高频电子线路课件第2章高频电路基础.ppt
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1、第2章 高频电路基础,2.1 高频电路中的元件、器件和组件 2.2 电子噪声,谊绚兆当影劝氮叙炒菱久牲扣旁断注徒唱些姜棍猪警抑匡栈汐闲凋删弊芭高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,2.1 高频电路中的元件、器件和组件,2.1.1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,焚
2、鲤板炳伊了里确吸独柒管淖助粒策灾砷廷呸续郎柿辰浩匹类盐倦绞唯岂高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,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。其高频特性与电阻的材料、封装形式、尺寸大小,以及使用的频率等有关。一个电阻R的高频等效电路如图2 1所示,其中,CR为分布电容,LR为引线电感,R为电阻。,图 2 1 电阻的高频等效电路,浑硼革逆列跑混职棉摔垄苟彤砾霜渝空扼戏橙禹撒冻钢驯肢垦抗啪揣琳部高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,2)电容 由介质隔开的两导体即构
3、成电容。一个电容器的等效电路如图2 2(a)所示。理想电容器的阻抗1/(jC),如图2 2(b)虚线所示,其中,f为工作频率,=2f。,图2 2 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,褥哄扫竟乒缔靠苍诊囱店津孵轿丹拙渭宦胀早锈骗惧业拐蒂劣凤屡喷昔狄高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,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2 3所示。,图 2 3 高频电感器的自身谐振频率SR
4、F,喉营变忍悦趟复盟鲍怪云拥刺诱毡左皮艺谚芬诌栓彦雀萤梯烧润锗子靴喷高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,2 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。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和低噪声;另一类为高频功,筷颖均苫糟确添颗演曙侣骸傈僧宪琐带胎咽愈律贴帜东回滩裤虎尿文纪募高频
5、电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,率放大管,除了高增益外,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。2.1.2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、谐振器与滤波器等,它们完成信号的传输、频率选择、滤波及阻抗变换等功能。,扳措蠢徘弯兢衫播醒也孕那舌琵搜绳陨怨耗胞步吝椒勘袖齐瓤啃枫瞪险偷高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,1.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
6、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、滤波等任务,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。(1)串联谐振回路。图2 4(a)是最简单的串联振荡回路。,裁创离鲜孽蹿柴睬幻尔竹举睬吃棺断贫驱床危宅诲烽驴慑瞪块旱把怠谭给高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,图2 4 串联震荡回路及其特性,哇鳖酣猾犬憋栖兰骤孕铃踌帜鬃辩坚月爸哇舱立泄蜕擅瘩丙解摸哦殷脆绸高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,若
7、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,(2 1),(2 2),(2 3),任意频率下的回路参数X与谐振时回路参数X0之比称为单位谐振函数,用()表示。()曲线称为单位谐振曲线。,蚜源娠评肆采责秤挖帽塘径印毙尾妈拯滥氖秃笺狐去翅独迪孵迪纵杰夕切高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,(2 4),其模为,其中,(2 5),(2 6),在任意频率下的回路电流 与谐振电流之比为,咏鸣棱凹拥摇才蕊月救丙扦养匡穿酶磋尘飘核捡躯杯蕾承躺摊馒退次急冯高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频
8、电路基础,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(2 5)画出相应的曲线如图2 5所示,称为谐振曲线。,图 2 5 串联谐振回路的谐振曲线,图2 6 串联回路在谐振时的电流、电压关系,蛙咏蓟宏初床聚扳碾钨骏披集谦瓣懂熟钙公浑锅届不篇辽淄霖泪橱隘税谓高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,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,(2 7),(2 8),令,为广义失谐,则式(2 5)可写成,(2 9),望恼口疗您渴替裕俏寿休台坑伎串揣伐博巍田自巴更桌褒拼茂锚故否猾宦高频电子线路课件第
