(2)--第2章 高频电路基础高频电子线路.pdf
高频电子线路第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 2.1 1 高频电路中的高频电路中的元器件元器件2.2 2.2 高频电路中的高频电路中的组件（组件（重点重点）2.3 2.3 阻抗变换阻抗变换与与阻抗匹配（阻抗匹配（重点重点）2.4 2.4 电子噪声与接收灵敏度电子噪声与接收灵敏度2.5 2.5 非线性失真与动态范围非线性失真与动态范围2.6 2.6 高频电路的电磁兼容高频电路的电磁兼容高频电子线路第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与在低频电路中使用的元器件与在低频电路中使用的元器件基本相同基本相同,但要注意在高频但要注意在高频使用时的使用时的高频特性高频特性。2.1.1 2.1.1 高频电路中的无源元件高频电路中的无源元件电阻电阻、电容电容、电感电感（1）电阻器电阻器低频时：电阻特性低频时：电阻特性高频时：电阻特性高频时：电阻特性、电抗特性电抗特性高频特高频特性性LRCRRCR分布电容分布电容LR引线电感引线电感R电阻电阻高频电子线路第2章高频电路基础电阻分布电容越电阻分布电容越小小，引线电感越引线电感越小小，其高频特性越其高频特性越好好金属膜电阻金属膜电阻 碳膜电阻碳膜电阻 线绕电阻线绕电阻表面贴装电阻表面贴装电阻 引线电阻引线电阻小尺寸电阻小尺寸电阻 大尺寸电阻大尺寸电阻频率越频率越高高，电阻的高频特性越电阻的高频特性越明显明显高频电子线路第2章高频电路基础损耗一般用品质因数损耗一般用品质因数QC和损耗角和损耗角表示：表示：L LC C 分布电感、极间电感分布电感、极间电感R RC C 极间绝缘电阻极间绝缘电阻C理想电容理想电容器器实际电容器实际电容器高频时高频时CRCCUIUIUIUIQtan1tancossin=电阻耗能电容储能（2）电容器电容器等效电路：等效电路：在高频电路中在高频电路中，电容损耗可以忽略不计电容损耗可以忽略不计，在在微波微波波段波段，电容损耗必须考虑电容损耗必须考虑高频电子线路第2章高频电路基础小型云母电容器：小型云母电容器：250MHZ圆片型瓷介电容器：圆片型瓷介电容器：300MHZ圆管型瓷介电容器：圆管型瓷介电容器：200MHZ圆盘型瓷介：圆盘型瓷介：3000MHZ小型纸介电容器：小型纸介电容器：80MHZ中型纸介电容器：中型纸介电容器：8MHZ不同类型电容器的不同类型电容器的最高使用频率最高使用频率：高频电子线路第2章高频电路基础损耗电阻：直流电阻损耗电阻：直流电阻、交流电阻交流电阻（主要的主要的，涡流损耗涡流损耗、磁滞损耗磁滞损耗）分布电容：各匝之间分布电容：各匝之间，匝与地之间匝与地之间自身谐振频率自身谐振频率SRF：在在SRF上上,阻抗幅值最大，相角为零阻抗幅值最大，相角为零LLRLQ=在实际应用中在实际应用中，常用品质因数常用品质因数Q表示表示损耗损耗（3）电感电感Rac Rac 绕组铜损的电阻绕组铜损的电阻Rc Rc 磁心损耗的等效电阻磁心损耗的等效电阻C C 分布电容分布电容高频电子线路第2章高频电路基础2 2高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件二极管二极管、晶体管晶体管、场效应管场效应管（1）二极管二极管表面势垒二极管表面势垒二极管、点接触式二极管点接触式二极管、变容二极管变容二极管检波检波、调制调制、解调解调、混频混频 非线性变换电路非线性变换电路又称肖特基二极管（又称肖特基二极管（Schottky Barrier Diode，SBD）以贵金属（金、银、铝、铂等）为正极，以以贵金属（金、银、铝、铂等）为正极，以N型半导体为负极。型半导体为负极。点接触式二极管点接触式二极管：100200MHZ用于高频大电流整流二极管、续流二极管或保护二极管用于高频大电流整流二极管、续流二极管或保护二极管表面势垒二极管表面势垒二极管：微波波段微波波段，300MHZ以上以上，工作频率可达工作频率可达100GHz高频电子线路第2章高频电路基础接触面小不能通过大电流接触面小不能通过大电流，只适合于小信号的检波只适合于小信号的检波、整流整流、调制调制、混频和限幅混频和限幅，一般用于振荡电路中，以取代传统的可变电容，达到调频目的。一般用于振荡电路中，以取代传统的可变电容，达到调频目的。变容二极管：变容二极管：是利用是利用PN结电容随外加反向偏压变化的特性制成结电容随外加反向偏压变化的特性制成。