第二章高頻電路基礎(chǔ)

1、高頻電子線路高頻電子線路武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院2016年9月主講：鄭寬磊主講：鄭寬磊電話：電話二章 高頻電路基礎(chǔ)2.1無源器件與模型2.2有源器件與模型2.3傳輸線與微帶線2.4Y參數(shù)與S參數(shù)2.5噪聲與噪聲系數(shù)主要內(nèi)容主要內(nèi)容第二章 高頻電路基礎(chǔ)引子1、高頻電路與低頻電路中元器件的頻率特性是不同的。 在低頻呈現(xiàn)的集總器件 在高頻時(shí)呈現(xiàn)分布參數(shù)2、無線通信電路中，器件的物理結(jié)構(gòu)都盡可能的小，從而使得器件的有效工作頻率隨尺寸的減小而升高，如表面貼器件。3、高頻電路由無源元件和有源器件組成。 有源器件：具有電流控制能力的器件。如電子管、三極管、場效應(yīng)管、晶閘管、可控硅等

2、。 無源器件：導(dǎo)線、電阻、電容、電感，以及二極二極管管等。第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.1.1 導(dǎo)線導(dǎo)線 1、導(dǎo)線包括裸銅線、鍍銀(金)線、漆包線、塑包線、紗包線等，用于傳輸信號(hào)。2、趨膚效應(yīng)圖2-1 趨膚效應(yīng)示意圖2.1無源器件與模型無源器件與模型 第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.1.1 導(dǎo)線導(dǎo)線 圖2-2 趨膚深度與工作頻率的關(guān)系2.1無源器件與模型無源器件與模型 第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.1.2 電阻器LR為電阻的引線電感;CR為分布電容2.1無源器件與模型無源器件與模型 第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.1.3 電容器2.1無源器件與模型無源器件與模型 第二章 高頻電路基礎(chǔ)電容標(biāo)定：1MHz；rc為損耗電阻；L

3、c為引線電感電容的品質(zhì)因數(shù)Qc為ccQCr一個(gè)周期內(nèi)電容的儲(chǔ)能一個(gè)周期內(nèi)消耗的能量式中：為工作頻率C為電容值rc為電容的總損耗電阻。 2.1.3 電容器2.1無源器件與模型無源器件與模型 第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.1.4 電感器 為磁芯損耗的等效電阻為繞組間的分布電容為電感繞組的交流電阻LbrLCLar2.1無源器件與模型無源器件與模型 第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.1.4 電感器 2.1無源器件與模型無源器件與模型 第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.1.4 電感器 電感的品質(zhì)因數(shù)QL為LLLQr一個(gè)周期內(nèi)電感的儲(chǔ)能一個(gè)周期內(nèi)消耗的能量 采用漆包線繞制(1840 )LdlNd繞制環(huán)形線圈L100LNAL1 00

4、0LNA(鐵粉磁芯)(鐵氧體磁芯)2.1無源器件與模型無源器件與模型 第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.1.5 鐵氧體磁珠 2.1無源器件與模型無源器件與模型 第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.1.6 高頻二極管應(yīng)用:檢波、調(diào)制、解調(diào)以及混頻等非線性變換電路中, 工作在低電平。 1高頻二極管模型Rd：二極管耗損電阻VD：內(nèi)部PN結(jié)電壓ID：直流導(dǎo)通電流Cd：正向偏置時(shí)的擴(kuò)散電容Cj：反向偏置時(shí)的勢壘電容勢壘電容：01rjjDuCCV2.1無源器件與模型無源器件與模型 第二章 高頻電路基礎(chǔ)DDDDTdddTTdIIQCVdVV01rjjDuCCV反向工作時(shí)，結(jié)電容以勢壘電容Cj為主，其大小與外加反向電壓ur的關(guān)系：

5、正向工作時(shí)，結(jié)電容以擴(kuò)散電容為主，其大小與二極管電流有關(guān)：2.1無源器件與模型無源器件與模型 2.1.6 高頻二極管第二章 高頻電路基礎(chǔ)2高頻二極管應(yīng)用1)檢波二極管檢波二極管 檢波檢波(也稱幅度解調(diào)幅度解調(diào))二極管是利用二極管單向?qū)щ娦詫⒏哳l或中頻無線電信號(hào)中的幅度信息(如音頻信號(hào))取出來； 廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體收音機(jī)、電視機(jī)及通信設(shè)備等小信號(hào)電路中，其工作頻率較高，但處理信號(hào)時(shí)無增益。 通常選用鍺半導(dǎo)體材料制成的點(diǎn)接觸型二極管，其接觸面積小，雖然不能通過大的電流，且結(jié)電容小，但具有工作頻率高和反向電流小等特點(diǎn)。 常用的檢波二極管有2AP系列、1N34/A、1N60等。2.1無源器件與模型無源器

