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第2章 高频电路基础 第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础 2.1 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 2.2 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 2.3 2.3 电子噪声及其特性电子噪声及其特性2.4 2.4 噪声系数和噪声温度噪声系数和噪声温度1第2章 高频电路基础 2.1 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 一、高频电路中的元件一、高频电路中的元件 与在低频电路中的元器件基本相同，但要留意它们与在低频电路中的元器件基本相同，但要留意它们在高频运用时的高频特性。在高频运用时的高频特性。电阻器电阻器电容器电容器电感器。电感器。二极管二极管晶体管晶体管集成电路集成电路无源线性元件无源线性元件有源器件有源器件2第2章 高频电路基础 1 1、高频电阻、高频电阻（1 1）等效电路）等效电路C CR R、L LR R 越小，电阻的高频特性越好。金属膜电阻比碳膜电阻的高频特性好，而碳膜电阻比金属膜电阻比碳膜电阻的高频特性好，而碳膜电阻比线绕电阻的好线绕电阻的好;表面贴装表面贴装(SMD)(SMD)电阻比一般电阻的高频特性要好电阻比一般电阻的高频特性要好;小尺寸的电阻比大尺寸电阻的高频特性要好。小尺寸的电阻比大尺寸电阻的高频特性要好。（2 2）常用电阻高频特性比较）常用电阻高频特性比较分布分布电容电容引线引线电感电感3第2章 高频电路基础 2 2、高频电容、高频电容高频电路中常常运用片状电容和表面贴装电容。高频电路中常常运用片状电容和表面贴装电容。（1 1）等效电路）等效电路 在高频电路中，电容的损耗可以忽视不计，但在高频电路中，电容的损耗可以忽视不计，但若到了微波波段，电容中的损耗就必需加以考虑！若到了微波波段，电容中的损耗就必需加以考虑！极间绝极间绝缘电阻缘电阻分布分布电感电感4第2章 高频电路基础 频率频率阻阻抗抗（2 2）电容器阻抗特性）电容器阻抗特性：电容器呈正常的：电容器呈正常的电容特性电容特性，：电容器等效为：电容器等效为电感电感。自身谐振自身谐振频率频率5第2章 高频电路基础 3 3、高频电感、高频电感高频电感的作用：谐振元件、滤波元件和阻隔元件（RFCRFC）。）。分布电容的影响在分析长、中、短波频段电路时，可忽视。分布电容的影响在分析长、中、短波频段电路时，可忽视。电感线圈的损耗电感线圈的损耗r：在高频电路中是不能忽视的：在高频电路中是不能忽视的!（1 1）等效电路）等效电路（2 2）如何表示高频电感的损耗性能？）如何表示高频电感的损耗性能？的定义：高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。的定义：高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。6第2章 高频电路基础 1 1、晶体二极管、晶体二极管 主要用于主要用于检波、调制、解调及混频检波、调制、解调及混频等非线性变换电路中，等非线性变换电路中，工作在低电平。工作在低电平。变容二极管变容二极管点接触式二极管点接触式二极管表面势垒二极管表面势垒二极管高频中常用二极管：高频中常用二极管：极间电容小、工作频率高。极间电容小、工作频率高。：二极管电容随偏置电压变更。：二极管电容随偏置电压变更。二、高频电路中的有源器件二、高频电路中的有源器件作用：完成信号的作用：完成信号的放大、非线性变换放大、非线性变换等功能。等功能。二极管二极管晶体管晶体管集成电路集成电路7第2章 高频电路基础 2 2、晶体三极管与场效应管（、晶体三极管与场效应管（FET)FET)高频功率放大管高频功率放大管 高频晶体管有两大类型：高频晶体管有两大类型：高频小功率管高频小功率管 小信号的场效应管小信号的场效应管:噪声更低。噪声更低。双极型小信号放大管双极型小信号放大管:工作频率可达几千兆赫兹，工作频率可达几千兆赫兹，:用作小信号放大，要求增益高和噪声低。用作小信号放大，要求增益高和噪声低。对其要求除了增益外，要有较大的输出功率。对其要求除了增益外，要有较大的输出功率。噪声系数为几分贝。噪声系数为几分贝。