1、第二章高頻電路基礎(chǔ)，高頻電路中的元件電子噪聲及其特征噪聲系數(shù)和噪聲溫度，第1節(jié)高頻電路中的元件，線性(無源元件):電感線圈、電容和電阻，它們構(gòu)成線性電路，如振蕩電路和濾波器，非線性(有源器件):二極管、晶體管和集成電路，元件，非線性器件，線性應(yīng)用：小信號放大器，非線性應(yīng)用：大功率放大器，振蕩器，調(diào)制，解調(diào)，1。高頻電路中的元件，1。高頻電阻(1)常用電阻：金屬薄膜電阻、碳薄膜電阻、線繞電阻(2)主要參數(shù)：電阻值、額定功率和穩(wěn)定電阻值：電阻值在高頻時(shí)會(huì)增加；額定功率：電阻器在正常工作條件下消耗的允許功率。穩(wěn)定性：當(dāng)電阻的工作條件發(fā)生變化(如溫度升高或降低)時(shí)，其電阻值的變化應(yīng)在允許范圍內(nèi)。金屬膜

2、電阻，線繞電阻，碳膜電阻，貼片電阻，(3)高頻電阻特性，圖2-1高頻等效電路的電阻，電抗特性，分布電容和引線電感：頻率越高，感抗越大。電阻R的高頻等效電路如圖2-1所示，其中鉻為分布電容，左后為引線電感，右后為電阻。(1)主要參數(shù)：電容、工作電壓、損耗角、品質(zhì)因數(shù)、高頻電子電路中固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)所用電容器的電容范圍從幾皮法到幾百微法。工作電壓：長時(shí)間工作(如10000小時(shí)或以上)時(shí)電容器兩端能承受的最大電壓。損耗角：電流超前電壓的相角與90之間的差值決定了電容器的質(zhì)量。理想=？質(zhì)量因素質(zhì)量控制：理想質(zhì)量控制=？(2)高頻特性由介質(zhì)分隔的兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成一個(gè)電容器。電容器的等效電路如圖2-2(a)所示

3、。理想電容器的阻抗為1/(jC)，如圖2-2(b)中的虛線所示，其中f為工作頻率，=2f。圖2-2電容器的高頻等效電路(一)電容器的等效電路；(2)電容器的阻抗特性，3高頻電感，(1)主要參數(shù)：電感、分布電容、損耗、品質(zhì)因數(shù)、開關(guān)損耗：主要指交流電阻，以產(chǎn)品品質(zhì)因數(shù)為特征；品質(zhì)因數(shù)q:高頻電感的感抗與其串聯(lián)損耗電阻之比。它隨著頻率的增加而減少。(2)高頻特性：圖2-3高頻電感的自諧振頻率SRF，第2.1節(jié)高頻電路的基本電路。頻率選擇的基本概念，即所謂的頻率選擇，是選擇所需的頻率成分，濾除不必要的頻率成分。2.頻率選擇網(wǎng)絡(luò)的分類，簡單振蕩電路，耦合振蕩電路，振蕩電路(由L和C組成)，各種濾波器，

4、石英晶體諧振器陶瓷濾波器表面聲波濾波器，抽頭并聯(lián)振蕩電路，頻率選擇網(wǎng)絡(luò)在本課程中的應(yīng)用前端選擇電路高頻小信號放大器負(fù)載中頻放大器負(fù)載高頻功率放大器負(fù)載混頻器負(fù)載正弦波振蕩器電路調(diào)制電路負(fù)載，1。高頻振蕩電路1。簡單振蕩電路，概括諧振和諧振條件，諧振特性，能量關(guān)系，諧振曲線，通帶信號源和負(fù)載的內(nèi)阻對串聯(lián)諧振電路的影響，串聯(lián)振蕩電路，并聯(lián)振蕩電路，由電感線圈和電容組成的單振蕩電路，稱為簡單振蕩電路。信號源與電容和電感串聯(lián)，形成串聯(lián)振蕩電路。串聯(lián)振蕩電路的阻抗在某一頻率下具有最小值，當(dāng)它偏離該特定頻率時(shí)，阻抗將迅速增加。單個(gè)振蕩電路的這個(gè)特性稱為諧振特性，這個(gè)特定頻率稱為諧振頻率。諧振電路具有頻率選

