高数课件.ppt

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1、第第2 2章章 高频电路基础高频电路基础 2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 2.3 电子噪声及其特性电子噪声及其特性2.4 噪声系数和噪声温度噪声系数和噪声温度 22.1 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 高频电路中使用的元器件与在低频电路中使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用的元器件基本相同，但要注意它们在高频使用时的时的高频特性高频特性。高频电路中的元件主要是高频电路中的元件主要是电阻器、电容器和电阻器、电容器和电感器，电感器，它们都属

2、于它们都属于无源的线性元件无源的线性元件。高频电路中的高频电路中的有源器件有源器件主要是主要是二极管、晶体二极管、晶体管和集成电路管和集成电路，完成信号的，完成信号的放大、非线性变换放大、非线性变换等等功能。功能。3一、高频电路中的元件一、高频电路中的元件1、高频电阻、高频电阻高频等效电路：高频等效电路：CR为分布电容，为分布电容，LR为引线电感，为引线电感，R为电阻。为电阻。分布电容和引线电感越小，表明电阻的高频特性越好。分布电容和引线电感越小，表明电阻的高频特性越好。4 频率越高，电阻器的高频特性表现越明显。频率越高，电阻器的高频特性表现越明显。电阻器的高频特性与制作电阻的材料、电阻的电阻

3、器的高频特性与制作电阻的材料、电阻的封装形式和尺寸大小有密切关系。封装形式和尺寸大小有密切关系。一般地，对高频特性一般地，对高频特性 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;表面贴装表面贴装(SMD)电阻电阻普通电阻普通电阻;小尺寸的电阻小尺寸的电阻大尺寸电阻。大尺寸电阻。52、高频电容、高频电容高频电路中常使用片状电容和表面贴装电容。高频电路中常使用片状电容和表面贴装电容。高频等效电路：高频等效电路：电阻电阻RC为极间绝缘电阻，它是由于两导体间的介质的非为极间绝缘电阻，它是由于两导体间的介质的非理想理想(非完全绝缘非完全绝缘)所致所致;电感电感LC为分布电感或为分布电感或(

4、和和)极间电感。极间电感。在高频电路中，电容的损耗可以忽略不计，但如在高频电路中，电容的损耗可以忽略不计，但如果到了微波波段，电容中的损耗就必须加以考虑。果到了微波波段，电容中的损耗就必须加以考虑。6 f 频率频率阻阻抗抗电容器阻抗特性电容器阻抗特性 每个电容器都有一个自身谐振频率。每个电容器都有一个自身谐振频率。：电容器呈正常的：电容器呈正常的电容特性电容特性，：电容器等效为一个：电容器等效为一个电感电感。73、高频电感、高频电感 主要用作主要用作谐振元件、滤波元件和阻隔元件谐振元件、滤波元件和阻隔元件（称（称为射频扼流圈为射频扼流圈 RFC）。）。电感线圈的损耗：在高频电路中是不能忽略的。

5、电感线圈的损耗：在高频电路中是不能忽略的。高频等效电路：高频等效电路：电感线圈配合磁芯可构成变压器和传输线变压器。电感线圈配合磁芯可构成变压器和传输线变压器。8Q Q 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。Q 定义：高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。定义：高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。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？品质因数品质因数 Q 9二、高频电路中的有源器件二、高频电路中的有源器件主要是：主要是：二极管二极管晶体管晶体管集成电路集成电路完成信号的放大、非线性变换完成信号的放大、非线性变换等功能。等功

6、能。101、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等非线性变换电路中，工作在低电平。电路中，工作在低电平。变容二极管变容二极管点接触式二极管、表面势垒二极管点接触式二极管、表面势垒二极管(又称肖特基二极管又称肖特基二极管)。高频中常用二极管：高频中常用二极管：特点：它们的极间电容小、工作频率高。特点：它们的极间电容小、工作频率高。特点：电容随偏置电压变化。特点：电容随偏置电压变化。112、晶体三极管与场效应管（、晶体三极管与场效应管（FET)高频功率放大管高频功率放大管 要求：除了增益外，要有较大的输出功率。要求：除了增益外，要有较大的