8第2章 高频电路基础 3 3、集成电路（、集成电路（IC)IC)（1 1）通用型的宽带集成放大器）通用型的宽带集成放大器 高频集成电路的类型和品种比低频集成电路的少得多，高频集成电路的类型和品种比低频集成电路的少得多，主要分为主要分为通用型和专用型通用型和专用型两种。两种。（2 2）专用集成电路）专用集成电路(ASIC)(ASIC)用于高频的晶体管模拟相乘器，工作频率也可达用于高频的晶体管模拟相乘器，工作频率也可达一百兆赫兹以上。一百兆赫兹以上。集成锁相环、集成调频信号解调器、单片集成接集成锁相环、集成调频信号解调器、单片集成接收机以及电视机中的专用集成电路等。收机以及电视机中的专用集成电路等。工作频率可达一二百兆赫兹，增益可达五六特别工作频率可达一二百兆赫兹，增益可达五六特别贝，甚至更高。贝，甚至更高。9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的基本电路 一、高频振荡回路一、高频振荡回路主要内容：主要内容：简洁振荡回路简洁振荡回路抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路耦合振荡回路耦合振荡回路二、高频变压器和传输线变压器二、高频变压器和传输线变压器三、石英晶体谐振器三、石英晶体谐振器四、集中滤波器四、集中滤波器10第2章 高频电路基础 一、高频振荡回路一、高频振荡回路 高频振荡回路是高频电路中应用最广的无源网络，是高频振荡回路是高频电路中应用最广的无源网络，是构成构成高频放大器、振荡器以及各种滤波器高频放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件。的主要部件。下面分简洁振荡回路、抽头并联振荡回路和耦合振荡下面分简洁振荡回路、抽头并联振荡回路和耦合振荡回路三部分来探讨。回路三部分来探讨。阻抗变换、信号选择与滤波、相频转换和阻抗变换、信号选择与滤波、相频转换和移相等功能，并可干脆作为负载运用。移相等功能，并可干脆作为负载运用。完成功能：完成功能：11第2章 高频电路基础 1 1、简洁振荡回路、简洁振荡回路组成：组成：由电感和电容串联或并联形成的回路。由电感和电容串联或并联形成的回路。作用：作用：具有具有谐振特性和频率选择作用谐振特性和频率选择作用。RpLCRSiSRLCRSiSRLCRSuS并联并联 LC谐振回路谐振回路串联串联 LC谐振回路谐振回路 12第2章 高频电路基础 RLCRSiSZPRLCRSuSZS(1)(1)求回路阻抗求回路阻抗13第2章 高频电路基础 RLCRSuSRLCRSiSRpLCRSiS(2)(2)回路谐振分析回路谐振分析14第2章 高频电路基础 RLCRSuSRpLCRSiS+ui-ii（3 3）求回路品质因数）求回路品质因数Q Q 并联回路中求并联回路中求Q：串联回路中求串联回路中求Q：15第2章 高频电路基础（4 4）谐振时的电流、电压关系（）谐振时的电流、电压关系（并联回路）并联回路）流过流过 L L 的电流是感性电流，它落后于回路两端电压的电流是感性电流，它落后于回路两端电压9090。流过流过 C C 的电流是容性电流，超前于回路两端电压的电流是容性电流，超前于回路两端电压9090。流过流过R Rp p的电流与回路电压同相。的电流与回路电压同相。16第2章 高频电路基础（5 5）并联回路谐振时的电流、电压关系）并联回路谐振时的电流、电压关系谐振时谐振时I IL L、I IC C与与 I I 的关系：的关系：结论：通过电感线圈的电流结论：通过电感线圈的电流 I IL L 或电容器的电流或电容器的电流 I IC C 比外部电流比外部电流 I I 大得多。大得多。在运用电感电容元件时，必需留意耐压问题！在运用电感电容元件时，必需留意耐压问题！17第2章 高频电路基础（6）并联谐振回路）并联谐振回路的阻抗特性的阻抗特性广义失谐量广义失谐量:回路阻抗：回路阻抗：阻抗模值：阻抗模值：阻抗相角：阻抗相角：18第2章 高频电路基础 阻抗特性曲线：阻抗特性曲线：相位特性曲线：相位特性曲线：并联谐振回路特性曲线并联谐振回路特性曲线19第2章 高频电路基础 并联并联LCLC回路相频特性分析回路相频特性分析回路呈容性。回路呈容性。回路呈感性。回路呈感性。回路谐振，呈纯电阻。回路谐振，呈纯电阻。相频特性曲线呈负斜率特性，相频特性曲线呈负斜率特性，Q Q值越高曲线越陡峭。值越高曲线越陡峭。