1、第一章 高頻電路基礎(chǔ)1.1 高頻電路中的元器件1.2 高頻振蕩回路1.3 高頻變壓器和傳輸線變壓器1.4 各種濾波組件1.基本內(nèi)容高頻電路基本上是由無(wú)源元件、有源器件和無(wú)源網(wǎng)絡(luò)組成的。高頻電路中使用的元器件與低頻電路中使用的元器件頻率特性是不同的。高頻電路中無(wú)源線性元件主要是電阻(器)、電容(器)和電感(器)。掌握本章內(nèi)容是非常重要的。2.基本要求(1) 充分了解 高頻電路基本元件 。(2) 掌握電阻(器)、電容(器)和電感(器)的物理特性 ,等效電路和電阻(器)、電容(器)和電感(器)。電阻(器)、電容(器)和電感(器)與基本計(jì)算方法。第一節(jié) 高頻電路中的元器件一、高頻電路中的元件（一）電阻

2、一個(gè)實(shí)際的電阻器,在低頻時(shí)主要表現(xiàn)為電阻特性,但在高頻使用時(shí)不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面, 而且還表現(xiàn)有電抗特性的一面。電阻器的電抗特性反映的就是其高頻特性。三菱唯雅諾一個(gè)電阻 R 的高頻等效電路如圖 11 所示 , 其中,C R 為分布電容, L R 為引線電感,R 為 電阻。圖 11 電阻的高頻等效電路（二） 電容由介質(zhì)隔開(kāi)的兩導(dǎo)體構(gòu)成電容。 一個(gè)理想電容器的容抗為 1/(j C), 電容器的容抗與頻率的關(guān)系 如圖 12（b）虛線所示, 其中 f 為工作頻率, =2f 。一個(gè)實(shí)際電容 C 的高頻等效電路如圖 12(a) 所示, 其中 Rc 為損耗電阻， Lc 為引線電感。容抗與頻率的關(guān)系如圖

3、12（b）實(shí)線所示, 其中f為工作頻率, =2f 。2 / 29圖 1 2 電容器的高頻等效電路(a) 電容器的等效電路 ; （ b ）電容器的阻抗特性（三）電感理想高頻電感器L的感抗為jL,其中為工作角頻率。實(shí)際高頻電感器存在分布電容和損耗電阻，自身諧振頻率SRF。在SRF上,高頻電感阻抗的幅值最大，而相角為零,特性如圖13所示。圖13高頻電感器的自身諧振頻率SRF二、高頻電路中的有源器件（一）二極管半導(dǎo)體二極管在高頻中主要用于檢波、調(diào)制、解調(diào)及混頻等非線性變換電路中。（二）晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管（FET）在高頻中應(yīng)用的晶體管仍然是雙極型晶體管和各種場(chǎng)效應(yīng)管，在外形結(jié)構(gòu)方面有所不同。高頻晶體管有兩

4、大類型:一類是作小信號(hào)放大的高頻小功率管,對(duì)它們的主要要求是高增益和低噪聲;另一類為高頻功率管,其在高頻工作時(shí)允許有較大管耗，且輸出功率較大。（三）集成電路用于高頻的集成電路的類型和品種主要分為通用型和專用型兩種。第二節(jié) 高頻振蕩（諧振）回路    高頻電路中的無(wú)源組件或無(wú)源網(wǎng)絡(luò)主要有高頻振蕩（諧振）回路、高頻變壓器、諧振器與濾波器等,它們完成信號(hào)的傳輸、頻率選擇及阻抗變換等功能。高頻振蕩回路是高頻電路中應(yīng)用最廣的無(wú)源網(wǎng)絡(luò),也是構(gòu)成高頻放大器、振蕩器以及各種濾波器的主要部件,在電路中完成阻抗變換、信號(hào)選擇等任務(wù),并可直接作為負(fù)載使用。振蕩回路是由電感和電