7、输出功率。高频晶体管有两大类型高频晶体管有两大类型:作小信号放大的作小信号放大的高频小功率管高频小功率管 要求：增益高和噪声低要求：增益高和噪声低;小信号的场效应管小信号的场效应管也能工作在同样高的频率，且噪声更低。也能工作在同样高的频率，且噪声更低。目前双极型小信号放大管，工作频率可达几千兆赫兹，目前双极型小信号放大管，工作频率可达几千兆赫兹，噪声系数为几分贝。噪声系数为几分贝。123、集成电路（、集成电路（IC)（1）目前）目前通用型通用型的宽带集成放大器，工作频率可达一二百兆的宽带集成放大器，工作频率可达一二百兆赫兹，增益可达五六十分贝，赫兹，增益可达五六十分贝，甚至更高。用于高频的晶体

8、管甚至更高。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。模拟相乘器，工作频率也可达一百兆赫兹以上。用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成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，主要分为电路少得多，主要分为通用型和专用型通用型和专用型两种。两种。（2）专用集成电路专用集成电路(ASIC):集成锁相环、集成调频信号解调集成锁相环、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。器、单片集成接收机以及电视机中的专用集成电路等。132.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。信号的传输、频率选择及阻

9、抗变换等功能。高频电路中的基本电路主要有：高频电路中的基本电路主要有：高频振荡高频振荡(谐振谐振)回路回路高频变压器高频变压器谐振器与各种滤波器谐振器与各种滤波器完成功能：完成功能：14一、高频振荡回路一、高频振荡回路 是高频电路中应用最广的无源网络，它是构成高频是高频电路中应用最广的无源网络，它是构成高频放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件。放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件。下面分下面分:简单振荡回路、简单振荡回路、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。阻抗变换、信号选择与滤波、相频转换和移相阻抗变换、信号选择与滤波、相频转换和移相等功能，并可直接作为负载使

10、用。等功能，并可直接作为负载使用。完成功能：完成功能：由由L和和C串联或并联形成的回路。串联或并联形成的回路。151、简单振荡回路、简单振荡回路只有一个回路的振荡电路。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，这是它在高这是它在高频电子线路中得到广泛应用的重要原因。频电子线路中得到广泛应用的重要原因。组成：组成：作用：作用：单振荡回路 161、简单振荡回路、简单振荡回路（1）并联谐振回路）并联谐振回路（2）串联谐振回路）串联谐振回路 17（1）并联谐振回路）并联谐振回路 振荡回路的阻抗在某一特定频率上具振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最大或最小值的特性称为谐振特性。有最大或最小

11、值的特性称为谐振特性。谐振特性：谐振特性：并联阻抗：并联阻抗：谐振条件：谐振条件：18（1）并联谐振回路）并联谐振回路(a)谐振频率谐振频率并联阻抗：并联阻抗：(b)特性阻抗特性阻抗 19并联阻抗：并联阻抗：(c)品质因数品质因数i(d)谐振阻抗谐振阻抗谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比。谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比。并联谐振回路的等效电路？并联谐振回路的等效电路？20并联谐振回路的等效电路并联谐振回路的等效电路等效电路等效电路谐振阻抗：谐振阻抗：并联阻抗：并联阻抗：21(a)谐振频率谐振频率(b)特性阻抗特性阻抗(c)品质因数品质因数(d)谐振阻抗谐振阻抗用用 r 表示表示用用