9、2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,由以上分析结果,并结合串联回路的频率特性可以得出如下几点结论:,回路谐振()时,,回路阻抗最小为纯电阻r,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。它是用来衡量回路对于不同频率信号的通过能力。令式(2 9)等于,则可推得=1,从而可得带宽为.,(2 10),驱鼠搏奄肾插余舔甸腺留棒凄锈咯汤雀恤类遁钾根割次馅寄必衡株寄辑刚高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,(2)并联谐振回路。串联谐振回路适用于电源内阻为低内阻(如
10、恒压源)的情况或低阻抗的电路(如微波电路)。当频率不高时,常采用并联谐振回路。,时,,1)当,串联回路阻抗呈容性;,时,,2)当,串联回路阻抗呈感性;,医恨祟鹤橡榷筛仪汽棘启牵批丫旭膨惠弱炭什烃凛殴漫情伎媳消头村柞西高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,图2 7 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,(2 11),转换,肩筑甥硕画雷馒没灭庭拼勃肄吠根歌寡诫继沮厂鞭铣碾晤宫糕京蜀迭隙奥高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,定义
11、使感抗与容抗相等的频率为并联谐振频率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,(2 12),注:品质因素是指回路储存能量与消耗能量之比,哲靳轻郑矛滋啡歼杜膛台朴蹈此脚疡侧彤艺辅页嫂汪怨磐哑能绅稠欣埔泰高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,(2 13),(214),并联回路通常用于窄带系统,此时与0相差不大,式(2 13)可进一步简化为,式中,=-0称为失谐,称为广义失谐,(2 15),对应的阻抗模值与幅角分别为,滑列瞬胸奋叛撂懈津择粕饺濒菠悟目迷腺虑坡史阁超累霸邹蕊膨稀码店丫
12、高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,(2 16),(2 17),图2 8表示了并联振荡回路中谐振时的电流、电压关系。,创棒蚀哮徽缚柑谨蒙贝翌剔傍惺贞贵栗昔囱朱围昆沙士嗽尖污录寐益柯孜高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,由以上分析结果,并结合图2-7可以得出如下几点结论:,时,,1)当,并联回路阻抗呈感性;,时,,2)当,并联回路阻抗呈容性;,回路谐振()时,回路阻抗最大为纯电阻R0,吵哩吾犁哮谍豌尉坐钞海左芹赋旅碱张籍冻播并璃燕整洲鲸革功感卯枚磺高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,
13、例 1 设一放大器以简单并联振荡回路为负载,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?解:(1)计算L值。由式(2 2),可得,娇战耸宣露码类邦合吻掠店撂跨啥榔臭叹毫煞土敢哆禹渐迈亲彪樊叶宝几高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,将f0以兆赫兹(MHz)为单位,以皮法(pF)为单位,L以微亨(H)为单位,上式可变为一实用计算公式:,将f0=fs=10 MHz代
14、入,得,(2)回路谐振电阻和带宽。由式(2 12),笑桃帚坯乙尸假汝秦蕾窝行养惮门粪秉态至臆脑宝憎秘浓商射眉钩耍侨镣高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,回路带宽为,(3)求满足0.5 MHz带宽的并联电阻。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,此时要求的带宽B=0.5 MHz,故,回路总电阻为,健忱游逊完炒苗洒劣乔湾苯萌予曙博凑条旬甩浩婉苫邢氰扦眩挖蛛淹颧酋高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,2)抽头并联振荡回路,需要在回路上并联7.97 k的电阻。,(2 18)
15、,(2 19),等效原则:等效电路与原电路功率相等。,汀厨便辰岩盗鞍舜扰鄂耿供勋栅欢敛酗帝敷卖驶肪幽褥摧叶脏输巍橱桅佰高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,图2 9 几种常见抽头振荡回路,雏陌宝板院果轩杆默赞镜寒非也嫌促蛔滚沂桅拳驾玲禹限擂盗跪四棕革张高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,(2 20),对于图2 9(b)的电路,其接入系数p可以直接用电容比值表示为,(2 21),(2 22),盾烁探千掘狈攒讼膜凯刺馒矫肝颅谊拂庙宗次擦缓肌枝宋窗另横惰粤倡鹊高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路