在零偏压时在零偏压时，结电容最大结电容最大，临近击穿时临近击穿时，结电容最小结电容最小。高频电子线路第2章高频电路基础（2）晶体管与场效应管晶体管与场效应管（FET）特点特点（和低频相比和低频相比）：工作原理相同：工作原理相同，性能好性能好在外形结构方面也有所不同在外形结构方面也有所不同高频晶体管：高频晶体管：特征频率大于特征频率大于30MHZ高频小功率管：小信号放大高频小功率管：小信号放大，要求高增益要求高增益、低噪声低噪声高频功率放大管：功率放大高频功率放大管：功率放大，要求有较大的输出功率要求有较大的输出功率一般情况下一般情况下，硅管大多数是高频管硅管大多数是高频管，锗管大多数是低锗管大多数是低频管频管。（3）集成电路集成电路通用型通用型、专用型专用型高频电子线路第2章高频电路基础2 2.2 2高频电路中的组件高频电路中的组件主要组件主要组件:a)a)高频振荡高频振荡（谐振谐振）回路回路（重点重点）b)b)高频变压器和传输线变压器高频变压器和传输线变压器（部分重点部分重点）c)c)石英晶体谐振器石英晶体谐振器（重点重点）d)d)滤波器滤波器、高频衰减器高频衰减器（自学自学）主要功能主要功能：a)a)信号的传输信号的传输b)b)频率选择频率选择c)c)阻抗变换阻抗变换高频电子线路第2章高频电路基础分类：分类：a)串联振荡回路串联振荡回路b)并联振荡回路并联振荡回路c)抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路d)耦合振荡回路耦合振荡回路（了解了解）2 2.2 2.1 1 高频振荡回路高频振荡回路（重点重点）定义：定义：由由电感电感和和电容电容串联或并联形成的回路串联或并联形成的回路LC谐振回路谐振回路最为常用的无最为常用的无源网络源网络简单振荡回路简单振荡回路（单振荡回路单振荡回路）功能：功能：a)阻抗变换阻抗变换、信号选择信号选择（工作在谐振状态工作在谐振状态）高频小信号放大器高频小信号放大器、高频功率放大器高频功率放大器的输出回路的输出回路b)频幅转换频幅转换、频相转换频相转换（工作在失谐状态工作在失谐状态）斜率鉴频斜率鉴频、相位鉴频电路相位鉴频电路高频电子线路第2章高频电路基础1 1）串联谐振回路）串联谐振回路损耗电阻，损耗电阻，通常很通常很小小)1(1CLjrCjLjrZS+=+=回路阻抗：回路阻抗：电路结构：电路结构：CLX1=纯阻性纯阻性rZXLCs=,0,10高频电子线路第2章高频电路基础rCL1arctan=221+=CLrZS相移为零相移为零0,10=LC阻抗最小阻抗最小rZLCs=,10高频电子线路第2章高频电路基础0LC10=用于信号选择用于信号选择谐振频率谐振频率:谐振时的信号频率谐振时的信号频率谐振电阻：谐振电阻：回路谐振时的电阻值回路谐振时的电阻值0R谐振电流：谐振电流：回路谐振时流过的电流回路谐振时流过的电流rR=0rURUI=000I谐振特性：谐振特性：串联振荡回路信号为串联振荡回路信号为时：时：（1）回路的回路的电抗为零电抗为零、纯阻性纯阻性、相移为零相移为零、阻抗值最小阻抗值最小（2）流过电路的流过电路的电流最大电流最大（3）电流电压同相电流电压同相0高频电子线路第2章高频电路基础串联回路谐振时的串联回路谐振时的电流电流、电压电压关系：关系：UL.UC.0U.I0.00RUrUI=0ILjUL=CjIUc0=Q UUUCL=高频电子线路第2章高频电路基础谐振曲线：谐振曲线：回路两端回路两端电压信号电压信号幅值不变，从小到大改变频率，幅值不变，从小到大改变频率，回路电流与谐振回路电流与谐振电流之比的模电流之比的模随频率变化的曲线。随频率变化的曲线。00000002020022)(2)(ff=+=200200)(11+=QIIIICrrLQ001=令：令：)(11000+=jQII品质因数品质因数高频电子线路第2章高频电路基础特点：特点：品质因数越大，曲线越尖锐，带宽越窄，回路选择性越好品质因数越大，曲线越尖锐，带宽越窄，回路选择性越好HL通频带通频带20020)(11+=QII211+回路带宽回路带宽：QffB0707.02=)(2000=QffQ广义失谐：广义失谐：高频电子线路第2章高频电路基础负载负载在实际选频应用时在实际选频应用时，串联回路适合于信号源和负载串联回路适合于信号源和负载串联连接串联连接，使使有用信号有用信号通过回路有效地传送给负载通过回路有效地传送给负载。