第2章 高频电路基础.ppt

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1、第2章 高频电路基础谐振回路谐振回路2.1非线性电子线路的基本概念非线性电子线路的基本概念2.2频率变换和混频电路频率变换和混频电路2.3 第2章 高频电路基础2.1.1 2.1.1 并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性 1并联谐振回路阻抗频率特性并联谐振回路如图2-1所示。图（a）中，r 代表线圈L 的等效损耗电阻，RP 为图（b）的等效电阻。由于电容器的损耗很小，略去其损耗电阻。 为电流源， 为并联 回路两端输出电压。 由图2-1可知并联谐 振回路的等效阻抗为：SIOU由图（a）可得 （2-1）由图（b）可得 （2-2） （2-3）CjLjrCjLjrIUZSO/ 1)/ 1)(L

2、jCjRZP111PRLC11arctan2.1.1 2.1.1 并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性在实际电路中，通常 r很小，满足r ，因此，式（2-1）可近似为 （2-4）当 时，回路产生谐振，由式（2-4）可知并联谐振回路在谐振时其等效阻抗为纯电阻且为最大，可用符号 表示，即 （2-5）并联谐振回路的谐振频率 或 （2-6）L)/1(/CLjrCLZCrLRZPLC10LCf210LC/ 12.1.1 2.1.1 并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性 在 LC谐振回路中，为了评价谐振回路损耗的大小， 常引入品质因数 Q，它定义为回路谐振时的感抗（或容抗）与回路等效损耗电

3、阻r 之比，即 （2-7） 式（2-4）代入式（2-7），则得 （2-8） 一般LC谐振回路的Q值在几十到几百范围内， Q值愈大，回路的损耗愈小，其选频特性就愈好。将式（2-8）代入式（2-5）可得 （2-9）rCrLQ00/1rCLQ/CLQrQrrrCLrCLRp2/2.1.1 2.1.1 并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性将式（2-5）、式（2-6）和式（2-7）代入式（2-4），则得并联谐振回路阻抗频率特性为 （2-10） 通常，谐振回路主要研究谐振频率 附近的频率特性。由于 十分接近于 ，故可近似认为 2 ， 2，并令 ，则式（2-10）可写成 （2-11）)(1)(1/

4、)1(100000jQRrLjRrCLjRZPPP000000021jQRZP2.1.1 2.1.1 并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性其幅频特性和相频特性分别为 （2-12） （2-13）2021QRZP)2arctan(0Q2.1.1 2.1.1 并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性根据式（2-12）和式（2-13）可作出并联谐振回路阻抗幅频特性和相频特性曲线，如图2-2（a）、（b）所示。 图2-2 并联谐振回路阻抗频率特性曲线（a）幅频特性曲线 （b）相频特性曲线 2.1.1 2.1.1 并联谐振回路的选频特性并联谐振回路的选频特性2并联谐振回路的通频带和选择性并联谐

5、振回路的通频带和选择性（1）电压谐振曲线 上面已求得并联谐振回路的阻抗频率特性。当维持信号源 的幅值不变时，改变其频率，并联回路两端电压 的变化规律与回路阻抗频率特性相似。由图2-1可知，并联回路两端输出电压 等于 （2-14） 将式（2-11）代入式（2-14），则得 （2-15）SI0UZIU000002121ffjQUjQRIUPPS用 对式（2-15）两边相除并取模数，即得并联谐振回路输出电压幅频特性（归一化谐振函数）为 （2-16）输出电压相频特性为 （2-17）根据式（2-16）和式（2-17）可以给出并联谐振回路以失调量 表示的幅频特性和相频特性曲线，如图2-3（a）、（b）所示

