任务1.2 高频电子技术的元器件

任务1.2高频电子技术的元器件 1.2.1 高频电子技术中的元器件 1.2.2 LC并联振荡回路 1.2.3 谐振回路的接入方式

高频电子技术的元器件 本讲导航 教学目的 1.高频电子技术中的元器件 2.LC并联振荡回路 3.谐振回路的接入方式 1.充分了解高频电子技术基本元件及特性 2.掌握LC选频网络的类型、特点和应用 3.掌握折合的概念在分析高频电路中的应用

高频电子技术的元器件 课程设计思想 培养能力 强调实践 保证基础 “以应用为目的，以必需、够用为度”原则，减少过时的、偏僻的、实用性不强的理论。

高频电子技术的元器件 学习指导 ◆积极思考、抛弃被动接受、防止死记硬背 ◆提倡主动参与，“学中做、做中学” ◆勇于创新与探索

高频电子技术的元器件 教学重点 1. LC并联选频网络 2.三极管Y参数等效电路 3.折合的概念 教学难点 LC并联选频网络的特点

高频电子技术的元器件 任务2.1 高频电子技术中的元器件

高频电子技术的元器件 有源器件 无源器件 无源元件 在电子电路中 经常提及器件

高频电子技术的元器件 无源器件 无源器件就是无需 能源的器件，主要 作用是用来进行信 号传输。 比如：电容、电感、电阻、 耦合器、功分器、环形器、 隔离器、衰减器\连接器、 插座、连接电缆、印制 电路板等。 无源器件 无源器件就是无需 能源的器件，主要 作用是用来进行信 号传输。

高频电子技术的元器件 在低频电路中它们所表现出自身应有的特性，而在高频应用电路中电阻、电容、电感的特性是不具备“纯”电阻、电容、电感的性质。 无源元件 主要是电阻 类、电感类和 电容类元件

高频电子技术的元器件 有源器件 主要有半导体二极管、晶体管、场效应管（FET）与集成电路

高频电子技术的元器件 1.电阻 电阻主要作用：在电路中起阻流作用的元器件。 电阻主要用途：降压、分压或分流，在一些特殊电路中用作负载、反馈、耦合、隔离等。电阻在射。 电阻在高频段所表现出的射频特性：电阻器在高频段工作时不仅具有阻值，还会有引线电感和线间寄生电容，其性质将不再是纯电阻，而是“阻”与“抗”兼有。

高频电子技术的元器件 电阻高频特性等效电路：如图0.2所示。图中Ca表示电阻引脚的极板间等效电容、Cb表示引线间电容、L为引线电感。 图0.2 电阻射频等效电路

高频电子技术的元器件 图0.3 电阻阻抗绝对值与频率的关系 从图0.3测试结果可知，随着频率升高，电阻阻抗下降，其原因为寄生电容影响。随着频率进一步升高，电阻的总阻抗上升，其原因为引线电感的影响。在很高的频率时，引线电感会成为一个无限大的阻抗甚至开路。因此在射频/微波段电路应用时要特别注意。目前，在射频电路中主要应用的是薄膜片状电阻，该类尺寸能够做的非常小，可以有效地减少引线电感和分布电容影响。 图0.3 电阻阻抗绝对值与频率的关系

高频电子技术的元器件 2.电容（器）高频特性 电容器在电路中作用：电容器是一种存储电能的器件，其作用是阻止直流通过，而允许交流通过。交流频率越高，通过能力越强。 电容在电路中应用：常用作耦合，旁路滤波、反馈、定时及振荡等 电容（器）高频特性：电容在电路中表现的特性是非线性的，对电流的阻抗称为容抗。在低频段时，电容器一般看成是平行板结构，其极板的尺寸要远大于极板间距。在高频段，要考虑引线电感L以及引线导体损耗的串联电阻Rs和介质损耗电阻Re，其等效电路如图0.4所示。

高频电子技术的元器件 图0.4 射频电容的等效电路

高频电子技术的元器件 随着频率升高，电容的容抗不但不减小，反而随着频率升高容抗增大。目前，多层陶瓷片状电容器在射频电路中广泛使用，它们可用于射频电路中的各个部分，使用频率可以高达15GHz。 图0.5 电容阻抗的绝对值与频率的关系

