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1、认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目第二章第二章高频电路基础高频电路基础 刘桂云刘桂云2009.02.18/2011.02.182.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件2.2 高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路2.3 电子噪声及其特性电子噪声及其特性2.4 噪声系数和噪声温度噪声系数和噪声温度认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目2.1 高频电路中的元器件高频电路中的元器件 高频电路基本组成高频电路基本组成:有源器件、有源器
2、件、无源元件和无无源元件和无源网络。源网络。高频电路中使用的元器件与在低频电路中的基高频电路中使用的元器件与在低频电路中的基本相同本相同,不同在于它们在高频使用时的高频特性。不同在于它们在高频使用时的高频特性。高频电路中的元件主要有电阻高频电路中的元件主要有电阻(器器)、电容电容(器器)和电感和电感(器器)，都属于无源的线性元件。，都属于无源的线性元件。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目2.2.1高频电路中的元件高频电路中的元件1.高频电阻高频电阻电阻器电阻器：低频时，电阻特性；：低频时，电阻特性；高频时，电阻
3、特性高频时，电阻特性,电抗特性（高频特性）。电抗特性（高频特性）。一个电阻一个电阻R的高频等效电路如图的高频等效电路如图2.1所示所示,其其中中,CR为分布电容为分布电容,LR为引线电感为引线电感,R为电阻。为电阻。图图 2.1 电阻的高频等效电路电阻的高频等效电路认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目一般，电阻的高频特性：一般，电阻的高频特性：金属膜电阻金属膜电阻碳膜电阻碳膜电阻绕线电阻；绕线电阻；表面贴装电阻表面贴装电阻引线电阻；引线电阻；小尺寸电阻小尺寸电阻大尺寸电阻。大尺寸电阻。频率越高，电阻器的高频特性越
4、明显。频率越高，电阻器的高频特性越明显。使用时，尽量减小高频特性的影响，使之表现为纯电阻。使用时，尽量减小高频特性的影响，使之表现为纯电阻。金属膜电阻金属膜电阻 碳膜电阻碳膜电阻 线绕电阻线绕电阻 认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目一个高频电容器的等效电路如图一个高频电容器的等效电路如图2.2（a）所示，其中）所示，其中Rc为极间绝缘电阻，为极间绝缘电阻，Lc为等效电感。为等效电感。理想电容器的阻抗为理想电容器的阻抗为1/(jC),如图如图2.2（b）虚线所示，实际特性如实线所示，）虚线所示，实际特性如实线所示
5、，存在自身谐振频率存在自身谐振频率SRF。图图2.2电容器的高频等效电路电容器的高频等效电路(a)电容器的等效电路电容器的等效电路;（b）电容器的阻抗特性电容器的阻抗特性2.高频电容高频电容认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 高频电感主要用作谐振元件、滤波元件和高频电感主要用作谐振元件、滤波元件和阻隔元件，一般由导线绕制而成。阻隔元件，一般由导线绕制而成。在高频电路中，高频电感的损耗电阻主要是交流电阻，在高频电路中，高频电感的损耗电阻主要是交流电阻，频率越高，高频电感的损耗越大。频率越高，高频电感的损耗越大。一
6、般由一般由品质因数品质因数Q来表征其损耗性能。来表征其损耗性能。Q值越高，电值越高，电感的储能作用越强，损耗越小。感的储能作用越强，损耗越小。一般，在中短波段和米波波段，高频电感可等效为电一般，在中短波段和米波波段，高频电感可等效为电感和电阻串联或并联；工作频率更高时，等效电路还应考感和电阻串联或并联；工作频率更高时，等效电路还应考虑分布电容的存在，与电感并联。虑分布电容的存在，与电感并联。3.高频电感高频电感 认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 理想电感器理想电感器L的感抗为的感抗为jL。实际高频电感器存在分
7、布实际高频电感器存在分布电容、损耗电阻，因此也有自身谐振频率电容、损耗电阻，因此也有自身谐振频率SRF。实际高频电。实际高频电感器特性如图感器特性如图2.3所示。所示。图图2.3高频电感器的自身谐振频率高频电感器的自身谐振频率SRF认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目2.2.2高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件 主要有二极管、晶体管和集成电路主要有二极管、晶体管和集成电路,完成信号的放大、完成信号的放大、非线性变换等功能。非线性变换等功能。1.二极管二极管在高频中主要用于检波、在高频中主要用于检波、调制、调
