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 电气工程学 院 上页上页下页 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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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
2、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 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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 但在高频使用时不仅表
3、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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院
4、上页上页下页 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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下
5、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2 3所 示。 图 2 3 高频电感器的自身谐振频率SRF 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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 2
6、 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 电 子 线 路 课 件 第 2 章 高 频 电
7、 路 基 础 高 频 电 子 线 路 课 件 第 2 章 高 频 电 路 基 础 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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
8、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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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
9、 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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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
10、 础 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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 (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 第2章 高频电路
11、基础 电气工程学 院 上页上页下页 (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 电 路 基 础 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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(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
12、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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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, (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
13、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 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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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
14、, 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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 (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。 回路失谐()时,串联回路阻抗增加, 时,1)当 ,串联回路阻抗呈容性; 时,2)当,
15、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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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
16、 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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 定义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
17、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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 (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 高 频 电 子 线 路 课 件 第 2 章 高 频 电 路 基 础 高 频 电 子 线 路
18、 课 件 第 2 章 高 频 电 路 基 础 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 (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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 回路失谐()时,并联回路阻抗下降, 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
19、)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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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=1
20、00, 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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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
21、可变为一实用计算公式: 将f0=fs=10 MHz代入, 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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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
22、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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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 ) (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
23、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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 (2 20) 对于图2 9(b)的电路, 其
24、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 基 础 第2章 高频电路基础 电气工程学 院 上页上页下页 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 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
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