串联谐振回路的选频应用串联谐振回路的选频应用串联振荡回路两端输入串联振荡回路两端输入幅值相同幅值相同、频频率不同率不同的多种的多种电压信号时电压信号时，只有频率只有频率在通频带内部的信号在回路中产生的在通频带内部的信号在回路中产生的电流较大电流较大。高频电子线路第2章高频电路基础内容小结内容小结：1）电路结构电路结构、阻抗特性阻抗特性3）谐振特性谐振特性、谐振时电压电流关系谐振时电压电流关系4）谐振曲线谐振曲线5）选频应用选频应用讨论：讨论：1）串联谐振回路中串联谐振回路中，哪些参数反映回路本身特性哪些参数反映回路本身特性，只只和回路的本身结构有关和回路的本身结构有关？2）串联电路接负载后串联电路接负载后，回路哪些参数可能回路哪些参数可能 发生变化发生变化，怎样变化怎样变化？高频电子线路第2章高频电路基础2 2）并联谐振回路并联谐振回路)()(11)(jXRCjLjrCjLjrZP+=+=回路阻抗：回路阻抗：电路结构：电路结构：,0)(00=X时，当 0最大，时，当PZ20111QLC=呈纯阻性，)(0RZP=rLQ=)1(1QLC高频电子线路第2章高频电路基础CjLjrCjLjrZP11)(+=CjLjrCjrrLj1)1(+=CjLjrCLZP1+1=rLQ因为：因为：LjCjLCr11+=2211+=CLLCrZP串并转换串并转换等效等效电路电路0max1RCrLZZLCPP=最大，为纯阻性，且时，当CrLR=0很大很大高频电子线路第2章高频电路基础谐振电阻：谐振电阻：LQCQCrLR000=谐振特性：谐振特性：在并联振荡回路输入信号的频率为在并联振荡回路输入信号的频率为时时（1）回路的回路的阻抗最大阻抗最大、纯阻性纯阻性（2）回路两端回路两端电压最大电压最大（3）电流电流、电压电压同相同相LC10=谐振频率：谐振频率：000001CRCrrLQ=品质因数：品质因数：0高频电子线路第2章高频电路基础并联回路谐振时的电流、并联回路谐振时的电流、电压关系：电压关系：IL.IC.0I.U.0RIU=LjUIL.=.UCjIC=Q IIICL=高频电子线路第2章高频电路基础202001)2(1+=+=RQRZparctan)2arctan(0=QZ220011)2(11+=+=QRZpQffB02=)(1100+=+=jQCrLCjLjrCLZp谐振曲线：谐振曲线：回路回路任意频率下阻抗任意频率下阻抗与与谐振电阻谐振电阻之比的模随之比的模随频率频率变变化的曲线。化的曲线。000211RRjjQ=+LH通频带通频带高频电子线路第2章高频电路基础在实际选频应用时在实际选频应用时，并联并联回路适合与信号源和负载回路适合与信号源和负载并联连接并联连接，使使有用信号有用信号在在负载上的电流振幅最大负载上的电流振幅最大。并联谐振回路选频应用：并联谐振回路选频应用：串联振荡回路输入串联振荡回路输入幅值相同幅值相同、频率频率不同不同的的电流信号时电流信号时，只有频率在通只有频率在通频带内部的信号在回路两端产生的频带内部的信号在回路两端产生的电压较大电压较大。高频电子线路第2章高频电路基础2）并联电路接信号源与负载后并联电路接信号源与负载后，回路哪些参数可能发生回路哪些参数可能发生变化变化，怎样变化怎样变化？讨论：讨论：1）并联谐振回路参数中并联谐振回路参数中，哪些是反映回路本身特性哪些是反映回路本身特性，只和回路本身结构有关只和回路本身结构有关？内容小结内容小结：1）电路结构电路结构2）特性参数特性参数3）谐振时电压电流关系谐振时电压电流关系4）谐振特性与谐振曲线谐振特性与谐振曲线5）选频应用选频应用高频电子线路第2章高频电路基础例例 2 2-1 1设一放大器以简单并联振荡回路为负载设一放大器以简单并联振荡回路为负载,信号中心信号中心频率频率fs=10MHz,回路电容回路电容C=50 pF,(1)试计算所需的线圈电感值试计算所需的线圈电感值。(2)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试计算回路谐振电阻及回路带宽及回路带宽。(3)若放大器所需的带宽若放大器所需的带宽B=0.5 MHz,则应在回路上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并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求?