8、制、解调及混频等非线性解调及混频等非线性变换电路中变换电路中,工作在低电平。工作在低电平。主要有点触式二极管和表面势垒二极管，其极间电容小，主要有点触式二极管和表面势垒二极管，其极间电容小，工作频率高。工作频率高。变容二极管变容二极管：PN结反偏时，势垒电容随反偏电压变化而变结反偏时，势垒电容随反偏电压变化而变化。化。用于振荡回路、电调谐器等。用于振荡回路、电调谐器等。PIN二极管：高频等效电阻受正向电流控制。用作电可控开二极管：高频等效电阻受正向电流控制。用作电可控开关，限幅器等。关，限幅器等。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展
9、开了“精准扶贫”项目3.集成电路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集成电路少得多,主要分为通用型和专用型两种。主要分为通用型和专用型两种。2.晶体管与场效应管（晶体管与场效应管（FET）高频晶体管有两大类型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一类是作小信号放大的高频小功率管,对其主要要对其主要要求是高增益和低噪声求是高增益和低噪声;另一类为高频功率放大管另一类为高频功率放大管,除了增益外除了增益外,要求其在要求其在高频时有较大的输出功率。高频时有较大的输出功率。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对
10、症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目2.2高频电路中的基本电路高频电路中的基本电路 基本电路有高频振荡回路、高频变压器、谐振器与基本电路有高频振荡回路、高频变压器、谐振器与滤波器等，主要完成信号的传输、频率选择以及阻抗变滤波器等，主要完成信号的传输、频率选择以及阻抗变换等功能。换等功能。2.2.1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、也是构成高频放大器、振荡器以及各种滤波器的主要振荡器以及各种滤波器的主要部件部件,主要完成阻抗变换、主要完成阻抗变换、信号选择等
11、任务信号选择等任务,并可直接并可直接作为负载使用。作为负载使用。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目振荡回路就是由振荡回路就是由L和和C串联或并联形成的回路。串联或并联形成的回路。（1）并联谐振回路并联谐振回路并联谐振回路由于阻抗较大，且有阻抗变换功能，在并联谐振回路由于阻抗较大，且有阻抗变换功能，在电路中除用作选频和滤波网络外，常直接作为放大器的负电路中除用作选频和滤波网络外，常直接作为放大器的负载使用。载使用。1.简单振荡回路简单振荡回路谐振特性谐振特性：简单振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有阻：简单振荡回路
12、的阻抗在某一特定频率上具有阻抗最大和最小值的特性。特定频率为抗最大和最小值的特性。特定频率为谐振频率谐振频率。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 图图2.4并联谐振回路及其等效电路、并联谐振回路及其等效电路、阻抗特性和辐角特性阻抗特性和辐角特性(a)并联谐振回路并联谐振回路;（b）等效电路）等效电路;（c）阻抗特性）阻抗特性;（d）辐角特性）辐角特性并联谐振回路电路如图并联谐振回路电路如图2.4（a）所示，其并联阻抗为：）所示，其并联阻抗为：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国
13、家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目定义使感抗与容抗相等的频率为并联谐振频率定义使感抗与容抗相等的频率为并联谐振频率0,令令Zp的虚部为零的虚部为零,求解方程的根就是求解方程的根就是0,可得可得式中式中,Q为回路的品质因数为回路的品质因数,有有当当时时,回路在谐振时的阻抗最大回路在谐振时的阻抗最大,为一纯电阻为一纯电阻R0称为回路的称为回路的中心频率。中心频率。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目并并联联回回路路通通常常用用于于窄窄带带系系统统,此此时时与与0相相差差不不大大,上上式式可进一步简化为：
14、可进一步简化为：式式中中,=-0，为为失失谐谐;=2Q/0为为广广义义失失谐谐。对对应的阻抗模值与幅角分别为应的阻抗模值与幅角分别为高高Q条件下，并联回路在谐振频率附近的阻抗可表示为：条件下，并联回路在谐振频率附近的阻抗可表示为：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目3dB通通频频带带：阻阻抗抗振振幅幅特特性性下下降降为为谐谐振振值值的的时时对对应应的的频率范围，通常用频率范围，通常用dB来表示。来表示。令式令式Zp/R0等于等于,则可推得则可推得=1,从而可得带宽为从而可得带宽为通频带和矩形系数：通频带和矩形系数