5、容組成。只有一個(gè)回路的振蕩回路稱為簡(jiǎn)單振蕩回路或單振蕩回路，分為串聯(lián)諧振回路或并聯(lián)諧振回路。    一、串聯(lián)諧振回路圖14 串聯(lián)震蕩回路及其特性若在串聯(lián)振蕩回路兩端加一恒壓信號(hào),則發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)因阻抗最小,流過(guò)電路的電流最大,稱為諧振電流,其值為在任意頻率下的回路電流 與諧振電流之比為其模為其中，稱為回路的品質(zhì)因數(shù) , 它是振蕩回路的另一個(gè)重要參數(shù)。根據(jù)式（ 1 6 ）畫(huà)出相應(yīng)的曲線如 圖 15 所示 , 稱為諧振曲線。圖1 5串聯(lián)諧振回路的諧振曲線圖16串聯(lián)回路在諧振時(shí)的電流、電壓關(guān)系在實(shí)際應(yīng)用中,外加信號(hào)的頻率與回路諧振頻率0之差=-0表示頻率偏離諧

6、振的程度,稱為失諧。當(dāng)與0很接近時(shí),令為廣義失諧 , 則式（ 1 5 ）可寫(xiě)成當(dāng)保持外加信號(hào)的幅值不變而改變其頻率時(shí),將回路電流值下降為諧振值的 時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為回路的通頻帶,也稱回路帶寬,通常用B來(lái)表示。令式（19）等于 ,則可推得=±1,從而可得帶寬為    二、并聯(lián)諧振回路    串聯(lián)諧振回路適用于電源內(nèi)阻為低內(nèi)阻（如恒壓源）的情況或低阻抗的電路（如微波電路）。圖 17 并聯(lián)諧振回路及其等效電路、阻抗特性和輻角特性(a)并聯(lián)諧振回路;（b）等效電路;（c）阻抗特性;（d）輻角特性并聯(lián)諧振回路的并

7、聯(lián)阻抗為定義使感抗與容抗相等的頻率為并聯(lián)諧振頻率0,令Zp的虛部為零, 求解方程的根就是0,可得式中 ,Q 為回路的品質(zhì)因數(shù) , 有當(dāng) 時(shí) , 。 回路在諧振時(shí)的阻抗最大 , 為一電阻 R 0因?yàn)椋翰⒙?lián)回路通常用于窄帶系統(tǒng),此時(shí)與0相差不大,式（113）可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為式中,=-0。對(duì)應(yīng)的阻抗模值與幅角分別為圖18表示了并聯(lián)振蕩回路中諧振時(shí)的電流、電壓關(guān)系。    例1設(shè)一放大器以簡(jiǎn)單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載,信號(hào)中心頻率fs=10MHz,回路電容C=50pF,    (1)試計(jì)算所需的線圈電感值。  

8、  (2)若線圈品質(zhì)因數(shù)為Q=100,試計(jì)算回路諧振電阻及回路帶寬。    (3)若放大器所需的帶寬B=0.5MHz,則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求?解 (1)計(jì)算L值。由式(1 2),可得將f0以兆赫茲(MHz)為單位,以皮法(pF)為單位,L以微亨（H）為單位，上式可變?yōu)橐粚?shí)用計(jì)算公式:將 f 0 = f s =10MHz 代入 , 得    (2)回路諧振電阻和帶寬。由式(112)回路帶寬為    (3)求滿足0.5MHz帶寬的并

9、聯(lián)電阻。設(shè)回路上并聯(lián)電阻為R1,并聯(lián)后的總電阻為R1R0,總的回路有載品質(zhì)因數(shù)為QL。由帶寬公式,有此時(shí)要求的帶寬 B =0.5MHz, 故回路總電阻為需要在回路上并聯(lián) 7.97 k 的電阻。    三、抽頭并聯(lián)振蕩回路圖1 9幾種常見(jiàn)抽頭振蕩回路對(duì)于圖19（b）的電路,其接入系數(shù)p可以直接用電容比值表示為圖110電流源的折合諧振時(shí)的回路電流IL和IC與I的比值要小些,而不再是Q倍。由例2如圖111，抽頭回路由電流源激勵(lì),忽略回路本身的固有損耗,試求回路兩端電壓u(t)的表示式及回路帶寬。圖111例2的抽頭回路解:由于忽略了回路本身的固有損耗,因此可以認(rèn)