解解：（1）计算计算L值值CfCL20220)2(11=高频电子线路第2章高频电路基础将将f0以兆赫兹以兆赫兹(MHz)为单位为单位,以皮法以皮法(pF)为单位为单位,L以微亨以微亨（H）为单位为单位，上式可变为一实用计算公式上式可变为一实用计算公式:CfCfL20620225330101)21(=将将f0=fs=10 MHz代入代入,得得=uL07.5（2）回路谐振电阻和带宽回路谐振电阻和带宽67001007.5102100=LQR回路带宽为回路带宽为kHzQfB1000=k8.31高频电子线路第2章高频电路基础（3）求满足求满足0.5 MHz带宽的并联电阻带宽的并联电阻此时要求的带宽此时要求的带宽B=0.5 MHz,故故回路总电阻为回路总电阻为设回路上并联电阻为设回路上并联电阻为R1,并联后的总电阻为并联后的总电阻为R1R0,回路有载品质因数为回路有载品质因数为QL。由带宽公式有由带宽公式有BfQL0=20=LQ=+kLQRRRR37.61007.5102206701010需要在回路上并联需要在回路上并联7.97 k的电阻。的电阻。=kRRR97.737.637.6001高频电子线路第2章高频电路基础2.2.抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路概念：激励源概念：激励源或或负载负载与回路与回路电感电感或或电容电容部分连接部分连接的的并联振荡并联振荡回路回路激励源激励源与与电电感感部分连接部分连接负载负载与与电感电感部分连接部分连接负载负载与与电容电容部分连接部分连接激励源激励源与与电电感感部分连接部分连接负载负载与与电容电容部分连接部分连接激励源激励源与与电电容容部分连接部分连接高频电子线路第2章高频电路基础功能功能：频率选择频率选择阻抗变换：阻抗变换：1）使信号源内阻和回路阻抗匹配使信号源内阻和回路阻抗匹配2）减小信号源和负载对谐振回路的影响）减小信号源和负载对谐振回路的影响接入系数：接入系数：与外电路相连的那与外电路相连的那部分电抗部分电抗与本回路参与与本回路参与分压的同性质分压的同性质总电抗总电抗之比之比 p与外电路相连的那部分电抗上的电压与本与外电路相连的那部分电抗上的电压与本回路参与分压的同性质总电抗上的回路参与分压的同性质总电抗上的电压之比电压之比TUUp=高频电子线路第2章高频电路基础接入系数与阻抗变换公式接入系数与阻抗变换公式:图（图（a）：）：),(11忽略互感回路，高IIQLLLIjILjUUpLLLT=接入系数：接入系数：RURUT22202=0202)(RpRUURT=（）输入端等效电阻：输入端等效电阻：R1R思考？思考？高频电子线路第2章高频电路基础图（图（b）：）：2112121211CCCCCCCCUUpT+=+=接入系数：接入系数：0202)(RpRUURT=输入端等效电阻：输入端等效电阻：1R思考？思考？R高频电子线路第2章高频电路基础谐振时的回路电流谐振时的回路电流I IL L与与I I的比值的比值要小些要小些,而不再是而不再是Q。pQIIL=pIIT=电流源折合：电流源折合：TLQII=信号源折合：信号源折合：UpUT1=电压源折合：电压源折合：适合于信号源与谐振回路部分连接的情况适合于信号源与谐振回路部分连接的情况（图图2-9 a、b、c）讨论：抽头并联谐振回路谐振频率讨论：抽头并联谐振回路谐振频率、品质因素品质因素、带宽怎么计算带宽怎么计算？高频电子线路第2章高频电路基础例例 2 2-2 2如图如图2 11，抽头回路由电流源激励抽头回路由电流源激励,忽略回路本身忽略回路本身的固有损耗的固有损耗,试求回路两端电压试求回路两端电压u(t)的表示式及的表示式及回路带宽回路带宽。C2C12000 pF500R12000 pF10 HLiIcos 107tI1 mAu1(t)高频电子线路第2章高频电路基础由于忽略了回路本身的固有损耗由于忽略了回路本身的固有损耗,因此：因此：QpFCCCCC10002121=+=谐振角频率为谐振角频率为：sradLC/10170=电阻电阻R1的接入系数：的接入系数：5.0211=+=CCCp回路电容为：回路电容为：0R回路谐振,0=RZP=解：解：高频电子线路第2章高频电路基础输出电压为输出电压为：回路有载品质因数回路有载品质因数：回路带宽回路带宽：2010020000=LRQL=2000112RpRtVtputu7110cos)()(=回路两端电压回路两端电压u(t)：sradQBL/10550=tVtViRtu773310cos210cos10102)(=等效到回路两端的电阻为：等效到回路两端的电阻为：=2000112RpR高频电子线路第2章高频电路基础抽头并联谐振回路小结：抽头并联谐振回路小结：阻抗变换：阻抗变换：TTZpZRpR22=TTIpIpUU1=信号源折合：信号源折合：计算分析计算分析：通过：通过阻抗变换阻抗变换和和信号源折合信号源折合转换成转换成简单并联谐振简单并联谐振回路回路，再进行计算分析再进行计算分析功能功能：频率选择频率选择阻抗变换：阻抗变换：1）使信号源内阻和回路阻抗匹配使信号源内阻和回路阻抗匹配2）减小信号源和负载对谐振回路的影响）减小信号源和负载对谐振回路的影响高频电子线路第2章高频电路基础概念：概念：两个两个互相耦合的互相耦合的振荡回路振荡回路,也称为也称为双调谐回路双调谐回路。