15、：矩阵系数：矩阵系数：Kr0.1=B0.1/B0.707对于并联谐振回路，对于并联谐振回路，认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2.5并联振荡回路中谐振时的电流、并联振荡回路中谐振时的电流、电压关系电压关系 并联谐振时，电流、电压关系：并联谐振时，电流、电压关系：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目例例2-1设设一一放放大大器器以以简简单单并并联联振振荡荡回回路路为为负负载载,信信号号中心频率中心频率fS=10MHz,回路电容回
16、路电容C=50pF,(1)试计算所需的线圈电感值。试计算所需的线圈电感值。(2)若若线线圈圈品品质质因因数数为为Q=100,试试计计算算回回路路谐谐振振电电阻及回路带宽。阻及回路带宽。(3)若若放放大大器器所所需需的的带带宽宽B=0.5MHz,则则应应在在回回路路上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求?解解:认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目将将f0以以兆兆赫赫兹兹(MHz)为为单单位位,以以皮皮法法(pF)为为单单位位,L以以微亨（微亨（H）为单位，）为单位，上式可变
17、为一实用计算公式上式可变为一实用计算公式:将将f0=fS=10MHz代入代入,得得(2)回路谐振电阻和带宽。由公式得回路谐振电阻和带宽。由公式得(1)计算计算L 值。值。由公式由公式可得可得认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目回路带宽为回路带宽为：(3)求求满满足足0.5MHz带带宽宽的的并并联联电电阻阻。设设回回路路上上并并联联电电阻阻为为R1,并并联联后后的的总总电电阻阻为为R1R0,总总的的回回路路有有载载品品质因数为质因数为QL。由带宽公式由带宽公式,有有此时要求的带宽此时要求的带宽B=0.5MHz,故故
18、回路总电阻为回路总电阻为认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目(2)串联谐振回路。串联谐振回路。图图2.6（a）是最简单的串联振荡回路。）是最简单的串联振荡回路。图图2.6串联振荡回路及其特性串联振荡回路及其特性认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 若若在在串串联联振振荡荡回回路路两两端端加加一一恒恒压压信信号号,则则发发生生串串联联谐谐振振时时因因阻阻抗抗最最小小,流流过过电电路路的的电电流流最最大大,称称为为谐谐振振电电流流,其值
19、为其值为 在任意频率下的回路电流在任意频率下的回路电流与谐振电流之比为与谐振电流之比为串联谐振回路阻抗为：串联谐振回路阻抗为：回路中心频率为：回路中心频率为：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 其模为其模为其中其中,认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图为串联回路在谐振时的电流、图为串联回路在谐振时的电流、电压关系电压关系串联回路谐振时电流、电压关系：串联回路谐振时电流、电压关系：UL=UC=QU认识到了贫困户贫困的根本原因，才能
20、开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图27几种常见抽头振荡回路几种常见抽头振荡回路负载或信号源与回路电感或电容部分相接。负载或信号源与回路电感或电容部分相接。2.抽头并联振荡回路抽头并联振荡回路 认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目采用抽头回路，可以通过改变抽头位置或电容采用抽头回路，可以通过改变抽头位置或电容分压比来实现回路与信号源的阻抗匹配或进行阻分压比来实现回路与信号源的阻抗匹配或进行阻抗变换。在这种部分接入方式电路中，有一个回抗变换。在这种部分接入方式电路
21、中，有一个回路与外电路之间的调节因子路与外电路之间的调节因子抽头系数抽头系数p。p定义：与外电路相连的那部分电抗与本回路参与定义：与外电路相连的那部分电抗与本回路参与分压的同性质总电抗之比。分压的同性质总电抗之比。表达式：表达式：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目电路分析电路分析 对于图对于图2.7（a）、（）、（b）电路，回路窄带高）电路，回路窄带高Q，电路，电路谐振，谐振，ILI。当谐振时，输入端呈现的电阻当谐振时，输入端呈现的电阻设为设为R，由功率相，由功率相等，有等，有对于（对于（a）电路，）电路，p=
