第2讲高频高频电路基础.pptx
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1、第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件1 2.1.1 高频电路中的元件高频电路中的元件 1.电阻器 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。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 第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件2第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和
2、组件3 2.电容器 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/(jC),如图2-2(b)虚线所示.其中,f为工作频率,=2f。(a)电容器的等效电路;(b)电容器的阻抗特性图2 2 电容器的高频等效电路 第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件4实际电容的阻抗特性实际电容的阻抗特性第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件5 3.电感 高频电感器的电感量是其主要参数。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,
3、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 第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件6导线趋肤效应示意图导线趋肤效应示意图趋肤效应:交变电流通过导体时,由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀,愈近导体表面电流密度越大。这种现象称“趋肤效应”。趋肤效应使导体的有效电阻增加。频率越高,趋肤效应越显著。第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件7第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件82.1.2
4、高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件 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。变容二极管又称“可变电抗二极管”。是一种利用PN结电容(势垒电容)与其反向偏置电压的依赖关系而制成的二极管。反偏电压愈大,则结电容愈小。普通可变电容采用机械调节改变容量,变容二极管用电调方式改变容量,第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件9第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件102)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
5、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。第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件113)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。第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件12 振荡(谐振)回路 高频变压器 谐振器 滤波器 平衡调制(混频)器 正交调制(混频)器
6、移相器 匹配器 衰减器 分配器与合路器等2.1.2 2.1.2 高频电路中的组件高频电路中的组件第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件131.1.高频振荡回路高频振荡回路 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、信号选择等任务,并可直接作为负载使用。第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件14第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件15选频选频的基本概念的基本概念 所
7、谓选频:就是选出需要的频率分量所谓选频:就是选出需要的频率分量并且滤除不需要的频率分量并且滤除不需要的频率分量。第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件16单振荡回路单振荡回路单振荡回路单振荡回路耦合振荡回路耦合振荡回路耦合振荡回路耦合振荡回路振荡回路(由振荡回路(由振荡回路(由振荡回路(由L L L L、C C C C组成)组成)组成)组成)各种滤波器各种滤波器各种滤波器各种滤波器LCLCLCLC集中滤波器集中滤波器集中滤波器集中滤波器石英晶体滤波器石英晶体滤波器石英晶体滤波器石英晶体滤波器陶瓷滤波器陶瓷滤波器陶瓷滤波器陶瓷滤波器声表面波滤波
8、器声表面波滤波器声表面波滤波器声表面波滤波器串联振荡回路串联振荡回路串联振荡回路串联振荡回路并联振荡回路并联振荡回路并联振荡回路并联振荡回路第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件17 要求要求fof1f22f0.72f0.1理想实际(f)=H(f)/H(fo)f0.40.60.81.00.20通频带外的幅频特性应满足通频带外的幅频特性应满足 理想的幅频特性应是矩形,既理想的幅频特性应是矩形,既是一个关于频率的矩形窗函数。是一个关于频率的矩形窗函数。定义矩形系数定义矩形系数K0.1表示选择性:表示选择性:2f0.7称为通频带称为通频带:显显然然
9、,理理想想选选频频电电路路的的矩矩形形系系数数K0.1=1,而而实实际际选选频频电电路路的的矩矩形系数均大于形系数均大于1。理想的选频电路通频带内的幅频特性理想的选频电路通频带内的幅频特性选频电路的通频带宽度选频电路的通频带宽度传输信号有效频谱宽度传输信号有效频谱宽度相一致相一致第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件18Example1-1:The series LRC circuit has the following component values:r=10,L=10H,and C=100pFDetermine the impedanc
10、e Z,the current for VZ=10Vrms(root mean square),the resulting voltage dropped across the capacitor,and the power dissipatedby the circuit.(all at f=5.5MHz).Solution:1.At f =5.5MHz,=2*5.5MHz=34.56M rad/s,XL=L=345.6,XC=1/C=289.4,Hence,Z=10+j345.6-j289.4=10+j56.2=57.1802.i=v/Z=10V/57.180=175mA-80.The p
11、hase angle =-80 indicates that the current lags the applied voltage(or the voltage leads the current)for this essentially inductive circuit.3.Vc=iXC=(175mA-80)(289.4-90)=50.6V-1704.The power dissipated in the circuit is that lost in the resistance,Pr=i 2r=(175mA)2(10)=306mW.第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件
12、、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件19Series resonanceThe magnitude of the impedance for the series circuit,|Z|=|r+j(XL-XC)|,has a minimum value at the frequency that causes the reactive components to cancel each other.This condition,called resonance,leaves a purely resistive impedance,Z=r.To show what a dramatic d