12、 R0表示表示 22并联并联回路谐振时的电流、电压关系：回路谐振时的电流、电压关系：流过流过 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90。流过流过 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90。流过流过R0的电流与回路电压同相。的电流与回路电压同相。结论：结论：通过电通过电感线圈的电流感线圈的电流 IL 或电容器的或电容器的电流电流 IC 比外部比外部电流电流 I 大得多。大得多。23（1）并联谐振回路）并联谐振回路 分析并联回路在谐振频率附近的阻抗特性：分析并联回路在谐振频率附近的阻抗特性：因为因为定义广义失谐量定

13、义广义失谐量:24广义失谐量广义失谐量:分析：分析：当当=0 时，时，ZP 达最大值：达最大值：R0阻抗模值：阻抗模值：阻抗相角：阻抗相角：并联阻抗：并联阻抗：25阻抗模值：阻抗模值：阻抗相角：阻抗相角：阻抗特性：阻抗特性：相位特性：相位特性：26画出幅频特性曲线：画出幅频特性曲线：分析相频特性：分析相频特性：当当 0 时，即时，即 0 时，即时，即当当并联并联LC回路呈容性。回路呈容性。并联并联LC回路呈感性。回路呈感性。感性感性容性容性=0 时，即时，即当当回路谐振，呈纯电阻。回路谐振，呈纯电阻。相频特性曲线呈负斜率相频特性曲线呈负斜率特性，特性，Q值越高曲线越陡峭。值越高曲线越陡峭。27

14、谐振回路的两个重要参数谐振回路的两个重要参数（1）通频带）通频带又称又称3dB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：阻抗幅频特性阻抗幅频特性下降为谐振值（中心频率处）的下降为谐振值（中心频率处）的 时对应的频率范围。时对应的频率范围。计算：计算：得到：得到：28（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：理想矩形理想矩形并联谐振回路并联谐振回路结论结论:单谐振回路的选择性很差。单谐振回路的选择性很差。29需要注意：需要注意：Q Kr0.1 B0.707 三者关系三者关系 回路的回路的Q越高，越高，谐振曲线越

15、尖锐，回谐振曲线越尖锐，回路的路的B0.707越窄，但其越窄，但其Kr0.1并不改变。并不改变。这说明，对于简单并联谐振回路，回路这说明，对于简单并联谐振回路，回路Q对回路的通频带和高的选择性的矛盾不能兼顾。对回路的通频带和高的选择性的矛盾不能兼顾。301、简单振荡回路、简单振荡回路（1）并联谐振回路）并联谐振回路并联阻抗：并联阻抗：谐振频率：谐振频率：品质因数：品质因数：并联谐振电阻：并联谐振电阻：通频带宽与矩形系数：通频带宽与矩形系数：幅频特性与相频特性：幅频特性与相频特性：回顾回顾 31RpLCRSiSRL二者关系：二者关系：空载空载Q值：值：32例例 2-1 设一放大器以简单并联振荡回

16、路为负载,信号中心频率fs=10MHz,回路电容C=50 pF,(1)试计算所需的线圈电感值。(2)若线圈品质因数为Q=100,试计算回路谐振电阻及回路带宽。(3)若放大器所需的带宽B=0.5 MHz,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?33 将f0=fs=10 MHz代入,得 (2)回路谐振电阻和带宽。题目解解:(1)回路带宽为 34 (3)求满足0.5MHz带宽的并联电阻。题目此时要求的带宽B=0.5 MHz,故回路总电阻为设回路上并联电阻为R1,并联后的总电阻为R1R0,总的回路有载品质因数为QL。由带宽公式,有 需要在回路上并联7.97 k的电阻。35（2）串联谐振回路）串联谐振回路 串联谐振回路是与并联谐振回路对偶的电路，串联谐振回路是与并联谐振回路对偶的电路，其基本特性与并联谐振回路呈对偶关系，通频带、其基本特性与并联谐振回路呈对偶关系，通频带、矩形系数与并联谐振回路相同。矩形系数与并联谐振回路相同。电抗特性：电抗特性：电路组成：电路组成：归一化电流的幅频特性：归一化电流的幅频特性：36作业：2-1