22、（L1+M）/L或或p=N1/N对于（对于（b）电路，）电路，p=C1/(C1+C2)电阻折合式电阻折合式。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目电路失谐不大，电路失谐不大，p又不是很小的情况下，输入端又不是很小的情况下，输入端阻抗也有类似关系阻抗也有类似关系:信号源折合关系：信号源折合关系：对于电压源，对于电压源，U=pUT对于电流源（如图对于电流源（如图2-8），），IT=pI图图2-8电流源的折合电流源的折合认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了
23、“精准扶贫”项目谐振时的回路电流谐振时的回路电流IL和和IC与与I的比值要小些的比值要小些,而不再是而不再是Q倍。倍。由由P越小，越小，IL与与I比值越小，将不满足假设条件比值越小，将不满足假设条件ILI。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目3.耦合振荡回路耦合振荡回路主要功能主要功能：1.阻抗变换；阻抗变换；2.较好的频率特性。较好的频率特性。图图2-10是两种常见的耦合回路。是两种常见的耦合回路。（a）是互感耦合电路）是互感耦合电路,(b)是电容耦合回路。是电容耦合回路。在高频电路中在高频电路中,有时用到有时
24、用到两个互相耦合的振荡回路两个互相耦合的振荡回路,也称为双调谐回路。也称为双调谐回路。接有激励信号源的回路称为接有激励信号源的回路称为初级回路初级回路,与负载相接的与负载相接的回路称为回路称为次级回路次级回路或负载回路。或负载回路。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 图图210两两种种常常见见的的耦耦合合回回路路及及其其等等效效电电路路认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目对于（对于（b）电路）电路,耦合系数为耦合系数为耦合系数耦合
25、系数k反映两回路的相对耦合程度。反映两回路的相对耦合程度。反映阻抗：反映阻抗：对于（对于（a）电路，）电路，认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目耦合因子耦合因子：A=kQ同样方法可得电容耦合回路的转移阻抗特性为：同样方法可得电容耦合回路的转移阻抗特性为：电感耦合回路转移阻抗为：电感耦合回路转移阻抗为：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目归一化转移阻抗：归一化转移阻抗：转移阻抗：转移阻抗：临界耦合时，临界耦合时，A=1，k0=1/Q通
26、频带：通频带：矩形系数：矩形系数：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 图图2-11耦合回路的频率特性耦合回路的频率特性认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目2.2.2 高频变压器和传输线变压器高频变压器和传输线变压器 高频变压器与低频不同：高频变压器与低频不同：(1)为了减少损耗为了减少损耗,高频变压器常用导磁率高频变压器常用导磁率高、高、高频损耗高频损耗小的软磁材料作磁芯。小的软磁材料作磁芯。(2)高频变压器一般用于小信号场合高频
27、变压器一般用于小信号场合,尺寸小尺寸小,线圈的匝数线圈的匝数较少。故磁芯的结构形状与低频时不同，主要采用环形结较少。故磁芯的结构形状与低频时不同，主要采用环形结构和罐形结构，如图构和罐形结构，如图212（a）（）（b），还有双孔结构，），还有双孔结构，如如212（c）。）。1.高频变压器高频变压器 高频变压器常用于几十兆赫兹以下的高频电路高频变压器常用于几十兆赫兹以下的高频电路中，进行信号传输，阻抗变换，隔绝直流。中，进行信号传输，阻抗变换，隔绝直流。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 图图2-12高频变压器的
28、磁芯结构高频变压器的磁芯结构（a）环形磁芯环形磁芯;(b)罐形磁芯罐形磁芯;(c)双孔磁芯双孔磁芯图图2-13高频变压器及其等效电路高频变压器及其等效电路(a)电路符号电路符号;(b)等效电路等效电路高频变压器近似等效电路如下图：高频变压器近似等效电路如下图：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目设初次级匝比设初次级匝比n=N1/N2。作为理想变压器看待作为理想变压器看待,线圈线圈间的电压和电流关系分别为间的电压和电流关系分别为中心抽头变压器：中心抽头变压器：可用作功率分配器、功率合成器、平衡桥电路，也可与可用作功