5、擇和濾波功能。1.阻抗，當(dāng)0，|Z| R，0，X 0是感性的，電流滯后于電壓，0 0，X 0是容性的，電流領(lǐng)先于電壓，0=0 |Z|=R X=0達(dá)到串聯(lián)諧振。當(dāng)回路諧振時(shí)，電感阻抗或電容阻抗被稱為串聯(lián)振蕩電路的諧振特性由下式表示：1)、2)諧振期間電流最大且與電壓源同相、3)、2)如果諧振頻率f0最大，則諧振頻率F0最大，此時(shí)電路串聯(lián)諧振。信號頻率稱為諧振頻率，用0表示，即x=0，L也稱為串聯(lián)振蕩電路的諧振條件。%，3。品質(zhì)因數(shù)Q諧振時(shí)環(huán)路電感值(或容抗值)與環(huán)路電阻的比值稱為環(huán)路品質(zhì)因數(shù)，用Q表示，表示環(huán)路損耗的大小。諧振情況：因此，電感l(wèi)和電容c上的電壓達(dá)到最大值，是輸入信號電壓的q倍，因

6、此串聯(lián)諧振也稱為電壓諧振。因此，我們必須提前注意電路元件的耐壓。結(jié)論：電感和電容兩端的電壓模等于外加電壓的Q倍。q值通?？蛇_(dá)數(shù)十或數(shù)百，因此電容或電感兩端的電壓可能是信號電壓的數(shù)十或數(shù)百倍，這稱為電壓諧振，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)予以注意。串聯(lián)諧振期間電路中的電流或電壓可以繪制成矢量圖。注：阻力損失包含在R中，因此：超前角小于4。廣義失諧系數(shù)：廣義失諧是一個(gè)表示環(huán)路失諧大小的量，定義為：當(dāng)0表示失諧不大時(shí)：當(dāng)諧振時(shí)：=0。串聯(lián)單振蕩電路由電感線圈(包括其損耗電阻)和電容組成。電抗元件的電感和電容不消耗所施加電動(dòng)勢的能量。電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，它們只儲存和交換能量，只有損耗電阻消耗能量。w是一個(gè)不隨時(shí)間變化

7、的常數(shù)。這表明儲存在回路中的能量沒有改變，而是在線圈和電容器之間轉(zhuǎn)換。此外，電抗元件不消耗所施加的電動(dòng)勢的能量，并且所施加的電動(dòng)勢僅提供回路電阻消耗的能量，以保持回路的恒定振幅振蕩。因此，當(dāng)環(huán)路諧振時(shí)，電流最大。結(jié)論：電感儲存的瞬時(shí)能量最大值等于電容儲存的瞬時(shí)能量最大值。能量w是一個(gè)不隨時(shí)間變化的常數(shù)，這表明存儲在整個(gè)回路中的能量保持不變，但僅在線圈和電容器之間變化，電抗元件不消耗外部電源的能量。外部電源僅提供環(huán)路電阻消耗的能量，以維持環(huán)路的恒定幅度振蕩，并且振蕩器環(huán)路中的電流在諧振時(shí)最大。串聯(lián)振蕩電路的諧振曲線和通帶以及串聯(lián)振蕩電路中的電流幅值和施加的電動(dòng)勢頻率之間的關(guān)系曲線稱為諧振曲線。共

8、振曲線的函數(shù)可以用N(f)表示。不同的Q值，即不同的損耗對曲線有很大的影響，Q值大，曲線尖，選擇性好，Q值小，曲線鈍，帶寬寬。通帶，定義了當(dāng)：回路的施加電壓的幅度不變且頻率改變時(shí)，對應(yīng)于回路電流I下降到Io時(shí)的頻率范圍稱為諧振回路的通帶，當(dāng)：由B表示時(shí)，它也可以由線頻率f0表示，即沒有信號源的內(nèi)部電阻和負(fù)載電阻的回路本身的Q值通常稱為空載Q(空載Q值)，如公式所示。信號源和負(fù)載的內(nèi)阻對串聯(lián)諧振電路的影響，其中R為電路本身的損耗，Rs為信號源的內(nèi)阻，R1為負(fù)載。當(dāng)信號源的內(nèi)阻與負(fù)載電阻相連時(shí)，電路的Q值通常稱為有載QL，如公式所示。結(jié)論：串聯(lián)諧振電路通常適用于信號源RS內(nèi)阻小(恒壓源)和負(fù)載電阻

