第1章高频电路基础精选文档.ppt

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1、第1章高频电路基础本讲稿第一页，共三十八页1.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件各种高频电路基本上是由有源器件、无源元件和无源网络组成的。高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,但要注意它们在高频使用时的高频特性。高频电路中的元件主要是电阻(器)、电容(器)和电感(器),它们都属于无源的线性元件。1 高频电路中的无源元件高频电路中的无源元件1）电阻一个实际的电阻器,在低频时主要表现为电阻特性,本讲稿第二页，共三十八页但在高频使用时不仅表现有电阻特性的一面,而且还表现有电抗特性的一面。电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性。一个电阻R的高频等效电路如图11所示,其中,CR为

2、分布电容,LR为引线电感,R为电阻。图11电阻的高频等效电路本讲稿第三页，共三十八页2）电容由介质隔开的两导体即构成电容。一个电容器的等效电路却如图12（a）所示。理想电容器的阻抗1/(jC),如图12（b）虚线所示,其中,f为工作频率,=2f。图12电容器的高频等效电路(a)电容器的等效电路;（b）电容器的阻抗特性本讲稿第四页，共三十八页3）电感高频电感器与普通电感器一样,电感量是其主要参数。电感量L产生的感抗为jL,其中,为工作角频率。高频电感器也具有自身谐振频率SRF。在SRF上,高频电感的阻抗的幅值最大,而相角为零,如图13所示。图13高频电感器的阻抗特性本讲稿第五页，共三十八页2 高

3、频电路中的有源器件高频电路中的有源器件 用于低频或其它电子线路的器件没有什么根本不同。1）二极管半导体二极管在高频中主要用于检波、调制、解调及混频等非线性变换电路中,工作在低电平。2）晶体管与场效应管（FET）在高频中应用的晶体管仍然是双极晶体管和各种场效应管，这些管子比用于低频的管子性能更好,在外形结构方面也有所不同。高频晶体管有两大类型:一类是作小信号放大的高频小功率管,对它们的主要要求是高增益本讲稿第六页，共三十八页和低噪声;另一类为高频功率放大管,除了增益外,要求其在高频有较大的输出功率。3）集成电路用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成电路少得多,主要分为通用型和专用型两种

4、。本讲稿第七页，共三十八页1.2 高频电路中的组件高频电路中的组件 高频电路中的无源组件或无源网络主要有高频振荡（谐振）回路、高频变压器与滤波器等,它们完成信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。本讲稿第八页，共三十八页 1.高频振荡回路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,也是构成高频放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件,在电路中完成阻抗变换、信号选择等任务,并可直接作为负载使用。1)简单振荡回路振荡回路就是由电感和电容串联或并联形成的回路。只有一个回路的振荡电路称为简单振荡回路或单振荡回路。本讲稿第九页，共三十八页图14串联振荡回路及其特性（1）串联谐振回路图14（a）是

5、最简单的串联振荡回路。本讲稿第十页，共三十八页若在串联振荡回路两端加一恒压信号,则发生串联谐振时因阻抗最小,流过电路的电流最大,称为谐振电流,其值为（11）（12）（13）在任意频率下的回路电流与谐振电流之比为本讲稿第十一页，共三十八页(14)其模为其中,（15）（16）本讲稿第十二页，共三十八页称为回路的品质因数,它是振荡回路的另一个重要参数。根据式（16）画出相应的曲线如图15所示,称为谐振曲线。图15串联谐振回路的谐振曲线图16串联回路在谐振时的电流、电压关系本讲稿第十三页，共三十八页在实际应用中,外加信号的频率与回路谐振频率0之差=-0表示频率偏离谐振的程度,称为失谐。当与0很接近时,

6、（17）（18）令为广义失谐,则式（15）可写成(19)本讲稿第十四页，共三十八页当保持外加信号的幅值不变而改变其频率时,将回路电流值下降为谐振值的时对应的频率范围称为回路的通频带,也称回路带宽,通常用B来表示。令式（19）等于,则可推得=1,从而可得带宽为.(110)串联谐振回路适用于电源内阻为低内阻（如恒压源）的情况或低阻抗的电路（如微波电路）。本讲稿第十五页，共三十八页图17并联谐振回路及其等效电路、阻抗特性和辐角特性(a)并联谐振回路;（b）等效电路;（c）阻抗特性;（d）辐角特性并联谐振回路的并联阻抗为(111)（2）并联谐振回路本讲稿第十六页，共三十八页定义使感抗与容抗相等的频率为