29、率分配器、功率合成器、平衡桥电路，也可与有源器件组合构成非线性变换电路。有源器件组合构成非线性变换电路。电路如图电路如图2-14。图图2-14中心抽头变压器电路中心抽头变压器电路（a）中心抽头变压器电路中心抽头变压器电路;（b）作四端口器件应用作四端口器件应用 认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-15传输线变压器的典型结构和电路传输线变压器的典型结构和电路(a)结构示意图结构示意图;（b）电路电路利用绕制在磁环上的传输线而构成的高频变压器。用利用绕制在磁环上的传输线而构成的高频变压器。用于频率较高的电路中
30、，工作频带宽。于频率较高的电路中，工作频带宽。图图2-15为其典型的为其典型的结构和电路图。结构和电路图。2.传输线变压器传输线变压器认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-16传输线变压器的工作方式传输线变压器的工作方式(a)传输线方式传输线方式;(b)变压器方式变压器方式传输线变压器有两种工作方式：传输线方式和变压器方式，传输线变压器有两种工作方式：传输线方式和变压器方式，如图如图2-16所示。所示。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精
31、准扶贫”项目传输线主要参数为波速、波长及特性阻抗：传输线主要参数为波速、波长及特性阻抗：r为传输线的相的相对介介电常数。常数。Zc取决于传输线的横向尺寸参数。取决于传输线的横向尺寸参数。当传输线端接的当传输线端接的RL与特性阻抗与特性阻抗Zc相等时，传输线相等时，传输线上传输行波，有最大的传输带宽。上传输行波，有最大的传输带宽。传输线变压器通常作宽带应用，其带宽性能的好坏传输线变压器通常作宽带应用，其带宽性能的好坏与参数及结构尺寸的选择有关。与参数及结构尺寸的选择有关。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目2.2.
32、3 石英晶体谐振器石英晶体谐振器 1.物理特性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。制成。图图2-18石英晶体的形状及各种切型的位置石英晶体的形状及各种切型的位置（a）形状）形状（b）不同切型位置）不同切型位置（c）电路符号）电路符号认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 图图2-19石英晶体谐振器石英晶体谐振器（a）外形；（）外形；（b）内部结构）内部结构 石英晶体谐振器主要利用石英晶体的石英晶体谐振器主要利用石英晶体的压电效应压电效应，谐，谐振
33、时发生电能和机械能的转换。固有谐振频率与晶片的振时发生电能和机械能的转换。固有谐振频率与晶片的材料、几何形状、尺寸及振动方式有关。材料、几何形状、尺寸及振动方式有关。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目2.等效电路及阻抗特性等效电路及阻抗特性 图图2-20晶体谐振器的等效电路晶体谐振器的等效电路(a)包括泛音在内的等效电路包括泛音在内的等效电路;(b)谐振频率附近的等效电路谐振频率附近的等效电路图图2-20是石英晶体谐振器的等效电路。是石英晶体谐振器的等效电路。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后
34、药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目由图由图2-20(b)可看出可看出,晶体谐振器是一串并联的振荡回晶体谐振器是一串并联的振荡回路路,其串联谐振频率其串联谐振频率fq和并联谐振频率和并联谐振频率f0分别为分别为由于由于C0Cq,Cq/C01,可得：可得：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-22(b)所示的等效电路的阻抗的一般表示式为所示的等效电路的阻抗的一般表示式为:在忽略在忽略rq后后,上式可化简为上式可化简为:认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。
35、近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-21晶体谐振器的电抗曲线晶体谐振器的电抗曲线 晶体谐振器的特点晶体谐振器的特点:（1）晶体的谐振频率）晶体的谐振频率fq和和f0非常稳定。非常稳定。（2）品质因数非常高。）品质因数非常高。（3）接入系数非常小。）接入系数非常小。（4）晶体在工作频率附近阻抗变化率大，有很高的并联谐振阻抗。）晶体在工作频率附近阻抗变化率大，有很高的并联谐振阻抗。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-22 陶瓷滤波器电路陶瓷滤波器电路2.2.4集中滤波器集中滤波器