10、為Q。由圖可知,回路電容為諧振角頻率為電阻R1的接入系數(shù)等效到回路兩端的電阻為回路兩端電壓 u ( t ) 與 i ( t ) 同相 , 電壓振幅 U = I R =2V, 故回路有載品質(zhì)因數(shù)回路帶寬    四、 耦合振蕩回路    在高頻電路中,有時(shí)用到兩個(gè)互相耦合的振蕩回路,也稱為雙調(diào)諧回路。把接有激勵(lì)信號(hào)源的回路稱為初級(jí)回路,把與負(fù)載相接的回路稱為次級(jí)回路或負(fù)載回路。圖112是兩種常見(jiàn)的耦合回路。圖112（a）是互感耦合電路,圖112(b)是電容耦合回路圖112兩種常見(jiàn)的耦合回路及其等效電路對(duì)于圖112（b）

11、電路,耦合系數(shù)為初次級(jí)串聯(lián)阻抗可分別表示為耦合阻抗為由圖112（c）等效電路,轉(zhuǎn)移阻抗為由次級(jí)感應(yīng)電勢(shì) 產(chǎn)生,有考慮次級(jí)的反映阻抗 , 則第三節(jié) 高頻變壓器和傳輸線變壓器一、 高頻變壓器及其特點(diǎn)變壓器是靠磁通交鏈,或者說(shuō)是靠互感進(jìn)行耦合的。(1)為了減少損耗,高頻變壓器常用導(dǎo)磁率高、高頻損耗小的軟磁材料作磁芯。(2)高頻變壓器一般用于小信號(hào)場(chǎng)合,尺寸小,線圈的匝數(shù)較少。圖114高頻變壓器的磁芯結(jié)構(gòu)(a)環(huán)形磁芯;(b)罐形磁芯;(c)雙孔磁芯圖115高頻變壓器及其等效電路(a)電路符號(hào);(b)等效電路圖116(a)是一中心抽頭變壓器的示意圖。初級(jí)為兩個(gè)等匝數(shù)的線圈串聯(lián),極性相同，設(shè)初次級(jí)匝比n

12、=N1/N2。作為理想變壓器看待,線圈間的電壓和電流關(guān)系分別為圖116中心抽頭變壓器電路（a）中心抽頭變壓器電路;（b）作四端口器件應(yīng)用3.2傳輸線變壓器二、傳輸線變壓器及其特點(diǎn)傳輸線變壓器就是利用繞制在磁環(huán)上的傳輸線而構(gòu)成的高頻變壓器。圖117為其典型的結(jié)構(gòu)和電路圖。圖117傳輸線變壓器的典型結(jié)構(gòu)和電路(a)結(jié)構(gòu)示意圖;（b）電路圖118傳輸線變壓器的工作方式(a)傳輸線方式;(b)變壓器方式圖119傳輸線變壓器的應(yīng)用舉例(a)高頻反相器;(b)不平衡平衡變換器;(c)14阻抗變換器;(d)3分貝耦合器第四節(jié) 各種濾波組件一、石英晶體諧振器（一）物理特性石英晶體諧振器是由天然或人工生成的石英晶體切片制成。（二）等效電路及阻抗特性圖122是石英晶體諧振器的等效電路。由圖122(b)可看出,晶體諧振器是一串并聯(lián)的振蕩回路,其串聯(lián)諧振頻率fq和并聯(lián)諧振頻率f0圖1-20石英晶體的形狀及各種切型的位置（a）形狀；（b）不同切型位置;（c）電路符號(hào)圖121石英晶體諧振器（a）外形；（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖122晶體諧振器的等效電路(a)包括泛音在內(nèi)的等效電路;(b)諧振頻率附近的等效電路圖122(b)所示的等效電路的阻抗的一般表示式為在忽略rq后,上式可化簡(jiǎn)為圖123晶體諧振器的電抗曲線圖124晶體濾波器的電路與衰減特性 （a）濾波器電路;（b）衰減特性二、集中濾波器（一）