20第2章 高频电路基础 阻抗的幅频特性阻抗的幅频特性归一化电流的幅频特性归一化电流的幅频特性（7）串联谐振回路的阻抗特性曲线）串联谐振回路的阻抗特性曲线串联回路阻抗：串联回路阻抗：21第2章 高频电路基础 RpLCRSiSRLRLCRSuSRL并联谐振回路：并联谐振回路：有载有载Q Q值值 串联谐振回路：串联谐振回路：空载空载Q Q值值 （8）信号源内阻及负载对回路的影响）信号源内阻及负载对回路的影响22第2章 高频电路基础 串联谐振回路适用于串联谐振回路适用于RS很小（恒压源）和很小（恒压源）和RL不大的电不大的电路，只有这样路，只有这样Q才不至于太低，保证回路有较好的选择性。才不至于太低，保证回路有较好的选择性。并联谐振回路适用于并联谐振回路适用于RS很大（恒流源）和很大（恒流源）和RL也较大的电也较大的电路。路。若串入串联回路中，将使回路若串入串联回路中，将使回路Q值大大减小，回路值大大减小，回路将失去选频作用。因此接受并联回路！将失去选频作用。因此接受并联回路！晶体管的输出阻抗有几千欧至几十千欧，接受？谐振回路晶体管的输出阻抗有几千欧至几十千欧，接受？谐振回路总结：总结：23第2章 高频电路基础 两个重要参数两个重要参数（1 1）通频带）通频带（又称（又称3dB3dB通频带，或半功率点通频带）通频带，或半功率点通频带）定义：定义：阻抗幅频特性下降为中心频率阻抗幅频特性下降为中心频率 时对应的频率范围。时对应的频率范围。得到：得到：24第2章 高频电路基础 B0.1B0.7070.1（2 2）矩形系数）矩形系数：衡量谐振回路幅频特性接近矩形的程度。：衡量谐振回路幅频特性接近矩形的程度。分析：分析：幅频特性是志向矩形时幅频特性是志向矩形时并联谐振回路的矩形系数并联谐振回路的矩形系数单谐振回路的单谐振回路的选择性很差。选择性很差。定义：定义：25第2章 高频电路基础 须要留意：须要留意：Q Q、K Kr0.1 r0.1 、B B0.707 0.707 三者关系三者关系 回路的回路的Q Q越高，越高，谐振曲线越尖锐，回谐振曲线越尖锐，回路的路的B0.707B0.707越窄，但越窄，但其其Kr0.1Kr0.1并不变更。并不变更。简洁并联谐振回路中，品质因数简洁并联谐振回路中，品质因数Q Q对回路对回路的通频带和高的选择性的冲突不能兼顾。的通频带和高的选择性的冲突不能兼顾。26第2章 高频电路基础 例例 2-1 设一放大器以简洁并联振荡回路为负载，信设一放大器以简洁并联振荡回路为负载，信号中心频率号中心频率 fs=10 MHz，回路电容，回路电容C=50 pF，试计算所需的线圈电感值。试计算所需的线圈电感值。若线圈品质因数为若线圈品质因数为Q=100，试计算回路谐振电阻及，试计算回路谐振电阻及回路带宽。回路带宽。若放大器所需的带宽若放大器所需的带宽B0.707=0.5 MHz，则应在回路，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上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求?27第2章 高频电路基础 激励源或负载激励源或负载与回路与回路电感或电容电感或电容部分连接的并联振荡部分连接的并联振荡回路，称为抽头并联振荡回路。回路，称为抽头并联振荡回路。2.2.抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路为什么做部分接入？为什么做部分接入？28第2章 高频电路基础 Cce不稳定使得不稳定使得不稳定。不稳定。实际问题：实际问题：为什么要安装抽头？为什么要安装抽头？收音机中安放电感抽头！收音机中安放电感抽头！1）不抽头（全部接入）不抽头（全部接入）29第2章 高频电路基础 2）部分接入使得）部分接入使得Cce的影响减小！的影响减小！实际电路的计算实际电路的计算:加抽头加抽头30第2章 高频电路基础 为什么做部分接入？为什么做部分接入？实际电路中的并联回路受到实际电路中的并联回路受到、及及、的影响，的影响，1 1）、使回路有载使回路有载值下降，选择性变差值下降，选择性变差;2 2）激励源等效电容激励源等效电容及负载电容及负载电容影响回路的谐振频率影响回路的谐振频率;3 3）、一般不相等。即电路通常处于失配状态下工作。一般不相等。即电路通常处于失配状态下工作。与与相差较大时，负载上相差较大时，负载上得到的功率很小。得到的功率很小。当当31第2章 高频电路基础 定义：与外电路相连的那部分电抗与本回路参与分压的定义：与外电路相连的那部分电抗与本回路参与分压的同性质总电抗之比。同性质总电抗之比。