接有激励信号源的回路接有激励信号源的回路初级回路初级回路与负载相接的回路与负载相接的回路次级回路次级回路（负载回路负载回路）互感耦合回路：互感耦合回路：电容耦合回路：电容耦合回路：初级回路初级回路次级回路次级回路初级回路初级回路次级回路次级回路3 3.耦合振荡回路耦合振荡回路功能：功能：阻抗变换；获得比简单振荡回路更好的频率特性阻抗变换；获得比简单振荡回路更好的频率特性高频电子线路第2章高频电路基础应用条件：应用条件：两个回路都对信号频率调谐；都为高两个回路都对信号频率调谐；都为高Q Q回路回路1CjIE=原理和特性（以原理和特性（以互感耦合回路互感耦合回路为例）：为例）：11111RILjCjILjII+=111111ICRLILjCjICjI+=1r对次级回路：并串转换（对次级回路：并串转换（见书见书P.38P.383939）主要分析：转移阻抗特性主要分析：转移阻抗特性IUZ=221对初级回路：对初级回路：高频电子线路第2章高频电路基础22222ZZZMZmf=次级回路对初级回路反射阻抗次级回路对初级回路反射阻抗00002)(=QrL初级串联阻抗：初级串联阻抗：引入引入广义失谐：广义失谐：)1(11jrZ+=)1(22jrZ+=次级串联阻抗：次级串联阻抗：转移阻抗为转移阻抗为EICCECjICjIUZ=22121222211121212ZZIZMjIIm=考虑次级的反映阻抗考虑次级的反映阻抗,则：则：()22111ZMjIZIE=21212LLMLLMk=耦合系数：耦合系数：耦合因子耦合因子：kQA=1CjIE=)()(221111ZZZIZZImf=+=高频电子线路第2章高频电路基础经简化得转移阻抗：经简化得转移阻抗：jAACQjZ2122021+=2222max21214)1(2+=AAZZQQQCCCLLL=212121 ,令：欠耦合欠耦合过耦合过耦合临界耦合临界耦合Qk10=A=A=1 1时，临界耦合系数：时，临界耦合系数：归一化转移阻抗：归一化转移阻抗：01kkA 时，01kkA 时，高频电子线路第2章高频电路基础4max21214111+=ZZ临界耦合时：临界耦合时：2=时，当707.0max2121ZZQfQffB0007.0222=QfQffB0001.05.422=15.37.01.01.0=BBKr矩形系数矩形系数:时，当1.0max2121=ZZ5.4=临界耦合临界耦合并联谐振回路和串联回并联谐振回路和串联回路的路的Kr0.1=9.96高频电子线路第2章高频电路基础工作原理：工作原理：同低频变压器同低频变压器，靠磁通交链靠磁通交链,靠互感进行耦合靠互感进行耦合结构：结构：1 1）采用导磁率采用导磁率高高、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。2 2）一般用于小信号场合一般用于小信号场合,尺寸小尺寸小,线圈匝数较少线圈匝数较少。环形磁芯罐形磁芯双孔磁芯2 2.2 2.2 2 高频变压器和传输线变压器高频变压器和传输线变压器功能：功能：信号传输信号传输、阻抗变换阻抗变换、隔绝直流隔绝直流1 1.高频变压器高频变压器（工作于几十工作于几十MHzMHz以下以下）高频电子线路第2章高频电路基础电路符号：电路符号：等效电路：等效电路：L L初级励磁电感初级励磁电感L LS S 漏感漏感C CS S 分布电容分布电容低频端：低频端：L有分流作用有分流作用，LS的分压作用和的分压作用和CS分流作用可以忽略分流作用可以忽略高频端：高频端：LS起分压作用起分压作用，CS起旁路作用起旁路作用，L的旁路作用可以忽略的旁路作用可以忽略为了展宽高频范围为了展宽高频范围，应尽量减少应尽量减少LS和和CS，即减少初级线圈匝即减少初级线圈匝数数，但但L也迅速减小也迅速减小，低频响应变差低频响应变差。