9、RL不大的情況。并聯(lián)諧振電路，本文總結(jié)了通帶信號源的諧振條件、諧振特性、相頻特性、內(nèi)阻和負(fù)載電阻對并聯(lián)諧振電路的影響，建議采用并聯(lián)諧振電路1.環(huán)路阻抗。從圖中可以看出，并聯(lián)諧振電路的阻抗一般為，并且諧振期間的阻抗特性為，因此，當(dāng)電路諧振時(shí)，并聯(lián)諧振電路的諧振條件為3360。如果不是真的，那么，并聯(lián)諧振也叫電流諧振。一般來說，q是幾十到幾百，所以信號源的電流不是很大，但是支路中的電流很大。廣義失諧表示環(huán)路失諧的幅度。諧振曲線串聯(lián)回路用電流比表示，并聯(lián)回路用電壓比表示。當(dāng)回路的端電壓諧振時(shí)，可以得到并聯(lián)振蕩回路的諧振曲線、相頻特性和通帶。當(dāng)失諧量小時(shí)：結(jié)論：相角：2。相頻特性，串聯(lián)電路指回路電流和

10、信號源電壓之間的相角差。并聯(lián)電路是指回路端電壓和信號源電流Is之間的相角差。當(dāng)=p=0時(shí)，環(huán)路為純電阻，當(dāng)為p時(shí)，環(huán)路為電感，相頻曲線如圖所示。當(dāng)環(huán)路的端電壓降至最大值時(shí)，相應(yīng)的頻率范圍為通帶。3.并聯(lián)振蕩回路信號源的內(nèi)阻和負(fù)載電阻對并聯(lián)諧振回路的影響。例2-1設(shè)置一個(gè)帶有簡單并聯(lián)振蕩回路的放大器作為負(fù)載，信號中心頻率fs=10兆赫茲，回路電容C=(2)如果線圈的品質(zhì)因數(shù)為100，試著計(jì)算回路的諧振電阻和帶寬。(3)如果放大器所需的帶寬為B=0.5兆赫，環(huán)路中應(yīng)并聯(lián)多少個(gè)電阻以滿足放大器所需的帶寬？解決方案(1)計(jì)算L值。根據(jù)公式(2-2)，如果f0以兆赫(MHz)為單位，pF以單位，l以微亨

11、利(h)為單位，則上述公式可以轉(zhuǎn)化為實(shí)用的計(jì)算公式：并且如果f0=fs=10 MHz被替換，(2)可以獲得環(huán)路的諧振電阻和帶寬。根據(jù)公式(2-12)，環(huán)路帶寬為，(3)，找到滿足0.5 MHz帶寬的并聯(lián)電阻。假設(shè)回路上的并聯(lián)電阻為R1，并聯(lián)后的總電阻為R1R0，回路的總有載品質(zhì)因數(shù)為QL。根據(jù)帶寬公式，此時(shí)需要的帶寬B=0.5 MHz，因此環(huán)路的總電阻為，需要在環(huán)路上并聯(lián)7.97 k電阻。例1:如圖所示，有一個(gè)并聯(lián)諧振電路?？蛰dq值Qp=80，諧振電阻Rp=25k，諧振頻率fo=30MHz，信號源電流幅度Is=0.1mA (1)如果信號源內(nèi)阻Rs=10k，當(dāng)負(fù)載電阻R1斷開時(shí)，諧振期間的通帶b

12、和輸出電壓幅度Vo是多少？(2)如果Rs=6k，RL=2k，此時(shí)通帶b和Vo是多少？解決方案：(1) Rs=10k，和，(2)，因此并聯(lián)電阻越小，即QL越低，通帶越寬。z=R jx=R j (L-)=，廣義失諧系數(shù)：諧振曲線：接入系數(shù)p是抽頭點(diǎn)電壓與端電壓之比。根據(jù)能量等效原理，p是小于1的正數(shù)，即當(dāng)R0從高抽頭切換到低抽頭時(shí)，等效阻抗減小到p2倍。2抽頭并聯(lián)振蕩回路，接入系數(shù)：因此，1)當(dāng)不考慮激勵(lì)源和回路之間的互感m時(shí)，當(dāng)抽頭改變時(shí)，p值改變，這可以改變回路兩端的等效阻抗db，而當(dāng)考慮和之間的互感m時(shí)，接入系數(shù)為2)當(dāng)激勵(lì)源與回路的電容部分相連時(shí)，對于電容抽頭電路，接入系數(shù)應(yīng)指出接入系數(shù)要