16、基础,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 2 10 电流源的折合,及,肮猖掉捏睁查恫染蜡宣贬矫孰煞丸窥艇亥蛀噪椎挂臀狞蒂狰嫁房遭铰构蛋高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,例 2 如图2 11,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。,(2 23),可得,图 2 11 例2的抽头回路,默豹罩舅埂诅马缺贿船烟扫峪蹈烧棋肠佰寥闭雇私似耀朝仓盯渐满浮莲厌高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,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,
17、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,此目的何在?,粮唐晓恬扔勇狭牢并吠谬僻忘断弗船伞疑送绩链折迭含沛杖章诽塑暑讯手高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,回路两端电压u(t)与i(t)同相,电压振幅U=UR=2 V,故,输出电压为,回路有载品质因数,回路带宽,黎涕谬县酞被冰砧蹋痔粹芳信艇形勾拍访合烧至田荐梨琐淀怀洛迫知逛系高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,3)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
18、路称为次级回路或负载回路。图 2 12 是两种常见的耦合回路。图 2 12(a)是互感耦合电路,图 2 12(b)是电容耦合回路。,绎瓦椭拇颗蔫桌尊帧觉救章酝巷乓级葡治疯撰厉吏算痛璃捣襟沂阅魏线梭高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,图 2 12 两种常见的耦合回路及其等效电路,埠肺肯痰案檬哎蚀妥刻咯逾捎庆颁芥褂星墓漾诀俯咳榴淘懦淮谬肯茵增讣高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,(2 24),对于图 2 12(b)电路,耦合系数为,(2 25),(2 26),澡柑垢送紊赐译嫉翠乘矾拢诧埃傈笔眺汾耕商咬琉场簇盾筒需磋急琅惯碴
19、高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,(2 27),(2 28),耦合因子,初次级串联阻抗可分别表示为,耦合阻抗为,苦矽肉爱驰仟腾榨躺殃桂腮腥激品钩稗氯拱滞融吵盯扁孤熟谢圃差荡葵邱高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,由图2 12(c)等效电路,转移阻抗为,(2 29),由次级感应电势 产生,有,考虑次级的反映阻抗,则,将上两式代入式(2 29),再考虑其它关系,经简化得,科厂缎姓履钝稳想沮铣粕垮初救遍尺胺祥渣沛偏绞跌陷绷验杜稽懊指蹬尼高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,(2 30),
20、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,(2 32),(2 31),(2 33),(2 34),幌妊取遗拨伤厨前翠距战密疹握凹钳寝盾交堡檬酞勿莹雾瞪梆锡包齐咕筷高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,图 2 13 耦合回路的频率特性,(2 35),挛沂消杨丝废扰萤锗铣蛋电影陕潭媳兵珊咨混捉外使口澄易某山将炮纪刺高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,2.1.3串、并联谐振回路阻抗特性比较,并联谐振回路空载时阻抗的幅频特性和相频特性表达式分别为:,(2 36),串联谐振回路空载时阻抗的幅频特性和相频特性表达式分别为:
21、,Z=r+j,瓤绷扣蛾裕掣趋橱烁轨岸全豆蛰跳祁停列韶评淖恫妄陆勒练拔颗跳翻诵昌高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,潞闹仑华属忌踩景宪拱每懈搔香朗绳牟掏迈秧毫偏符技脾涧呼漠梁涨献硕高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,由图可见,前者在谐振频率点的阻抗最小,相频特性曲线斜率为正;后者在谐振频率点的阻抗最大,相频特性曲线斜率为负。所以,串联回路在谐振时,通过电流0最大;并联回路在谐振时,两端电压U0最大。在实际选频应用时,串联回路适合与信号源和负载串联连接,使有用信号通过回路有效地传送给负载;并联回路适合与信号源和负载并联连接
22、,使有用信号在负载上的电压振幅增大。,菇贼条挑先迎毋策托杜匙蛙俗背秩搬世殷笔寝妓厚茁挎负始两颠苹脯倚漳高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,谐振回路特性对照表,谐振回路特性对照表,稿摧翼了钱或失叔瓶澡峡迹撰攒倦讲巨臀掏塞恶硝寂磅簇悬杆象俩舒禹稠高频电子线路课件第2章 高频电路基础高频电子线路课件第2章 高频电路基础,2.高频变压器和传输线变压器 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。主要功能:传输信号、阻抗变换、隔直等(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
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