解决办法：解决办法：可采用导磁率高的磁芯可采用导磁率高的磁芯，在减小匝数的同时保持在减小匝数的同时保持励磁电感励磁电感L的值的值。高频电子线路第2章高频电路基础设：设：1 1）初级为两个等匝数的线圈串联初级为两个等匝数的线圈串联,极性相同极性相同2 2）初次级匝比初次级匝比 n=N1/N2。电路图：电路图：线圈间的电压电流关系：线圈间的电压电流关系：321nUUU=)(213IInI+=典型应用：典型应用：作四端口器件应用作四端口器件应用中心抽头变压器（中心轴变压器）：中心抽头变压器（中心轴变压器）：概念：概念：具有具有中心抽头中心抽头的的三绕组三绕组高频变压器，高频变压器，可实现多个输入信号的相加或相减可实现多个输入信号的相加或相减作为理想变压器看待时：作为理想变压器看待时：高频电子线路第2章高频电路基础概念：概念：利用绕制在磁环上的传输线而构成的高频变压器利用绕制在磁环上的传输线而构成的高频变压器。典型的结构：典型的结构：电路图：电路图：2 2.传输线变压器传输线变压器（工作于几百工作于几百MHz)MHz)特点：特点：高频专用高频专用，工作频率高工作频率高，工作频带宽工作频带宽功能：功能：阻抗变换阻抗变换、信号传输信号传输高频电子线路第2章高频电路基础1 1）变压器工作方式）变压器工作方式注意：注意：在传输线的实际应用时，通常两种方式同时存在在传输线的实际应用时，通常两种方式同时存在电路：电路：特点：特点：两线圈端（两线圈端（1、2与与3、4）有同相的电压）有同相的电压工作方式：工作方式：传输线工作方式、变压器工作方式传输线工作方式、变压器工作方式高频电子线路第2章高频电路基础特点：特点：a.在传输线的任一点上，两导线上的电流大小相等，在传输线的任一点上，两导线上的电流大小相等，方向相反方向相反b.R RL与与Z ZC C相等而匹配时，两导线间的电压沿线均匀分相等而匹配时，两导线间的电压沿线均匀分布，有最大的传输带宽布，有最大的传输带宽2 2）传输线工作方式）传输线工作方式原理电路：原理电路：原理：原理：利用导线间的利用导线间的分布电容分布电容和和分布电感分布电感组成的组成的电磁波电磁波传输系传输系统统v1=v2=vi1=i2=i高频电子线路第2章高频电路基础（1 1）高频）高频1 1：1 1反相器：反相器：应用举例：应用举例：a）高频反相器高频反相器b）不平衡不平衡平衡变换器平衡变换器，平衡平衡不平衡变换器不平衡变换器c）1 14 4 阻抗变换器阻抗变换器、4 41 1阻抗变换器阻抗变换器d）3 3 分贝耦合器分贝耦合器高频电子线路第2章高频电路基础（2 2）对称对称不对称变换不对称变换将将对地对称的双端对地对称的双端输输入信号转换为入信号转换为对地不对称对地不对称的单端的单端输出信号输出信号（3 3）不对称不对称对称变换对称变换将将对地不对称的单对地不对称的单端端输入信号转换为输入信号转换为对地对地对称的双端对称的双端输出信号输出信号高频电子线路第2章高频电路基础（4 4）4 4：1 1 阻抗变换器阻抗变换器（5 5）1 1：4 4 阻抗变换器阻抗变换器高频电子线路第2章高频电路基础2.3 2.3 阻抗变换与阻抗匹配阻抗变换与阻抗匹配若若RSRL，阻抗不匹配阻抗不匹配，传输效率不高传输效率不高信号源信号源/前级单元电路前级单元电路负载负载/后级单元电路后级单元电路RS（RO）RL（Ri）RL（Ri）若若RS=RL，阻抗匹配阻抗匹配，传输效率高传输效率高信号源信号源/前级单元电路前级单元电路负载负载/后级单元电路后级单元电路RS（ZO）RL（Ri）阻抗变换阻抗变换网络网络高频电子线路第2章高频电路基础2 2.3 3.1 1 振荡回路阻抗变换振荡回路阻抗变换抽头并联抽头并联谐振回路：适合于谐振回路：适合于高高Q时；时；耦合耦合谐振回路：通过改变谐振回路：通过改变M，改变改变Zf，从而从而改改变初级谐振回路的阻抗变初级谐振回路的阻抗2 2.3 3.2 2 LCLC网络阻抗变换网络阻抗变换(重点介绍重点介绍)2 2.3 3.3 3 高频高频变压器阻抗变换变压器阻抗变换传输线变压器阻抗变换传输线变压器阻抗变换2 2.3 3.4 4 电阻网络阻抗变换电阻网络阻抗变换具有滤波能力具有滤波能力窄带窄带无滤波能力无滤波能力需加滤波网络需加滤波网络宽带宽带高频电子线路第2章高频电路基础1 1.