZp ????????????????? ?????? ,111000重寫(xiě)回路阻抗稱(chēng)為失諧。度表示頻率偏離諧振的程絕對(duì)頻率偏移絕對(duì)角頻率偏移 ,::00?????????fff???2022/6/2 11 歸一化阻抗的幅頻特性 (諧振特性 )：品質(zhì)因數(shù)越高，諧振曲線越尖銳。 3dB通頻帶 (半功率通頻帶 )： 將阻抗幅頻特性下降為諧振值的 對(duì)應(yīng)的頻率范圍，簡(jiǎn)稱(chēng)回路帶寬。 12200 ????????ffffB ?QfQfBB002.10:???對(duì)應(yīng)的頻率范圍諧振值的定義為諧振曲線下降為矩形系數(shù)： 描述諧振曲線接近理想帶通 (矩形 )的程度。 ??????? 并聯(lián)諧振回路理想帶通,17 0 BBKr. ??0B 11 /2Q1 Q2Q1Q20| Zp| / R02022/6/2 12 ????????90LC IIIIIUCL QIII??????諧振時(shí)電壓電流關(guān)系： I為回路電流。 歸一化阻抗的相頻特性 ： 相頻特性斜率越大。越大呈容性呈感性；,::2,200000QZffZffQddQa rc t gppZZ???????????? ???????????? 0? 感 性Q2Q1Q1 Q2容 性?Z 0? IL.IC.0I.U.2022/6/2 13 例 21 設(shè)一放大器以簡(jiǎn)單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載，信號(hào)中心頻率fs=10MHz，回路電容 C=50pF。 (a) 計(jì)算所需的線圈電感值； (b) 若線圈品質(zhì)因數(shù) (空載 )為 Q=100, 試計(jì)算 R0及 B； (c) 若放大器所需的帶寬 (有載 )B= MHz, 則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻 R1才能滿足放大器所需帶寬要求 ? sfC 0R L1R解 ： (a) 計(jì)算 L值 。 ? ? HCfCfL ?? 2533010121206202 ???? (b) 回路空載諧振電阻 R0和空載帶寬 B：不考慮負(fù)載電阻 R1。 ????????? ? kLQR 6700 ??k H zQfB 1 0 0/0 ??2022/6/2 14 (c) 計(jì)算并聯(lián)的負(fù)載電阻 R1(已知對(duì)應(yīng)的有載帶寬 BL= MHz)。 考慮 R1的總諧振電阻為 R1∥ R0， 對(duì)應(yīng)回路有載品質(zhì)因數(shù) QL為 200 ??LL BfQ回路總諧振電阻 R1∥ R0為 ??????????????????kRRRkRkLQRRRRL