（1 1）接入系数）接入系数 p p (或称抽头系数或称抽头系数)：p p也可用电压比表示：也可用电压比表示：32第2章 高频电路基础 电容分压式电容分压式 电感抽头式电感抽头式 （2 2）接入系数的计算）接入系数的计算N1:与外电路相连的线圈的匝数。与外电路相连的线圈的匝数。N:线圈的总匝数。线圈的总匝数。N N1 1N33第2章 高频电路基础（3 3）折算方法）折算方法 电阻的折算电阻的折算结论：电阻从低端向高端折合，结论：电阻从低端向高端折合，阻值变大，是原来的阻值变大，是原来的1/P1/P2 2倍。倍。U UU UT T（功率不变的原则）（功率不变的原则）34第2章 高频电路基础 CLRLCLRL负载电容的折算负载电容的折算CL电容变小电容变小结论：折算后阻抗变大，对回路的影响减轻！结论：折算后阻抗变大，对回路的影响减轻！电组变大电组变大（3 3）折算方法）折算方法 35第2章 高频电路基础 信号源的折合信号源的折合 电压源的折合电压源的折合结论：电压源由低端向高端折合，结论：电压源由低端向高端折合，电压变大，是原来的电压变大，是原来的1/P1/P倍。倍。电流源的折合电流源的折合结论：电流源由低端向高端折合，结论：电流源由低端向高端折合，电流变小，是原来的电流变小，是原来的P P倍。倍。U UU UT T36第2章 高频电路基础 例例 2-2 如图，如图，抽头回路由电流源激励，忽视回路本抽头回路由电流源激励，忽视回路本身的固有损耗，试求回路两端电压身的固有损耗，试求回路两端电压 u1(t)的表示式及的表示式及回路带宽。回路带宽。37第2章 高频电路基础 串、并联阻抗等效互换串、并联阻抗等效互换a ab ba ab b等效原则：阻抗不变！等效原则：阻抗不变！结论：结论：其中：其中：转换前后电抗性质不变！转换前后电抗性质不变！并联电阻是串联电阻的并联电阻是串联电阻的Q倍！倍！38第2章 高频电路基础 接入系数接入系数:阻抗变换前后功率相等，则：阻抗变换前后功率相等，则：可通过改变可通过改变 比值调整比值调整R RL L 的大小。的大小。结论：结论：变压器的阻抗变换作用变压器的阻抗变换作用39第2章 高频电路基础 作业习题及补充习题及补充40第2章 高频电路基础 ususisis3.3.耦合振荡回路耦合振荡回路41第2章 高频电路基础（1 1）进行阻抗转换以完成高频信号的传输）进行阻抗转换以完成高频信号的传输;（2 2）形成比简洁振荡回路更好的频率特性。）形成比简洁振荡回路更好的频率特性。耦合元件电抗的确定值，与初次级中同性质元件电耦合元件电抗的确定值，与初次级中同性质元件电抗值的几何平均值之比。抗值的几何平均值之比。耦合振荡回路的主要作用：耦合振荡回路的主要作用：耦合系数耦合系数 k k：例：例：42第2章 高频电路基础 U US S1 1）次级回路电流）次级回路电流定义自阻抗：定义自阻抗：初、次级回路方程：初、次级回路方程：反射阻抗：并不存在实体的反射阻抗，只是用来说明一个回路对另一反射阻抗：并不存在实体的反射阻抗，只是用来说明一个回路对另一个相互耦合回路的影响。个相互耦合回路的影响。反射阻抗：反射阻抗：以串联互感耦合回路为例，分析耦合回路的谐振特性。以串联互感耦合回路为例，分析耦合回路的谐振特性。43第2章 高频电路基础 U US S2 2）谐振特性）谐振特性探讨输出回路电流探讨输出回路电流i2 i2 与输入信号与输入信号 us us 比值的频率特性。比值的频率特性。转移导纳：转移导纳：假设：假设：则，则，耦合因数：耦合因数：44第2章 高频电路基础 求转移导纳的归一化值：求转移导纳的归一化值：转移导纳：转移导纳：求求Y Y2121极值：极值：Y Y2121取得最大值：取得最大值：Y Y2121归一化值：归一化值：当当时，时，初次级回路的耦合程度要影响曲线的高度和形态。初次级回路的耦合程度要影响曲线的高度和形态。特殊，特殊，时，曲线出现双峰！时，曲线出现双峰！45第2章 高频电路基础（1 1）在在时，即谐振点处，时，即谐振点处，,次级回路电流达最大值。次级回路电流达最大值。求通频带：求通频带：令令求矩形系数：求矩形系数：令令,临界耦合临界耦合结论：结论：临界耦合双回路的通频带较宽，临界耦合双回路的通频带较宽，选择性也较好。选择性也较好。分析互感耦合回路的谐振特性曲线分析互感耦合回路的谐振特性曲线46第2章 高频电路基础（2 2），过耦合，过耦合求凹陷值：求凹陷值：令令求求 B B0.707 0.707(分析最大凹陷点为分析最大凹陷点为0.7070.707时的耦合因子时的耦合因子)令令得：得：结论：结论：过耦合双回路的通频带为单谐振回路的过耦合双回路的通频带为单谐振回路的3.13.1倍。