第1章小信号放大器1LC选频网络

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1、第1章 高频小信号谐振放大器第第1章章 高频小信号谐振放大器高频小信号谐振放大器 1.0 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 1.1 LC选频网络选频网络第1章 高频小信号谐振放大器 1.0 高频电路中的元件、高频电路中的元件、 器件和组件器件和组件 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。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 高频电路中的元件高频电路中的元件 1） 电阻电阻 一个实际的电阻器, 在低频时主要表现为电阻特

2、性, 第1章 高频小信号谐振放大器 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1-1所示, 其中，CR为分布电容， LR为引线电感，R为电阻。 LRCRR 图 1-1 电阻的高频等效电路 第1章 高频小信号谐振放大器 2） 电容电容 由介质隔开的两导体即构成电容。 一个电容器的高频等效电路如图1-2（a）所示。 理想电容器的阻抗1/(jC), 如图1- 2（b）虚线所示, 其中, f为工作频率。 图1-2 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 LCRCC(a)阻

3、抗频率 f(b)0理想电容第1章 高频小信号谐振放大器 3） 电感电感 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1-3所示。 阻抗与相角阻抗相角频率 fSRF0 图 1-3 高频电感器的自身谐振频率SRF 第1章 高频小信号谐振放大器 2 高频电路中的有源器件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

4、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: 一类是作小信号放大的高频小功率管, 对它们的主要要求是高增益第1章 高频小信号谐振放大器 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。 1.0.2高频电路中的组件高频电路中的组件 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、

5、 频率选择及阻抗变换等功能。 第1章 高频小信号谐振放大器1.1 LC选频网络选频网络 1.1.1 选频网络的基本特性选频网络的基本特性 图1-4 选频电路的幅频特性如图1-4所示，纵坐标为归一化幅频特性， 为选频电路的谐振频率。 为 由1下降到 时两边界频率间的频带宽度，称为通频带B。0f7.02f)(f2/17.0122fffB7.01.01.022矩形系数ffK第1章 高频小信号谐振放大器 理想：有效频带宽度内，各频率分量延迟时间 为常数 实际：相移不成线性关系，不可避免产生相位失真，导致输出信号包络波形发生变化。 图1-5 选频电路的相频特性选频网络相频特性：ggdffd)(第1章 高

6、频小信号谐振放大器1、 简单振荡回路简单振荡回路（1） 串联谐振回路。 1.1.2 LC选频回路选频回路 LrCX 00容性感性(a)(b)|ZS|r00(c)0 /20(d)/2 图1-6 串联谐振回路及其特性 第1章 高频小信号谐振放大器 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)1(1CLjrCjLjrZS（1-1） LC10（1-2） UrUI0 （1-3） 在任意频率下的回路电流 与谐振电流之比为I 谐振阻抗：rR0第1章 高频小信号谐振放大器)(11)(11111000000jQrLjrCLjZrrUZUIIS

7、S(1-4) CrrLQQII00200201)(11 其模为 其中, （1-5） （1-6） 第1章 高频小信号谐振放大器 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（1-7）画出相应的曲线如图1-7所示, 称为谐振曲线。 UL.UC.0U.I0.II0Q1 Q2Q1Q20 图 1-7串联谐振回路的谐振曲线图1-8 串联回路在谐振时的电流、 电压关系 CrrLQ001第1章 高频小信号谐振放大器 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, 000000202002)(2)(-ff（1-7）（1-8） 令 为

8、广义失谐, 则式（1-5）可写成2011II(1-9) 0022ffQwwQ第1章 高频小信号谐振放大器 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（1-9）等于 , 则可推得=1, 从而可得带宽为.2121QffB02(1-10) II0Q1 Q2Q1Q20 图 1-7串联谐振回路的谐振曲线第1章 高频小信号谐振放大器信号源内阻及负载对信号源内阻及负载对LC回路的影响：回路的影响：rLCRSuSRL振阻抗的变化对电路的影响体现在谐和负载电源内阻LsRR谐振阻抗：LsRRrR0品质因数Q：00

9、RLwQSLLsRRrLw0当谐振回路外接信号源内阻及负载后，回路的损耗增加，Q值减小，因此通频带加宽，选择性变坏。CwRRrQLsSL0)(1或仿真第1章 高频小信号谐振放大器LrCCIC.IR.R0IL.L0B11/ 2Q1 Q2Q1Q20 /2/2感性Q2Q1Q1 Q2容性Z(a)(b)(c)(d)U.0|zp|/R0I. 图1-9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 （2）并联谐振回路）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）。 第1章 高频小信

10、号谐振放大器 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LC10Q为回路的品质因数, 有 回路在谐振时的阻抗最大, 为一电阻R0CQLQCrLR000（1-12） 并联谐振回路的并联阻抗为 1()1prj Lj CZrj Lj Cwwww+=+(1-11) CrrLQ001jwCjwLrCL1/)1(1wLwCjLrCRwL通常第1章 高频小信号谐振放大器jRjQRZjQCrLZpp121)(10000（1-13） （1-14）并联回路通常用于窄带系统, 此时与0相差不大, 式（1-13）可进一步简化为式中, =-0。 对应的阻抗模值与幅角分别