13、么假設(shè)為窄帶。3)負(fù)載電阻或電容的降低。結(jié)論：1 .當(dāng)抽頭改變時(shí)，或和的比值改變，即P改變；2.抽頭由低變高，等效導(dǎo)納降低P2倍，Q值增加數(shù)倍，即等效電阻增加倍，并聯(lián)電阻增加，Q值增加。電容減小，阻抗增加。圖2 9幾種常見的抽頭振蕩電路，L1、L2、L1、L2、L1、L2、4)電流源折疊的右圖顯示了電流源的折疊關(guān)系。因?yàn)檫@是等價(jià)轉(zhuǎn)換電壓源與電流源的比值為是或否，ab到bd的端電壓轉(zhuǎn)換比值為1/P，在保持相同功率的情況下，電流轉(zhuǎn)換比值為P倍。也就是說，當(dāng)?shù)统轭^變?yōu)楦叱轭^時(shí)，電流源減少p倍。因此，分接的目的是減少信號源內(nèi)阻和負(fù)載對回路的影響。負(fù)載電阻和信號源的內(nèi)阻應(yīng)串聯(lián)；當(dāng)負(fù)載電阻和信號源內(nèi)阻較大

14、時(shí)，應(yīng)采用并聯(lián)連接；負(fù)載電阻信號源的內(nèi)阻大小不一，采用部分接入方式。示例2-2如圖2-11所示，抽頭環(huán)路由電流源激勵(lì)，忽略環(huán)路本身的固有損耗，并試圖找到環(huán)路兩端的電壓u(t)和環(huán)路帶寬的表達(dá)式。圖2 11的示例2的抽頭電路可以被認(rèn)為是Q，因?yàn)殡娐繁旧淼墓逃袚p耗被忽略。從圖中可以看出，環(huán)路的電容為，reSiO2nant角頻率為，電阻R1的接入系數(shù)為，等效于環(huán)路兩端的電阻為，環(huán)路兩端的電壓u(t)和i(t)同相，電壓幅度U=IR=2 V，因此輸出電壓為，環(huán)路的有載品質(zhì)因數(shù)，環(huán)路帶寬為3。石英晶體諧振器，1。物理特征應(yīng)時(shí)是一種礦物硅石。圖(a)顯示了天然晶體，圖(b)顯示了晶體的橫截面。根據(jù)應(yīng)時(shí)晶體

15、的物理特性，人們在應(yīng)時(shí)晶體中畫出三種幾何對稱軸，其中連接兩個(gè)棱錐頂點(diǎn)的一條軸ZZ稱為光軸，在圖(b)中，三條對角線XX軸稱為電軸，與電軸垂直的三條YY軸稱為機(jī)械軸。沿不同的軸切割，有不同的切割模式，如X切割模式、Y切割模式、AT切割模式、BT切割模式、CT切割模式等。應(yīng)時(shí)晶體具有正負(fù)壓電效應(yīng)。當(dāng)應(yīng)時(shí)晶體受到沿某一電軸的交變電場時(shí)，它會(huì)沿機(jī)械軸產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，反之，當(dāng)機(jī)械軸受力時(shí)，它會(huì)沿電軸方向產(chǎn)生電場。換能性能具有共振特性，在共振頻率下?lián)Q能效率最高。應(yīng)時(shí)水晶，像其他彈性體一樣，有慣性和彈性，所以有一個(gè)自然振動(dòng)頻率。當(dāng)晶體板的固有頻率等于外部電源的頻率時(shí)，晶體板將諧振。2.等效電路和阻抗特性。應(yīng)時(shí)相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)諧振電路，可以用集總參數(shù)Lq、Cq和rq來模擬。Lq是晶體的質(zhì)量(慣性)，Cq是等效彈性模量，rg是機(jī)械振動(dòng)中的摩擦損失。右圖顯示了石英諧振器的基頻等效電路。電容C0被稱為石英諧振器的靜態(tài)電容。它的容量主要取決于應(yīng)時(shí)的大小和電極面積。一般來說，C0是幾個(gè)PF和十個(gè)PF。在該公式中，應(yīng)時(shí)介電常數(shù)、S板面積、D應(yīng)時(shí)厚度、訪問系數(shù)和應(yīng)時(shí)晶體的特征是極大的等效電感Lq和極小的等效電容Cq。因此，應(yīng)時(shí)晶體的Q值非常大，一般在幾萬到幾百萬之間。這是普通液晶電路無法比擬的。因?yàn)檫@意味著等效電路中的接入系數(shù)非常小，所以外部電路幾乎