倍。得：得：47第2章 高频电路基础（3 3），欠耦合，欠耦合在在时，即谐振点处，时，即谐振点处，,电流电流未未达最大值。达最大值。结论：结论：当当 欠耦合时欠耦合时,曲线较尖，带宽窄，且其最大值也较小曲线较尖，带宽窄，且其最大值也较小(比比 时时)。通常不工作在这种状态。通常不工作在这种状态。48第2章 高频电路基础 二、高频变压器二、高频变压器作用：作用：信号传输和阻抗变换，但也可用来隔绝直流。信号传输和阻抗变换，但也可用来隔绝直流。工作频率：工作频率：在几十兆赫兹以下的高频电路中。在几十兆赫兹以下的高频电路中。1 1、与低频变压器不同、与低频变压器不同为了削减损耗，高频变压器常用导磁率为了削减损耗，高频变压器常用导磁率高、高、高频损耗小的软磁材料作磁芯。高频损耗小的软磁材料作磁芯。材料不同材料不同:磁芯结构不同磁芯结构不同:高频变压器一般用于小信号场合，尺寸小，线圈的高频变压器一般用于小信号场合，尺寸小，线圈的匝数较少。因此，其磁芯的结构形态与低频时不同。匝数较少。因此，其磁芯的结构形态与低频时不同。(b b)罐形磁芯罐形磁芯环形磁芯环形磁芯:初次级线圈干脆穿绕在环形结构的磁环上初次级线圈干脆穿绕在环形结构的磁环上罐形磁芯罐形磁芯:绕制在骨架上，放于两罐之间。绕制在骨架上，放于两罐之间。(a a)环形磁芯环形磁芯49第2章 高频电路基础 其中：其中：L L为初级励磁电感；为初级励磁电感；L LS S：漏感；：漏感；C CS S：变压器的分布电容。：变压器的分布电容。电路符号电路符号2 2、高频变压器电路符号及等效电路、高频变压器电路符号及等效电路等效电路等效电路志向变志向变压器压器50第2章 高频电路基础 当作志向变压器看，则：当作志向变压器看，则：应用例子应用例子(第五章第五章)：3 3、中心抽头变压器、中心抽头变压器用于：调制、解调、混频等。用于：调制、解调、混频等。51第2章 高频电路基础 实物外形图实物外形图三、石英晶体谐振器三、石英晶体谐振器 应用：应用：广泛用于高频率稳定性的振荡器中，也用做高性能的窄带滤波器。广泛用于高频率稳定性的振荡器中，也用做高性能的窄带滤波器。1 1、石英谐振器内部结构石英谐振器内部结构电路符号电路符号石英晶体的形态石英晶体的形态石英谐振器是利用石英晶体的压电效应而制成的一种谐振器件。石英谐振器是利用石英晶体的压电效应而制成的一种谐振器件。结构示意图结构示意图52第2章 高频电路基础（1 1）正、反压电效应）正、反压电效应正压电效应：正压电效应：当晶体受外力作用而变形当晶体受外力作用而变形(如伸缩、切变、扭曲等如伸缩、切变、扭曲等)时，时，就在它对应的表面上产生正、负电荷就在它对应的表面上产生正、负电荷,呈现出电压。呈现出电压。反压电效应：当在晶体两面加电压时，晶体又会发朝气械形变。反压电效应：当在晶体两面加电压时，晶体又会发朝气械形变。2 2、石英晶体物理特性、石英晶体物理特性（2 2）稳定的谐振频率）稳定的谐振频率 晶片的谐振频率与它的材料、几何形态、尺寸及振动方式晶片的谐振频率与它的材料、几何形态、尺寸及振动方式(取决于取决于切片方式切片方式)有关，且特别稳定；其温度系数均在有关，且特别稳定；其温度系数均在 10 106 6或更高数量级上。或更高数量级上。用于高频的晶体切片，其谐振时的电波长常与晶片厚度成正比，用于高频的晶体切片，其谐振时的电波长常与晶片厚度成正比，谐振频率与厚度成反比。谐振频率与厚度成反比。谐振频率与晶片厚度的关系：谐振频率与晶片厚度的关系：基音、泛音：基音、泛音：对于确定形态和尺寸的某一晶体，它既可以在某一基频上谐振，对于确定形态和尺寸的某一晶体，它既可以在某一基频上谐振，也可以在高次谐波也可以在高次谐波(谐频或泛音谐频或泛音)上谐振。上谐振。53第2章 高频电路基础 3 3、石英晶体等效电路及电抗特性、石英晶体等效电路及电抗特性静态电容静态电容基频谐振特性基频谐振特性三次、五次泛音谐振特性三次、五次泛音谐振特性基频等效电路基频等效电路 从电的观点看，当外加交变电压使石英片机械振动发生谐振时，通过石从电的观点看，当外加交变电压使石英片机械振动发生谐振时，通过石英片的电流最大，因而具有串联谐振的特性。英片的电流最大，因而具有串联谐振的特性。54第2章 高频电路基础（1 1）分析谐振频率）分析谐振频率串联谐振频率：串联谐振频率：并联谐振频率：并联谐振频率：二者关系：二者关系：由于由于C C0 0C Cq q，得：得：接入系数：接入系数：因此，晶体谐振器与外电路的耦合很弱。