6、。由图可见, Q值越大，幅频特性曲线越尖锐，相移特性曲线越陡峭。PU200211ffQUUP)2arctan(0ffQf2并联谐振回路的通频带和选择性并联谐振回路的通频带和选择性 图2-3 并联谐振回路幅频特性和相频特性曲线 （a）幅频特性 （b）相频特性（2）通频带 当占有一定频带的信号在并联回路中传输时，由于幅频特性曲线的不均匀性，输出电压便不可避免地产生频率失真。为了限制谐振回路频率失真的大小而规定了谐振回路的通频带。图2-4 并联谐振回路的通频带和选择性2并联谐振回路的通频带和选择性并联谐振回路的通频带和选择性（3）选择性 选择性是指回路从含有各种不问频率信号总和中选出有用信号、排除干

7、扰信号的能力。由于谐振回路具有谐振特性，所以它具有选择有用信号的能力。回路的谐振曲线越尖锐，对无用信号的抑制作用越强，选择性就越好。2并联谐振回路的通频带和选择性并联谐振回路的通频带和选择性2.1.2 串联谐振回路的选频特性 图2-5是LC 串联谐振回路的基本形式，其中 是电感 的损耗电阻。由图可知并联谐振回路的等效阻抗为CjLjrCjLjrIUZO11图2-5 LC串联谐振回路 2.1.3 阻抗变换电路1信号源及负载对谐振回路的影响信号源及负载对谐振回路的影响图2-7（a）所示为实用的并联谐振回路,图中 为信号源内阻， 为负载电阻。由图2-7（a）可写出 、 串联电路的导纳为2222221L

8、rLjLrrLjrY （a）电路 （b）等效电路 （c）简化电路 图 2-7 实用并联谐振回路当r 时， ,所以，上式可近似为 （2-27）可见，式（2-27）可以看成一个电阻与电感L的并联电路。由于谐振回路通常研究在谐振频率附近的特性，所以式（2-27）中的 近似等于 （2-28）2222221LrLjLrrLjrYL22222LLr2222LLjLrYrL/22pRCrLrLrL22022 2.1.3 阻抗变换电路由此可见，将并联谐振回路中电感与电阻串联电路变换成电感与电阻并联电路时，在 r 时，电感值可近似不变，并联的电阻值变为 ,它比串联电阻值r 大很多。 将图2-7(b)中所有电阻合

9、并为 ，即 （2-29）因此，可把图2-7（b）简化为图2-7（c）所示.由式（2-9）可得 (2-30)LpRLpseRRRR/eRLCRQee 2.1.3 阻抗变换电路2常用阻抗变换电路常用阻抗变换电路（1）变压器分压式电路 （2-31）由此不难得到负载电阻 折算到 一次绕组两端的等效电阻 为 （2-32）122121IIUUNNnLLRnnIUnIUR22211/ 图2-8 变压器阻抗变换电路（2）电感分压式电路图2-9 所示为电感分压器阻抗变换电路，该电路也称为自耦变压器阻抗变换电路。 （2-33） 由此不难得到负载电阻 折算到 一次绕组两端的等效电阻 为 （2-34）12212212

10、212IIUUMLMLLNNNnLLRnnIUnIUR22211/LRLR图2-9 电感分压器阻抗变换电路（3）电容分压式电路图中 、 为分压电容器， 为负载电阻， 是 经变换后的等效电阻。 设电容 、 是无耗的，根据 和 上所消耗的功率相等，即 可得 （2-35）式中 ,当 时，可求得由此可得 （2-36）1C2CLRLR LRLLLRnRUUR2221/21/UUn 211CR211122121121/1CCCUCCCCCUU12121CCCUUn图2-10 电容分压器阻抗变换电路2.2 2.2 非线性电子线路的基本概念非线性电子线路的基本概念2.2.1 线性与非线性电路。 全部由线性或处