高频电子技术的元器件 3.电感（器）高频特性 电感与电容一样，也是一种储能器件。当线圈两端加上交流电压时，在线圈中会产生感应电动势，阻碍通过线圈的电流发生变化。这种阻碍称作感抗。感抗与电感量和信号的频率成正比，它对直流电不起阻碍作用(不计线圈的直流电阻)。 电感在电子线路中的基本作用是：通直流，阻交流及与电容配合用作调谐、振荡、滤波、陷波、选频等。 电感器在高频等效电路如图0.6所示，其中Cs为等效分布电容，Rs为等效电感线圈电阻。

高频电子技术的元器件 电感器在高频等效电路如图0.6所示，其中Cs为等效分布电容，Rs为等效电感线圈电阻。 当频率升高到某一频率时，电感与分布电容产生了并联谐振，使阻抗迅速增加，达到最大值，此后感抗随频率的升高迅速降低。目前，片式电感也在射频电路中被广泛使用。 图0.6 高频电感的等效电路 图0.7 电感阻抗的绝对值与频率的关系

高频电子技术的元器件 高频电路中的有源器件主要是：二极管、晶体管、集成电路（加符号链接） 有源器件 主要作用：完成信号的放大、非线性变换等功能。

高频电子技术的元器件 1．二极管 半导体二极管在高频中主要应用：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。 主要类型：用点接触式二极管、表面势垒二极管、变容二极管和ＰＩＮ二极管。常用的点接触式二极管工作频率可到１００～２００ＭＨｚ，而表面势垒二极管，工作频率可高至微波范围。

高频电子技术的元器件 在高频中应用很广的二极管是变容二极管，其特点是电容随偏置电压变化。 将它用于振荡回路中，可以做成电调谐器，也可以构成自动调谐电路等。变容管若用于振荡器中，可以通过改变电压来改变振荡信号的频率，称为压控振荡器（ＶＣＯ）。电调谐器和压控振荡器也广泛用于电视接收机的高频头中。

高频电子技术的元器件 2 .晶体管与场效应管（FET） 高频晶体管有两大类型：一类是做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。 目前双极型小信号放大管，工作频率可达几ＧＨｚ，噪声系数为几分贝。小信号的场效应管也能工作在同样高的频率，且噪声更低。一种称为砷化镓的场效应管，其工作频率可达十几ＧＨｚ以上。

高频电子技术的元器件 在高频大功率晶体管方面，在几百兆赫兹以下频率，双极型晶体管的输出功率可达十几瓦至上百瓦。而金属氧化物场效应管（ＭＯＳＦＥＴ），甚至在几ＧＨｚ的频率上还能输出几瓦功率。

高频电子技术的元器件 通用型的宽带集成放大器，工作频率可达一、二百兆赫兹，增益可达五六十分贝，甚至更高。用于高频的晶体管模拟乘法器，工作频率也可达一百兆赫兹以上。 类型：用于高频的集成电路主要分为通用型和专用型两种。 高频专用集成电路（ＡＳＩＣ）主要包括集成锁相环、集成调频信号解调器、单片集成接收机以及电视机中的专用集成电路等。

振荡回路 LC并联振荡回路 概述：振荡回路是由电感和电容组成。只有一个回路的振荡回路称为简单振荡回路或单振荡回路。简单振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最小或最大值的特性称为谐振特性，这个特定频率称为谐振频率。简单振荡回路具有谐振特性和频率选择作用。这是它在高频电子技术中得到广泛应用的重要原因。

振荡回路 LC振荡回路应用：高频小信号谐振放大器、高频谐振功率放大器、LC正弦波振荡器及各种滤波器件等。 LC振荡回路分类： 并联谐振回路 串联谐振回路 分类 注： 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载使用。

振荡回路 LC并联振荡回路应用电路:

振荡回路 并联谐振回路即其等效电路如图(a)（b）所示。　 （ａ）并联谐振回路 （b）等效电路

振荡回路 1.定义：指信号源、电感、电容三者相并联组成的电路。 2.回路的导纳、等效阻抗： 并联回路：回路的等效导纳： 其中G0=Cr/L=1/Ro, G0称谐振电导，Ro称谐振电阻。 （2-1） 根据（2-2）公式可画出并联谐振回路的等效电路，如图2.4（b）所示。 则阻抗为： （2-2）