因此，晶体谐振器与外电路的耦合很弱。f f 0 0与与 f fq q 相差很小相差很小!55第2章 高频电路基础（2 2）晶体的负载电容）晶体的负载电容C CL L 标在晶体外壳的振荡频率或标称频率就是并接标在晶体外壳的振荡频率或标称频率就是并接C CL L后测得的后测得的 f f 0 0的值。的值。标称频率标称频率:负载电容负载电容并联谐振频率变为：并联谐振频率变为：通常，基频晶体规定通常，基频晶体规定C CL L为为30pF30pF或或50pF.50pF.56第2章 高频电路基础 国产国产B45B45型型1 MHz1 MHz中等精度晶体中等精度晶体 L Lq q=4.00 H =4.00 H C Cq q=0.0063 pF=0.0063 pF r rq q=100=100200 200 C C0 0=2=23 pF3 pF由此可见，由此可见，L Lq q很大，很大，C Cq q很小。很小。晶体谐振器的晶体谐振器的Q Q特别大，一般为几万甚至几百万，这特别大，一般为几万甚至几百万，这是一般是一般 LC LC 电路无法比拟的。电路无法比拟的。品质因数品质因数:举例：举例：（3）石英晶体参数特点）石英晶体参数特点57第2章 高频电路基础（4 4）石英晶体电抗特性）石英晶体电抗特性忽视忽视r qr q后，则有：后，则有：播放播放动画动画感性感性容性容性串联谐振串联谐振并联谐振并联谐振58第2章 高频电路基础 晶体常工作在以下两种方式：晶体常工作在以下两种方式：1 1、工作在略高于、工作在略高于fqfq的频段内，此时晶体呈感性，相当于一个电感的频段内，此时晶体呈感性，相当于一个电感元件。元件。2 2、工作在、工作在fqfq这一频率点上，此时晶体等效为串联谐振电路，阻抗这一频率点上，此时晶体等效为串联谐振电路，阻抗近似为零近似为零,作作 为短路元件。为短路元件。3 3、在低于、在低于fqfq和高于和高于f0f0的频段内时，构成振荡器的频率稳定度将明的频段内时，构成振荡器的频率稳定度将明显下降。所显下降。所 以这些区域一般不运用。以这些区域一般不运用。工工作作区区域域59第2章 高频电路基础 晶体的谐振频率晶体的谐振频率fqfq和和f0f0特别稳定。特别稳定。晶体谐振器有特别高的品质因数。晶体谐振器有特别高的品质因数。晶体谐振器的接入系数特别小，一般为晶体谐振器的接入系数特别小，一般为 10 103 3数量级，数量级，甚至更小。甚至更小。晶体在工作频率旁边阻抗变更率大，有很高的并联谐振晶体在工作频率旁边阻抗变更率大，有很高的并联谐振阻抗。阻抗。因此晶体谐振器的频率稳定度比一般振荡回路要高。因此晶体谐振器的频率稳定度比一般振荡回路要高。（5 5）晶体谐振器与一般振荡回路比较）晶体谐振器与一般振荡回路比较60第2章 高频电路基础（6 6）晶体谐振器的应用晶体谐振器的应用B B）用它作成高频窄带滤波器。）用它作成高频窄带滤波器。A A）主要应用于晶体振荡器中（第四章介绍）主要应用于晶体振荡器中（第四章介绍）晶体滤波器电路晶体滤波器电路等效为电桥等效为电桥滤波器的衰减特性滤波器的衰减特性滤波器的通带只是在滤波器的通带只是在f q和和f0之间，其余范围为阻带。之间，其余范围为阻带。61第2章 高频电路基础 如何加宽石英晶体两谐振频率之间的宽度？如何加宽石英晶体两谐振频率之间的宽度？通常用通常用外加电感外加电感与石英晶体串联或并联的方法实现与石英晶体串联或并联的方法实现(这也是这也是扩大晶体振荡器调频频偏的一种有效方法扩大晶体振荡器调频频偏的一种有效方法)。例如：例如：外加电感外加电感与晶体串联的方法与晶体串联的方法串联谐振频率变小，而并联谐振频率不变。串联谐振频率变小，而并联谐振频率不变。62第2章 高频电路基础 四、集中滤波器四、集中滤波器（1 1）利于电路和设备的微型化，便于大量生产；）利于电路和设备的微型化，便于大量生产；（2 2）可提高电路和系统的稳定性，改善系统性能；）可提高电路和系统的稳定性，改善系统性能；（3 3）使电路和系统的设计更加简化。）使电路和系统的设计更加简化。优点：优点：（1 1）晶体滤波器）晶体滤波器（2 2）陶瓷滤波器）陶瓷滤波器（3 3）声表面波滤波器）声表面波滤波器高频电路中常用的集中选频滤波器：高频电路中常用的集中选频滤波器：63第2章 高频电路基础 四、集中滤波器四、集中滤波器1 1、陶瓷滤波器、陶瓷滤波器 某些陶瓷材料某些陶瓷材料(如常用的锆钛酸铅如常用的锆钛酸铅Pb(ZrTi)O3)Pb(ZrTi)O3)经直流高压电场极经直流高压电场极化后，可得到类似于石英晶体的压电效应，这些陶瓷材料称为压电陶化后，可得到类似于石英晶体的压电效应，这些陶瓷材料称为压电陶瓷材料。