串串并联等效转换公式并联等效转换公式2 2.3 3.2 2 LCLC网络阻抗变换网络阻抗变换品质因数：品质因数：SSSRXQ=PPPXRQ=主要分析的问题：主要分析的问题：RP、XP、QP与与 XS、RS、QS之间的关系之间的关系等效原则：变换前后电路总等效原则：变换前后电路总阻抗不变：阻抗不变：)()(jZjZps=高频电子线路第2章高频电路基础要使要使ps，必须满足：必须满足：SSSPRXRR22+=SSPPjXRjXR+=+111SSSPXXRX22+=PPPXRQ=品质因数相等品质因数相等)1(2QRRSP+=)11(2QXXSP+=时在1QSPRR SPXX 电阻电阻、电抗之间的电抗之间的关系关系SSSQRX=高频电子线路第2章高频电路基础2 2.L L型匹配网络型匹配网络L L-I I 型：型：负载电阻负载电阻与与网络电抗网络电抗并联并联L L-IIII型：型：负载电阻负载电阻与与网络电抗网络电抗串联串联L L-IIII型型由由两个性质相异的电抗两个性质相异的电抗元件组成元件组成L L-I I型型LCLC网络网络有有3 3种类型：种类型：L L型型、T T型型、IIII型型高频电子线路第2章高频电路基础L L-I I 型匹配网络：型匹配网络：要分析的问题：要分析的问题：已知已知 R Rs s(R Re e)、R RL L，怎样选择，怎样选择 X XS S、X XP P，才能达，才能达到匹配要求到匹配要求匹配要求：匹配要求：（1）匹配后的负载电阻等于信号源内阻匹配后的负载电阻等于信号源内阻,即即:R Re e=R Rs s（2）匹配后的网络匹配后的网络对工作频率谐振对工作频率谐振信信号号源源Re匹配后的负载电阻匹配后的负载电阻设：设：RL负载电阻负载电阻RS信号源内阻信号源内阻当当RSRL时时，采用采用L-I型网络匹配型网络匹配高频电子线路第2章高频电路基础1=eLRRQ)(eLeeSRRRQRX=LeLLLPRRRRQRX=)1(2QRRSL+=SSXX=eSRR=由匹配要求由匹配要求，应有：应有：由由得出：得出：SSRXQ=由由得出：得出：PLXRQ=由由得出：得出：Re匹配后的负载电阻匹配后的负载电阻L L-I I型网络适合于型网络适合于RSRL时时，采用采用L-II型网络匹配型网络匹配要分析的问题：要分析的问题：已知已知 R Rs s(R Re e)、R RL L，怎样选择，怎样选择X XS S、X XP P，才能达到，才能达到匹配要求匹配要求.高频电子线路第2章高频电路基础1=LeRRQ)(LeLLSRRRQRX=LeLeePRRRRQRX=)1(2QRRLP+=PPXX=ePRR=由匹配的要求由匹配的要求，应有：应有：由由得出：得出：LSRXQ=由由得出：得出：PPRQX=由由得出：得出：Re匹配后的负载电阻匹配后的负载电阻L L-IIII型网络适合于型网络适合于ReRL的情况的情况Re串并转换串并转换)1(2QRRLe+=高频电子线路第2章高频电路基础由由三个电抗三个电抗元件元件(两个同性质两个同性质，一个异性质一个异性质)组成组成2 2.T T 和和型匹配网络型匹配网络T T型型型型1）网络的结构受信号源内阻和负载电阻的大小关系的影响）网络的结构受信号源内阻和负载电阻的大小关系的影响2）品质因数）品质因数Q不可控，不能兼顾滤波要求不可控，不能兼顾滤波要求L型网络的特点：型网络的特点：高频电子线路第2章高频电路基础1/)1()1(2211+=eLLLpRQRQRQRX2121pppppXXXXX+=LsRXQ2=1)1(211+=eLeesRQRRRQXQQRQRXLep)1(22+=T T型匹配网络：型匹配网络：R Re e)1(2QRRRLLe+=R Re e)(LeRRL L-IIII型型L L-I I型型对对L L-I I型：型：对对L L-IIII型：型：1)1(121+=eLeLRQRRRQ高频电子线路第2章高频电路基础R Re e型匹配网络：型匹配网络：L L-IIII型型L L-I I型型)(LeRR1peXRQ=1/)1(212+=eLLLpRQRRQRX1/)1(12212+=eLeesRQRQRRQX对对L L-IIII型：型：21 QRRReLe+=eLsRQQRQX211+=对对L L-I I型：型：1)1(121+=eLeLRQRRRQ222111/)1(QRQRQRXXXeLesss+=+=R Re e高频电子线路第2章高频电路基础1）网络的结构不受信号源内阻和负载电阻的大小关系的影响。）网络的结构不受信号源内阻和负载电阻的大小关系的影响。2）品质因数）品质因数Q是可控的，可满足不同的带宽要求，兼顾滤波是可控的，可满足不同的带宽要求，兼顾滤波要求要求T型和型和型网络的特点：型网络的特点：高频电子线路第2章高频电路基础例例 已知某电阻性负载为已知某电阻性负载为10，请设计一个匹配网络请设计一个匹配网络，使该负使该负载在载在20MHz时转换为时转换为50。