36、1.陶瓷滤波器陶瓷滤波器认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-23声表面波滤波器的结构和幅频特性声表面波滤波器的结构和幅频特性（a）结构示意图；（）结构示意图；（b）均匀对指的幅频特性）均匀对指的幅频特性2.声表面波滤波器声表面波滤波器认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-23(a)中的声表面波滤波器的传输函数为中的声表面波滤波器的传输函数为声表面波器件主要特性：声表面波器件主要特性：（1）工作频率范围宽。）工作频率范围
37、宽。（2）相对带宽也比较宽。）相对带宽也比较宽。（3）便于微型化和片式化。）便于微型化和片式化。（4）带内插入衰减较大。）带内插入衰减较大。（5）矩形系数小，可做到）矩形系数小，可做到1.12。故，较其他滤波器，频率选择性好，性能稳定，体积小，故，较其他滤波器，频率选择性好，性能稳定，体积小，设计灵活，可靠性高，制造简单且重复性好，适合大批生产。设计灵活，可靠性高，制造简单且重复性好，适合大批生产。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-24一种用于通信机中的声表面波滤波器特性一种用于通信机中的声表面波滤波器
38、特性认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目 图图2-25T型和型和型网络型网络 图图2-26T型电阻网络匹配器型电阻网络匹配器 2.2.5衰减器与匹配器衰减器与匹配器 1.高频衰减器高频衰减器调整信号传输通路上的信号电平。调整信号传输通路上的信号电平。2.高频匹配器高频匹配器3.使相连接的两部分高频电路阻抗匹配。使相连接的两部分高频电路阻抗匹配。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目2.3电子噪声及其特性电子噪声及其特性2.2.1概述概
39、述所谓干扰（或噪声）所谓干扰（或噪声）,就是除有用信号以外就是除有用信号以外的一切不需要的信号及各种电磁骚动的总称。的一切不需要的信号及各种电磁骚动的总称。2.2.2电子噪声的来源与特性电子噪声的来源与特性除纯电抗外，任何电子线路中都有电子噪声，对信号除纯电抗外，任何电子线路中都有电子噪声，对信号较弱场合影响较大。较弱场合影响较大。电子线路中，噪声来源：电阻热噪声和半导体管噪声。电子线路中，噪声来源：电阻热噪声和半导体管噪声。1.电阻热噪声电阻热噪声2.由于自由电子受热时不规则运动引起的电阻两由于自由电子受热时不规则运动引起的电阻两端电动势的大小和方向随机变化产生的。端电动势的大小和方向随机变
40、化产生的。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-27电阻热噪声电压波形电阻热噪声电压波形（1）热噪声电压和功率谱密度热噪声电压和功率谱密度 认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-28电阻热噪声等效电路电阻热噪声等效电路均方电压谱密度和均方电流谱密度：均方电压谱密度和均方电流谱密度：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目（2）线性电路中的热噪声
41、线性电路中的热噪声图图2-29热噪声通过线路电路的模型热噪声通过线路电路的模型多个电阻热噪声：多个电阻热噪声：通过线性网络：通过线性网络：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-30并联谐振回路的热噪声并联谐振回路的热噪声热噪声通过振荡回路：热噪声通过振荡回路：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目展开化简后得展开化简后得可得可得 并联回路可以等效为并联回路可以等效为Re+jXe（图（图2-30（c）,分分析输出噪声谱密度与析输出
42、噪声谱密度与Re、Xe的关系。的关系。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目输出端的均方噪声电压为输出端的均方噪声电压为认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-29是一线性系统是一线性系统,其电压传输函数为其电压传输函数为H(j)。设设输入一电阻热噪声输入一电阻热噪声,均方电压谱为均方电压谱为SUi=4kTR,输出均方电输出均方电压谱为压谱为SUo,则输出均方电压则输出均方电压为：为：设设|H(j)|的的最最大大值值为为H0,则则
43、可可定定义义一一等等效效噪噪声声带带宽宽Bn,令令（3）噪声带宽噪声带宽认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-31 线性系统的等效噪声带宽线性系统的等效噪声带宽 则等效噪声带宽则等效噪声带宽Bn为为认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目例：例：图图2-30的单振荡回路为例的单振荡回路为例,计算其等效噪声带宽。计算其等效噪声带宽。设回路为高设回路为高Q电路电路,谐振频率为谐振频率为f0，此回路的此回路的|H(j)|2可近似为可近似