瓷材料。因此，陶瓷滤波器的通带较晶体滤波器要宽，但选择性稍差。因此，陶瓷滤波器的通带较晶体滤波器要宽，但选择性稍差。（1 1）等效电路和晶体谐振器相同；）等效电路和晶体谐振器相同；（2 2）Q Q值较晶体小得多值较晶体小得多(约为数百约为数百)，但比，但比LCLC滤波器的高；滤波器的高；（3 3）串、并联频率间隔也较大。）串、并联频率间隔也较大。（1 1）两端陶瓷滤波器（外形、符号、实物）两端陶瓷滤波器（外形、符号、实物）实物实物64第2章 高频电路基础 对中频信号呈现微小的阻抗，此时负反馈最小，增益最大。对中频信号呈现微小的阻抗，此时负反馈最小，增益最大。离开中频，滤波器成较大阻抗，使放大器负反馈增大，增益下降。离开中频，滤波器成较大阻抗，使放大器负反馈增大，增益下降。（2 2）陶瓷滤波器应用电路）陶瓷滤波器应用电路a a）收音机中收音机中二端陶瓷二端陶瓷滤波器特性滤波器特性 已广泛用于接收机中，如收音机的中放、电视机的伴音中放等。已广泛用于接收机中，如收音机的中放、电视机的伴音中放等。65第2章 高频电路基础 b b）三端陶瓷滤波器）三端陶瓷滤波器电视伴音中频选择：电视伴音中频选择：实物图实物图66第2章 高频电路基础 c c）四端陶瓷滤波器）四端陶瓷滤波器要求滤波器通过要求滤波器通过（465-5465-5）（465+5465+5）KHzKHz的频带。的频带。例如：例如：两端陶瓷滤波器的通频带较窄，选择性较差。若将不同谐振两端陶瓷滤波器的通频带较窄，选择性较差。若将不同谐振频率的陶瓷片进行适当的组合连接，可得到性能接近志向的四端频率的陶瓷片进行适当的组合连接，可得到性能接近志向的四端陶瓷滤波器。陶瓷滤波器。如何设计如何设计JT1、JT2的串、并联谐振频率？的串、并联谐振频率？67第2章 高频电路基础 2 2、声表面波滤波器（、声表面波滤波器（Surface Acoustic Wave Filter)Surface Acoustic Wave Filter)它是沿弹性固体表面传播机械振动波的器件。它是沿弹性固体表面传播机械振动波的器件。在压电固体材料表面产生和传播弹性波，在压电固体材料表面产生和传播弹性波，其振幅随其振幅随深化固体材料的深度而快速减小。深化固体材料的深度而快速减小。应用：应用：什么是什么是SAW?SAW?实物图：实物图：SAWF广泛用于电视广播、通信等设备作选频元件，取代了中频放大器广泛用于电视广播、通信等设备作选频元件，取代了中频放大器的输入吸取回路和多级调谐回路。的输入吸取回路和多级调谐回路。与与LC滤波电路相比，声表滤波器具有体积小、重量轻、性能牢靠、滤波电路相比，声表滤波器具有体积小、重量轻、性能牢靠、不须要困难调整等优点。但是插入损耗较大。不须要困难调整等优点。但是插入损耗较大。68第2章 高频电路基础 SAWFSAWF的基本结构的基本结构 当在叉指两端加有高频信号时，通过压电当在叉指两端加有高频信号时，通过压电效应，在基片表面激起同频率的声表面波，效应，在基片表面激起同频率的声表面波，并沿轴线方向传播。除一端被吸取材料吸取并沿轴线方向传播。除一端被吸取材料吸取外，另一端的换能器将它变为电信号输出。外，另一端的换能器将它变为电信号输出。69第2章 高频电路基础 匀整叉指换能器的特性匀整叉指换能器的特性怎样得到更好的幅频特性？怎样得到更好的幅频特性？接受指长、宽度或者间隔变更的非匀整换能器。接受指长、宽度或者间隔变更的非匀整换能器。相频特性相频特性幅频特性幅频特性70第2章 高频电路基础 吸取材料输入换能器输出换能器SAW(a)(b)加权叉指换能器加权叉指换能器指长重叠加权指长重叠加权相位加权相位加权71第2章 高频电路基础 SAWF的符号和等效电路的符号和等效电路R:换能器的输入输出电阻，通常为换能器的输入输出电阻，通常为50150欧。欧。C:输入输出静态电容输入输出静态电容72第2章 高频电路基础 SAWFSAWF的实际电路的实际电路 三极管组成的补偿放大器用于补偿三极管组成的补偿放大器用于补偿SAWF的插入损耗的插入损耗;L2与与SAWF的输出电容组成谐振回路，使其谐振在通频的输出电容组成谐振回路，使其谐振在通频带的中心点，实现电路匹配。带的中心点，实现电路匹配。