13、ifference resonance can produce,repeat Example1-1 at a frequency just 10%below the 5.5MHz used before.Solution:Resonance occurs at 0=1/LC=31.6M rad/s,f0=5.03MHz1.XL=0L=316,and XC=1/0C=316,Hence,Z=10+j316 j316=10 2.i=v/Z=10V/10=1A=Imax.3.Vc=iXC=(1A)(-j316)=316V-904.Pr=i 2r=(1A)2(10)=10W.第2章 高频电路基础第二讲
14、第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件20第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件21第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件22Remarkable result:1.The current reaches a maximum at resonance which is limited only by the circuit resistance.2.The voltage dropped across the capacitor is 316V,but the vo
15、ltage applied to the circuit is only 10V!This is increase of 31.6 times.The ratio of 31.6 is called the Q(quality factor)of the circuit.Q is also can be calculated from 316/10,which formally is Q=XL/r (or Q=XC/r )Circuit Q is defined as the ratio of maximum energy stored to the amount lost per ac cy
16、cle.3.The Q of a circuit is very important in communications because it determines the 3dB bandwidth of resonant circuits.4.BW=f0/Q BW=5.03MHz/31.6=159.2kHz第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件23第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件24第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件25 图2
17、 4 串联振荡回路及其特性 第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件26(2 1)(2 2)(2 3)在任意频率下的回路电流 I 与谐振电流 I0 之比为串联阻抗:串联谐振角频率:谐振电流:(2 4)第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件27 其模为 其中,(2 5)(2 6)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 第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件28 在实际应用中,外加信号的频率与回路谐振频率0之
18、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)其模可写为:(2 9)广义失谐:通频带:(2 10)由式矩形系数K0.1=9.95第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件29知识点:1.串联谐振角频率;2.串联谐振时,串联阻抗最小,为一纯电阻;3.回路的品质因数,谐振曲线越尖锐,通频带B越小,回路的频率选择性越好;4.矩形系数K0.1=9.95,与品质因数无关;5.串联谐振时电感及电容上的电压为最大,其值为电阻上电压值的Q倍,也就是恒压源的电压值的Q倍。第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件
19、高频电路中的元件、器件和组件30信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响信号源内阻及负载对串联谐振回路的影响 通常把没有接入信号源内阻和负载电阻时回路本身的通常把没有接入信号源内阻和负载电阻时回路本身的Q值叫做无载值叫做无载Q(空载(空载Q值)值)如式如式 把接入信号源内阻和负载电阻的把接入信号源内阻和负载电阻的Q值叫做有载值叫做有载Q值,用值,用QL表示:表示:其中其中R为回路本身的损耗,为回路本身的损耗,RS为信号源内阻,为信号源内阻,RL为负载为负载 结论:串联谐振回路通常适用于信号源内阻结论:串联谐振回路通常适用于信号源内阻结论:串联谐振回路通常适用于信号源内阻结论:串联谐振回路通常适用于
20、信号源内阻RsRsRsRs很小很小很小很小(恒压恒压恒压恒压源)和负载电阻源)和负载电阻源)和负载电阻源)和负载电阻R R R RL L L L也不大的情况。也不大的情况。也不大的情况。也不大的情况。第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件31(2)并联谐振回路:当高负载阻抗时,并联谐振回路应用最广。结构:电感线圈、电容结构:电感线圈、电容C C、外加信号源相互并联的、外加信号源相互并联的 振荡回路。振荡回路。问题问题:找出谐振点找出谐振点?谐振点特点谐振点特点?回路的参数回路的参数?与串联回路的差别与串联回路的差别?第2章 高频电路基础第二讲
21、第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件32 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)第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件33一般一般一般一般 L L r,r,代入上式代入上式代入上式代入上式 :第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件34当Q1时:回路的品质因数回路在谐振时的阻抗最大,为一电阻并联谐振频率第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路
22、中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件35 谐振时电感支路或者电容支路的电流幅值为外加电流源谐振时电感支路或者电容支路的电流幅值为外加电流源I IS S的的 Q倍。因此,并联谐振又称为电流谐振。倍。因此,并联谐振又称为电流谐振。一般一般Q为几十到几百,因此信号源的电流不是很大,而支路为几十到几百,因此信号源的电流不是很大,而支路内的电流却是很大。内的电流却是很大。第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件36(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。第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频
23、电路中的元件、器件和组件37知识点:1.并联电阻R0是等效到回路两端的并联谐振电阻;2.回路的品质因数,并联谐振电阻R0在谐振频率附近变化越快,谐振曲线越尖锐,回路的频率选择性越好;3.并联谐振回路的通频带B 相同;相同;串联谐振回路的通频带B 相同;相同;4.谐振时,电感及电容上的电流为外部电流的Q倍。5.理想电感内阻r为零,并联谐振阻抗无穷大,串、并联回路能量无损。第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件38第2章 高频电路基础第二讲第二讲 高频电路中的元件、器件和组件高频电路中的元件、器件和组件39信号源内阻和负载电阻对并联谐振回路的影响
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