44、为：式中式中,f 为相对于为相对于f0的频偏的频偏,由此可得等效噪声带宽由此可得等效噪声带宽为：为：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目2)分配噪声分配噪声基区载流子复合的随机性造成分配比变化。基区载流子复合的随机性造成分配比变化。3)闪烁噪声闪烁噪声表面清洁处理不好。表面清洁处理不好。2.晶体三极管的噪声晶体三极管的噪声 1)散弹散弹（粒）噪声（粒）噪声2)由载流子随机起伏流动产生，属于白噪声。由载流子随机起伏流动产生，属于白噪声。散弹噪声均方电流谱密度：散弹噪声均方电流谱密度：3.场效应管噪声场效应管噪声热噪
45、声、感应噪声、闪烁噪声。热噪声、感应噪声、闪烁噪声。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目图图2-32噪声系数的定义噪声系数的定义2.4噪声系数和噪声温度噪声系数和噪声温度图图2-32为一线性四端网络为一线性四端网络,其噪声系数定义为输入其噪声系数定义为输入端的信号噪声功率比端的信号噪声功率比(Ps/Pn)i 与输出端的信号噪声功与输出端的信号噪声功率比率比(Ps/Pn)o 的比值的比值,即即2.4.1噪声系数噪声系数认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展
46、开了“精准扶贫”项目KP为电路的功率传输系数。为电路的功率传输系数。用用Na表示线性电路内部表示线性电路内部附加噪声功率附加噪声功率,由由KP=So/Si,上式可以表示为：上式可以表示为：式（式（2-61）表示噪声系数等于归于输入端的总输出）表示噪声系数等于归于输入端的总输出噪声与输入噪声之比。式（噪声与输入噪声之比。式（2-62）是用归于输入端的附）是用归于输入端的附加噪声表示。加噪声表示。（2-61）（2-62）认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目用用dB表示的噪声系数为：表示的噪声系数为：注意：注意：（1）
47、噪声功率与带宽相关，可引入噪声带宽。）噪声功率与带宽相关，可引入噪声带宽。（2）Ni为信号源内阻为信号源内阻Rs的最大输出功率，即的最大输出功率，即kTB。（3）噪声系数对线性网络输出端所接负载大小无关，与输）噪声系数对线性网络输出端所接负载大小无关，与输入端的匹配情况有关。入端的匹配情况有关。（4）噪声系数的定义只适用于线性或准线性电路。）噪声系数的定义只适用于线性或准线性电路。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目1.额定功率法额定功率法 “额定功率额定功率”是指信号源所能输出的最大功率是指信号源所能输出的最大
48、功率,只取决只取决于信号源本身的参数于信号源本身的参数内阻和电动势内阻和电动势,与输入电阻和负载无与输入电阻和负载无关关,如图如图2-33所示。所示。2.2.2噪声系数的计算噪声系数的计算 图图2-33信号源的额定功率信号源的额定功率（a）电压源电压源（b）电流源电流源其额定功率为：其额定功率为：US认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目额额定定功功率率增增益益KpH是是指指四四端端网网络络的的输输出出额额定定功功率率Psmo 和输入额定功率和输入额定功率Psmi 之比之比,即即额定噪声输入功率为：额定噪声输入功率
49、为：根据噪声系数的定义根据噪声系数的定义,分子和分母都是同一端点上的分子和分母都是同一端点上的功率比功率比,故可将实际功率改为额定功率。故可将实际功率改为额定功率。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目由由得得式中式中,Psmi和和Psmo分别为输入和输出的信号额定功率分别为输入和输出的信号额定功率;Nmi和和Nmo分别为输入和输出的噪声额定功率分别为输入和输出的噪声额定功率;Nmn为网为网络内部的最大输出噪声功率。络内部的最大输出噪声功率。若等效到输入端为：若等效到输入端为：认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始
50、对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目对于无源四端网络对于无源四端网络,输出端匹配时，由于输出端匹配时，由于Nmo=kTB,得得式中，式中，L为网络的衰减倍数。为网络的衰减倍数。图图2-34无源四端网络的噪声系数无源四端网络的噪声系数认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目输入端信号源的最大输出功率为：输入端信号源的最大输出功率为：将信号源电导和信号源电流等效到回路两端分别为将信号源电导和信号源电流等效到回路两端分别为p2GS,pIS,输出端匹配时的最大输出功率为输出端匹配时