11、于线性工作状态的元器件组成的电路称为线性电路，电路中只要含有一个元器件是非线性的或处于非线性工作状态的，则称为非线性电路。图2-12 线性与非线性电阻器件伏安特性曲线（a）线性电阻器件 （b）非线性电阻器件2.2.1 线性与非线性电路 图2-13 非线性器件在不同正弦电压作用下的电流波形2.2.1 线性与非线性电路2.2.2 非线性电路的基本特点由非线性器件构成的非线性电路有以下基本特点： （1）非线性电路能够产生新的频率分量，具有频率变换作用； （2）非线性电路分析上不适用叠加定理： （3）当作用信号很小，工作点取得适当时，非线性电路可近似按线性电路进行分析。 2.3 2.3 频率变换和混频

12、电路频率变换和混频电路2.3.1 概述 2.3.2 混频基本原理2.3.3二极管环形混频器和双差分对混频器2.3.4 混频电路图识读2.3.5 混频干扰2.3.1 概述 混频电路广泛应用于通信及其他电子设备中，它是超外差接收机的重要组成部分。在发送设备中可用它来改变载波频率，以改善调制性能。在频率合成器中常用它来实现频率的加、减运算，从而得到各种不同频率等。2.3.2 混频基本原理混频电路又称变频电路，其作用是将已调信号的载频变换成另一载频，变换后新载频已调波的调制类型（调幅、调频等）和调制参数（如调制频率、调制系数等）均不改变。图2-14 混频电路的作用2.3.3二极管环形混频器和双差分对混

13、频器二极管环形混频器的主要优点是工作频带宽，可达到几千兆赫，噪声系数低，混频失真小，动态范围大等，但其主要缺点是没有混频增益。图2-16 二极管环形混频电路 图2-17 MC1496构成的混频电路2.3.3二极管环形混频器和双差分对混频器2.3.4 混频电路图识读1晶体管混频电路晶体管混频电路晶体管混频电路是利用晶体管转移特性的非线性特性实现混频的。图2-18 晶体管混频电路原理图图2-19 中波调幅收音机变频电路2.3.4 混频电路图识读2双栅双栅MOS场效应管混频电路场效应管混频电路由于场效应管的转移特性具有二次特性，所以双栅极MOS场效应管混频电路输出信号中的组合频率分量比晶体管的少，同

14、时，它还有动态范围大、工作频率高等优点。（a）电路 （b）双栅场效应管等效电路 图2-20 双栅MOS场效应管混频电路2.3.4 混频电路图识读2.3.5 混频干扰1信号与本振产生的组合频率干扰信号与本振产生的组合频率干扰混频器在信号电压和本振电压的共同作用下，产生了许多组合频率分量，它们可表示为 （2-46）式中，p 、q 分别为本振频率和信号频率的谐波次数，它们均为任意正整数。绝对值号表示在任何情况下频率不可能为负值。qPf、LpfCqf2干扰与本振产生的组合频率干扰干扰与本振产生的组合频率干扰凡能加到混频器输入端的外来干扰信号，均可以在混频器中与本振电压产生混频作用，若形成的组合频率满足

15、 （2-47）就会形成干扰。 为外来干扰信号的频率，p ,q分别为本振频率 和干扰信号频率 的谐波次数，它们为任意正整数。LpfNqfIfNfNfIf图2-21 镜像干扰分布情况 2.3.5 混频干扰3交叉调制和互相调制干扰交叉调制和互相调制干扰（1）交叉调制干扰（简称交调干扰）交叉调制干扰是由混频器非线性特性的高次方项所引起的。抑制交叉调制干扰的主要措施有： 提高混频器前端电路的选择性、尽量减小干扰信号的幅度是抑制交叉调制干扰的有效措施。 选用合适的器件和合适的工作状态，使混频器的非线性高次方项尽可能减小。 采用抗干扰能力较强的平衡混频器和模拟相乘器混频电路。 2.3.5 混频干扰（2）互相调制干扰（简称互调干扰）两个（或多个）干扰信号同时加到混频器输入端，由于混频器的非线性作用，两干扰信号与本振信号相互混频，产生的组合频率分量若接近于中频，它就能顺利地通过中频放大器，经检波器检波后产生干扰。 2.3.5 混频干扰