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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,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
2、的一面。电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性。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却如图2—2（a）所示。理想电容器的阻抗1/(jωC),如图2—2（b）虚线所示,其中,f为工作频率,ω=2πf。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jωL,其中
3、,ω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SRF2．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,在外形结构方面也有所不同。高频晶体管有两大类型:一类是作小信
4、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;另一类为高频功率放大管,除了增益外,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、频率选择及阻抗变换等功能。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
5、路中完成阻抗变换、信号选择等任务,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。图2—4串联震荡回路及其特性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）在任意频率下的回路电流与谐振电流之比为(2—4)其模为其中,（2—5）（2—6）称为回路的品质因数,它是
6、振荡回路的另一个重要参数。根据式（2—6）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、电压关系在实际应用中,外加信号的频率ω与回路谐振频率ω0之差Δω=ω-ω0表示频率偏离谐振的程度,称为失谐。当ω与ω0很接近时,（2—7）（2—8）令为广义失谐,则式（2—5）可写成(2—9)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。令式（2—9）等于,则可
7、推得ξ=±1,从而可得带宽为.(2—10)(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）。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)定义使感抗与容抗相等的频率为并联谐振频率ω0,令Zp的虚部为零,求解方程的根就是ω0,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）（2—13）（2—1
8、4）并联回路通常用于窄带系统,此时ω与ω0相差不大,式（2—13）可进一步简化为式中,Δω=ω-ω0。对应的阻抗模值与幅角分别为（2—15）（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。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=50pF,(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=0.5MHz,则应在回路上并联多大电阻才
