第一章 高频电路基础.docx

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第一章高频电路基础

第一章高频电路基础

1.1高频电路中的元器件

1.2高频振荡回路

1.3高频变压器和传输线变压器

1.4各种滤波组件

1.基本内容

高频电路基本上是由无源元件、有源器件和无源网络组成的。

高频电路中使用的元器件与低频电路中使用的元器件频率特性是不同的。

高频电路中无源线性元件主要是电阻（器）、电容（器）和电感（器）。

掌握本章内容是非常重要的。

2.基本要求

（1）充分了解高频电路基本元件。

（2）掌握电阻（器）、电容（器）和电感（器）的物理特性,等效电路和电阻（器）、电容（器）和电感（器）。

电阻（器）、电容（器）和电感（器）与基本计算方法。

第一节高频电路中的元器件

一、高频电路中的元件

（一）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。

图1—1电阻的高频等效电路

（二）电容

由介质隔开的两导体构成电容。

一个理想电容器的容抗为1/（jωC）,电容器的容抗与频率的关系如图1—2（b）虚线所示,其中f为工作频率,ω=2πf。

一个实际电容C的高频等效电路如图1—2（a）所示,其中Rc为损耗电阻，Lc为引线电感。

容抗与频率的关系如图1—2（b）实线所示,其中f为工作频率,ω=2πf。

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

（三）电感

理想高频电感器L的感抗为jωL,其中ω为工作角频率。

实际高频电感器存在分布电容和损耗电阻，自身谐振频率SRF。

在SRF上,高频电感阻抗的幅值最大，而相角为零,特性如图1—3所示。

图1—3高频电感器的自身谐振频率SRF

二、高频电路中的有源器件

（一）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。

（二）晶体管与场效应管（FET）

在高频中应用的晶体管仍然是双极型晶体管和各种场效应管，在外形结构方面有所不同。

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;另一类为高频功率管,其在高频工作时允许有较大管耗，且输出功率较大。

（三）集成电路

用于高频的集成电路的类型和品种主要分为通用型和专用型两种。

第三节高频变压器和传输线变压器

一、高频变压器及其特点

变压器是靠磁通交链,或者说是靠互感进行耦合的。

（1）为了减少损耗,高频变压器常用导磁率μ高、高频损耗小的软磁材料作磁芯。

（2）高频变压器一般用于小信号场合,尺寸小,线圈的匝数较少。

图1—14高频变压器的磁芯结构

（a）环形磁芯;（b）罐形磁芯;（c）双孔磁芯

图1—15高频变压器及其等效电路

（a）电路符号;（b）等效电路图1—16（a）是一中心抽头变压器的示意图。

初级为两个等匝数的线圈串联,极性相同，设初次级匝比n=N1/N2。

作为理想变压器看待,线圈间的电压和电流关系分别为

图1—16中心抽头变压器电路

（a）中心抽头变压器电路;（b）作四端口器件应用3.2传输线变压器

二、传输线变压器及其特点

传输线变压器就是利用绕制在磁环上的传输线而构成的高频变压器。

图1—17为其典型的结构和电路图。

图1—17传输线变压器的典型结构和电路

（a）结构示意图;（b）电路

图1—18传输线变压器的工作方式

（a）传输线方式;（b）变压器方式

图1—19传输线变压器的应用举例

（a）高频反相器;（b）不平衡—平衡变换器;（c）1∶4阻抗变换器;（d）3分贝耦合器

第四节各种滤波组件

一、石英晶体谐振器

（一）物理特性

石英晶体谐振器是由天然或人工生成的石英晶体切片制成。

（二）等效电路及阻抗特性

图1—22是石英晶体谐振器的等效电路。

由图1—22（b）可看出,晶体谐振器是一串并联的振荡回路,其串联谐振频率fq和并联谐振频率f0

图1-20石英晶体的形状及各种切型的位置

（a）形状；（b）不同切型位置;（c）电路符号

图1—21石英晶体谐振器（a）外形；（b）内部结构

图1—22晶体谐振器的等效电路

（a）包括泛音在内的等效电路;（b）谐振频率附近的等效电路

图1—22（b）所示的等效电路的阻抗的一般表示式为

在忽略rq后,上式可化简为

图1—23晶体谐振器的电抗曲线

图1—24晶体滤波器的电路与衰减特性（a）滤波器电路;（b）衰减特性

二、集中滤波器

（一）陶瓷滤波器

图1—25陶瓷滤波器电路

图1—26声表面波滤波器的结构和幅频特性（a）结构示意图（b）均匀对称的幅频特性

（二）声表面波滤波器

图1—26（a）中的声表面波滤波器的传输函数为

图1--27一种用于通信机中的声表面波滤波器

（三）衰减器与匹配器

高频衰减,匹配器

图1—28T型和Π型网络

图1—29T型电阻网络匹配器