如负载由如负载由10电阻和电阻和0.2H电感串电感串联组成联组成，又该怎样设计匹配网络又该怎样设计匹配网络?解：解：由题意可知由题意可知，ReRL，故采用故采用L-型网络：型网络：=20)1050(10SX=2510501050PX由式由式(2-52b),(2-52c)求得所需电抗值：求得所需电抗值：信信号号源源Re匹配后的负载电阻匹配后的负载电阻)(LeLLSRRRQRX=LeLeePRRRRQRX=高频电子线路第2章高频电路基础uHwXLSS16.010202206=PFXwCPP3182510202116=由由0.16H电感和电感和318pF电容组成的电容组成的L-型匹配网络：型匹配网络：高频电子线路第2章高频电路基础如负载为如负载为10电阻和电阻和0.2 H电感相串联：电感相串联：pFXXwCL15601.51020211622=XL=L=2201060.210-6=25.1 XL+XS=XS XS=XS-XL=20-25.1=-5.1 0.2H电感在电感在20MHz时的电抗值为：时的电抗值为：高频电子线路第2章高频电路基础由由1560pF和和318pF两个电容组成两个电容组成，这是因为负载电感量这是因为负载电感量太大太大，需要用一个电容来适当抵消部分电感量需要用一个电容来适当抵消部分电感量。在在20MHz处处，1560 pF电容和电容和0.2H电感串联后的等效电抗值电感串联后的等效电抗值与与0.16 H电感的电抗值相等电感的电抗值相等。高频电子线路第2章高频电路基础（1）石英晶体）石英晶体 SiO2结晶体结晶体（2）晶片）晶片天然或人工生成的天然或人工生成的石英晶体切片石英晶体切片2 2.2 2.3 3 石英晶体谐振器石英晶体谐振器1 1.石英晶体石英晶体(Quartz-Crystal)谐振器的构成谐振器的构成高频电子线路第2章高频电路基础在晶片的两面制作电极在晶片的两面制作电极将电极与底座的插脚相连将电极与底座的插脚相连最后以最后以金属壳或玻璃壳封装金属壳或玻璃壳封装电路符号电路符号高频电子线路第2章高频电路基础压电效应：压电效应：晶体发生机械形变晶体发生机械形变对应表面产生正、负荷，呈对应表面产生正、负荷，呈现出电压。现出电压。反压电效应：反压电效应：给晶片施加电场，晶片将延伸或压缩，发生形变给晶片施加电场，晶片将延伸或压缩，发生形变谐振原理：谐振原理：在晶体两端加交变电压在晶体两端加交变电压晶体会发生周期性振动晶体会发生周期性振动 电荷的周期性变化电荷的周期性变化交流电流流过晶体。交流电流流过晶体。2 2.谐振原理谐振原理压电效应压电效应、反压电效应反压电效应固有谐振频率：固有谐振频率：晶体是弹性固体晶体是弹性固体，对于某一种振动方式对于某一种振动方式，有一有一个机械的谐振频率个机械的谐振频率。与切割方位与切割方位、形状形状、大小有关大小有关，且十分稳且十分稳定定。高频电子线路第2章高频电路基础共振现象：共振现象：当当高频交流电压高频交流电压加于晶片两端时加于晶片两端时，晶片将随交变信号的变化而产生晶片将随交变信号的变化而产生机机械振动械振动，当其振荡频率与晶片固有振荡当其振荡频率与晶片固有振荡频率相等频率相等时时，机械机械振动幅度最大振动幅度最大，流过晶片的流过晶片的电流最大电流最大，产生电能和机械能的转换产生电能和机械能的转换，在电路上表现出在电路上表现出电谐振电谐振。多谐性：多谐性：石英晶片的共振具有多谐性，即除可以石英晶片的共振具有多谐性，即除可以基频共振基频共振外，还可以外，还可以谐频共振谐频共振，通常把利用晶片的基频共振的谐振器称为通常把利用晶片的基频共振的谐振器称为基频（基音）谐振器基频（基音）谐振器，利用晶片，利用晶片谐频共振的谐振器称为谐频共振的谐振器称为泛音谐振器泛音谐振器。30MHz30MHz以下以下的晶体工作在的晶体工作在基音基音上上30MHz30MHz以上以上的静态工作在的静态工作在泛音泛音上（上（3 3、5 5、7 7次泛音）次泛音）频率越高，晶片越薄，越容易振碎频率越高，晶片越薄，越容易振碎高频电子线路第2章高频电路基础谐振频率附近谐振频率附近的等效电路的等效电路串并联的振荡回路串并联的振荡回路C0：晶体作为电介质的：晶体作为电介质的静态电容，静态电容，大约大约2 5 pFrq：机械摩擦和空气阻尼引起的损耗：机械摩擦和空气阻尼引起的损耗，动态电阻动态电阻，很小很小Lq