振荡回路 3. 谐振频率： （2-3）

振荡回路 4. 回路的阻抗特性 （2-4） 当谐振即f=f0 时，回路阻抗最大且为纯电阻；失谐时阻抗变小。当f<f0时，φ>0,回路呈感性；当f<f0时，φ<0, 回路呈容性。图2.5为并联谐振回路的阻抗的幅频特性曲线和阻抗的相频特性曲线。

振荡回路 (a) 阻抗频率响应 (b) 相频响应

振荡回路 5.谐振电阻 并联回路：回路处于谐振状态时，回路导纳最小，阻抗最大，回路呈现为纯电阻。则称回路谐振时的电阻R0为并联谐振回路的谐振电阻。

振荡回路 6.并联谐振回路的谐振时电压 若在并联振荡回路两端加一频率变化的恒流源信号,则发生并联谐振时因回路阻抗最大, 因此并联谐振回路的谐振时电压最大,称为谐振电压,其值为: （2-5）

振荡回路 7.回路的品质因数 Q越大，则LC并联谐振回路的幅频特性曲线越尖锐，选频作用越好。 品质因数Q：并联回路谐振时的感抗或容抗与线圈中串联的损耗电阻之比。woL/r=1/woCr。它包含了三个元件参数（L，C，r或L，C，R0），反映了三个参数对回路特性的影响，是描述回路特性的综合参数。

振荡回路 ８．通频带

谐振回路的接入方式 谐振回路的接入方式 负载或信号源不直接接入回路两端，而是通过变压器或电容分压与回路一部分相接，称为“部分接入”方式。 　　采用部分接入方式好处：，可以通过改变线圈匝数、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抗变换。

谐振回路的接入方式 谐振回路的接入方式 0 ＜ p≤1

谐振回路的接入方式

谐振回路的接入方式 一．常见抽头振荡回路 图2.6几种常见抽头振荡回路

谐振回路的接入方式 二. 阻抗的电感抽头接入 阻抗的电感抽头接入等效电路有以下形式： 1.电感抽头接入回路L1与L2间无互感 2、3 折合----1、3 （a）电路    （b）等效电路  图2.7

谐振回路的接入方式 2.电感抽头接入回路L1与L2间有互感M 电感抽头接入回路L1与L2间有互感M的电路,其接入系数p可以用阻抗比值求出： （2-6） p =ω( L2+M)/ω(L1+ L2+2M)= ( L2+M) /(L1+ L2+2M）

谐振回路的接入方式 3.电感抽头接入回路L1与L2间完全耦合 （2-7） p =(L2+M)/(L1+ L2+2M）=N2/N1 RL／= RL /P2 在一般情况下，我们都可近似认为两线圈是完全耦合的。 （a）电路 （b）等效电路 图2.7电感抽头接入回路

谐振回路的接入方式 电感抽头接入回路L1与L2间无互感的电路及其等效电路如图2.7b所示,其接入系数p可以直接用阻抗比值求出： p=ωL2/ω(L1+ L2）=L2/（L1+ L2） （2-8）

谐振回路的接入方式 三．阻抗的电容抽头接入 电容抽头接入回路的电路如图2.9所示：　 其接入系数p为： （2-9） 图2.9电容抽头接入回路

谐振回路的接入方式 RL＇＝RL／p2 （2-10） （2-11） （2-12） 四．抽头并联振荡回路参数的折合 如图2.8电感抽头接入回路L1与L2间完全耦合的自耦变压器电路为例P=N2/N1 1.电阻的转换： （2-10） 　RL＇＝RL／p2     若负载阻抗为ZL，转换后ZL＇则 有： ZL＇＝　ZL／p2　     （2-11） Ｃ＇＝p2Ｃ　 　     （2-12） 2.电容的转换：

谐振回路的接入方式 3.电源的转换 (1)电压源的转换：US＇＝US／P （2-14） （2）电流源的转换：IS＇＝pIS    （2-13）

本讲小结 1．电子线路中的元器件 2．LC并联选频网络 3. 三极管Y参数等效电路 4. 折合的概念

本讲作业 1. LC回路并联谐振的特点是什么？ 2.已知LC并联谐振回路的电感 L=1μH,Qｏ=100。求谐振频率fｏ=30MHz时回路C和并联谐振电阻Rp。