集中选集中选频频该电路结构框图：该电路结构框图：各部分作用：各部分作用：73第2章 高频电路基础 电视机中电视机中SAWF的幅频特性的幅频特性74第2章 高频电路基础 声表面波滤波器的主要特性声表面波滤波器的主要特性(1)(1)工作频率范围宽；工作频率范围宽；(2)(2)相对带宽也比较宽；相对带宽也比较宽；(5)(5)便于器件微型化和片式化；便于器件微型化和片式化；(4)(4)带内插入衰减较大带内插入衰减较大，这是这是SAWSAW器件的最突出问题，一般不低于器件的最突出问题，一般不低于 15 dB 15 dB；(3)(3)矩形系数可做到矩形系数可做到 1.1 1.12 2。75第2章 高频电路基础 L1R1L2R2C有一双电感困难并联回路如图。有一双电感困难并联回路如图。已知已知L1+L2=500uH,C=500pF.为了使电源中的二次谐波能被回路为了使电源中的二次谐波能被回路滤除，应如何安排滤除，应如何安排 L1和和 L2？思索题：思索题：作业：作业：2-5及思索题及思索题76第2章 高频电路基础 2.3 2.3 电子噪声及其特性电子噪声及其特性一、概述一、概述1.1.干扰或噪声定义干扰或噪声定义 电子设备的性能在很大程度上与干扰和噪声有关。电子设备的性能在很大程度上与干扰和噪声有关。评价一个高频系统的性能的指标之一。评价一个高频系统的性能的指标之一。3.3.重要性重要性 主要出现在有用信号比较弱的场合，比如，接收机主要出现在有用信号比较弱的场合，比如，接收机的前级电路，或多级高增益的音频放大、视频放大器中。的前级电路，或多级高增益的音频放大、视频放大器中。2.2.电子噪声的影响电子噪声的影响 除有用信号以外的一切不须要的信号及各种电磁除有用信号以外的一切不须要的信号及各种电磁骚动的总称。骚动的总称。77第2章 高频电路基础 二、电子噪声的来源与特性二、电子噪声的来源与特性噪声来源：主要由电阻热噪声和半导体管噪声。噪声来源：主要由电阻热噪声和半导体管噪声。1.1.电阻热噪声电阻热噪声 定义：由电阻内部的自由电子的热运动而产生的，定义：由电阻内部的自由电子的热运动而产生的，它是它是它是它是系统内部噪声的主要来源系统内部噪声的主要来源系统内部噪声的主要来源系统内部噪声的主要来源。图图2-272-27：电阻热噪声的一段取样波形：电阻热噪声的一段取样波形1)1)热噪声电压和功率谱密度热噪声电压和功率谱密度噪声电压均方值噪声电压均方值具有起伏具有起伏特性特性78第2章 高频电路基础 1)1)热噪声电压和功率谱密度热噪声电压和功率谱密度噪声电压均方值噪声电压均方值 k k=1.3710=1.37102323 J/K;J/K;噪声电压均方根噪声电压均方根UnUn表示起伏电压沟通重量的有效值。表示起伏电压沟通重量的有效值。B B：测量此电压时的带宽：测量此电压时的带宽;T T：确定温度：确定温度(K)(K)。电阻热噪声等效电路电阻热噪声等效电路或或噪声电压源噪声电压源噪声电流源噪声电流源79第2章 高频电路基础 例：常温下（例：常温下（T=290KT=290K）工作的）工作的1K1K电阻，与电阻，与 一般电阻的热噪声是相当微弱的，故在电平较高的电路可忽视。一般电阻的热噪声是相当微弱的，故在电平较高的电路可忽视。在接收机的前级，由于有用信号极其微弱，电阻热噪声在接收机的前级，由于有用信号极其微弱，电阻热噪声的影响就不能忽视，它已成为限制接收机性能的主要因素。的影响就不能忽视，它已成为限制接收机性能的主要因素。可忽略吗？可忽略吗？的志向网络相连接。求的志向网络相连接。求 与与 。B=100KHZ80第2章 高频电路基础 噪声电压功率谱密度噪声电压功率谱密度 S SU U(f)(f)(自由电子每秒钟的碰撞次数自由电子每秒钟的碰撞次数)电阻器单位频带噪声功率在很宽的频率范围内均为一恒定值。电阻器单位频带噪声功率在很宽的频率范围内均为一恒定值。白噪声白噪声：单位频带内噪声电压均方值：单位频带内噪声电压均方值：单位频带内噪声电流均方值：单位频带内噪声电流均方值81第2章 高频电路基础 2)2)线性电路中的热噪声线性电路中的热噪声有两种状况：一是多个电阻的热噪声；二是热噪声通过线性网络。有两种状况：一是多个电阻的热噪声；二是热噪声通过线性网络。有两种状况：一是多个电阻的热噪声；二是热噪声通过线性网络。有两种状况：一是多个电阻的热噪声；二是热噪声通过线性网络。多个电阻的热噪声多个电阻的热噪声 设两个电阻上的噪声电势设两个电阻上的噪声电势u un1n1、u un2n2是统计独立的，即互不相关的。是统计独立的，即互不相关的。只要各噪声源是相互独立的，则总的噪声听从均方叠加原则。只要各噪声源是相互独立的，则总的噪声听从均方叠加原则。结论：结论：82第2章 高频电路基础 热噪