7、并联谐振频率0,令Zp的虚部为零,求解方程的根就是0,可得式中,Q为回路的品质因数,有当时,。回路在谐振时的阻抗最大,为一电阻R0（112）本讲稿第十七页，共三十八页（113）（114）并联回路通常用于窄带系统,此时与0相差不大,式（113）可进一步简化为式中,=-0。对应的阻抗模值与幅角分别为（115）本讲稿第十八页，共三十八页（116）（117）图18表示了并联振荡回路中谐振时的电流、电压关系。本讲稿第十九页，共三十八页图19几种常见抽头振荡回路2)抽头并联振荡回路本讲稿第二十页，共三十八页（120）对于图19（b）的电路,其接入系数p可以直接用电容比值表示为（121）（118）（119）

8、本讲稿第二十一页，共三十八页谐振时的回路电流IL和IC与I的比值要小些,而不再是Q倍。由图110电流源的折合及（122）本讲稿第二十二页，共三十八页例例 1如图111，抽头回路由电流源激励,忽略回路本身的固有损耗,试求回路两端电压u(t)的表示式及回路带宽。（123）可得图111例1的抽头回路本讲稿第二十三页，共三十八页解解由于忽略了回路本身的固有损耗,因此可以认为Q。由图可知,回路电容为谐振角频率为电阻R1的接入系数等效到回路两端的电阻为本讲稿第二十四页，共三十八页回路两端电压u(t)与i(t)同相,电压振幅U=IR=2V,故输出电压为回路有载品质因数回路带宽本讲稿第二十五页，共三十八页3)

9、耦合振荡回路在高频电路中,有时用到两个互相耦合的振荡回路,也称为双调谐回路。把接有激励信号源的回路称为初级回路,把与负载相接的回路称为次级回路或负载回路。图112是两种常见的耦合回路。图112（a）是互感耦合电路,图112(b)是电容耦合回路。本讲稿第二十六页，共三十八页图112两种常见的耦合回路及其等效电路本讲稿第二十七页，共三十八页（124）对于图112（b）电路,耦合系数为（125）（126）本讲稿第二十八页，共三十八页（127）（128）耦合因子初次级串联阻抗可分别表示为耦合阻抗为本讲稿第二十九页，共三十八页由图112（c）等效电路,转移阻抗为(129)由次级感应电势产生,有考虑次级的

10、反映阻抗,则将上两式代入式(129),再考虑其它关系,经简化得本讲稿第三十页，共三十八页(130)根据同样的方法可以得到电容耦合回路的转移阻抗特性为（132）（131）（133）（134）本讲稿第三十一页，共三十八页图113耦合回路的频率特性(135)（136）本讲稿第三十二页，共三十八页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1）高频变压器(1)高频变压器及其特点变压器是靠磁通交链,或者说是靠互感进行耦合的。(1)为了减少损耗,高频变压器常用导磁率高、高频损耗小的软磁材料作磁芯。(2)高频变压器一般用于小信号场合,尺寸小,线圈的匝数较少。本讲稿第三十三页，共三十八页图114高频变

11、压器的磁芯结构（a）环形磁芯;(b)罐形磁芯;(c)双孔磁芯图115高频变压器及其等效电路(a)电路符号;(b)等效电路本讲稿第三十四页，共三十八页图116(a)是一中心抽头变压器的示意图。初级为两个等匝数的线圈串联,极性相同，设初次级匝比n=N1/N2。作为理想变压器看待,线圈间的电压和电流关系分别为(138)(137)图116中心抽头变压器电路（a）中心抽头变压器电路;（b）作四端口器件应用本讲稿第三十五页，共三十八页2)传输线变压器传输线变压器就是利用绕制在磁环上的传输线而构成的高频变压器。图117为其典型的结构和电路图。图117传输线变压器的典型结构和电路(a)结构示意图;（b）电路本讲稿第三十六页，共三十八页（139）（140）图118传输线变压器的工作方式(a)传输线方式;(b)变压器方式本讲稿第三十七页，共三十八页图119传输线变压器的应用举例（a）高频反相器;（b）不平衡平衡变换器;（c）14阻抗变换器(d)3分贝耦合器本讲稿第三十八页，共三十八页