6、件與模型 2.1.6 高頻二極管第二章 高頻電路基礎(chǔ)2高頻二極管應(yīng)用2)2)混頻二極管混頻二極管混頻混頻是將兩個(gè)不同頻率的信號(hào)(如接收射頻信號(hào)和本地振蕩信號(hào))通過非線性處理獲得兩頻率之差的信號(hào)(簡稱差頻)、或兩頻率之和的信號(hào)(簡稱和頻)的過程?；祛l二極管是一種肖特基勢壘二極管。與一般二極管相比，混頻二極管具有工作頻率高、噪聲低、反向電流小、結(jié)電容小等特點(diǎn)。在大信號(hào)工作時(shí)，為開關(guān)工作狀態(tài)，可獲得較大的動(dòng)態(tài)范圍，廣泛應(yīng)用于高頻與微波電路中。2.1無源器件與模型無源器件與模型 2.1.6 高頻二極管第二章 高頻電路基礎(chǔ)2高頻二極管應(yīng)用3)3)晶體二極管晶體二極管 又稱為PIN二極管，是由在P型和N型

7、半導(dǎo)體材料之間摻入一薄層低摻雜的本征半導(dǎo)體層組成，為一種靜態(tài)結(jié)電容很小、用于高頻開關(guān)和高頻保護(hù)的特殊二極管。 當(dāng)工作頻率超過100MHz時(shí)，由于少數(shù)載流子的存儲(chǔ)效應(yīng)和本征層中渡越時(shí)間效應(yīng)，該二極管失去整流功能而變?yōu)樽杩蛊骷?，并且其阻抗值隨偏置電壓變化而變。 當(dāng)直流正向偏置時(shí)，本征區(qū)的阻抗很小，為導(dǎo)通狀態(tài)，作為可變阻抗元件使用； 反向偏置時(shí)，本征區(qū)為高阻抗?fàn)顟B(tài)，呈開路狀態(tài)。 常用于高頻開關(guān)、移相、調(diào)制、限幅等電路中，作為開關(guān)和衰減器使用。 2.1無源器件與模型無源器件與模型 2.1.6 高頻二極管第二章 高頻電路基礎(chǔ)2高頻二極管應(yīng)用3)3)晶體二極管晶體二極管2.1無源器件與模型無源器件與模型

8、2.1.6 高頻二極管第二章 高頻電路基礎(chǔ)2高頻二極管應(yīng)用4) 4) 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管01rjjDuCCV2.1無源器件與模型無源器件與模型 2.1.6 高頻二極管常用于調(diào)諧回路、振蕩電路和鎖相環(huán)路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率控制、掃描振蕩、調(diào)頻和調(diào)諧等，如電視機(jī)高頻頭的頻道轉(zhuǎn)換和調(diào)諧電路第二章 高頻電路基礎(chǔ)2高頻二極管應(yīng)用5) 隧道二極管隧道二極管(Tunnel diode)是采用砷化鎵(GaAs)和銻化鎵(GaSb)等材料混合、在重?fù)诫s N型(或 P型)的半導(dǎo)體片上用快速合金工藝形成高摻雜的PN結(jié)而制成的，PN結(jié)的耗盡層非常薄，使電子能夠直接從N型層穿透PN結(jié)勢壘進(jìn)入P型層，稱為隧道結(jié)。 隧道二極管

9、的正向電流電壓特性具有負(fù)阻特性2.1.6 高頻二極管2.1無源器件與模型無源器件與模型 第二章 高頻電路基礎(chǔ)1高頻三極管2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.1 高頻三極管在高頻中應(yīng)用的晶體管仍然是雙極晶體管和各種場效應(yīng)管，這些管子比用于低頻的管子性能更好, 在外形結(jié)構(gòu)方面也有所不同。 高頻晶體管有兩大類型: 一類是作小信號(hào)放大小信號(hào)放大的高頻小功率管, 對它們的主要要求是高增益,和低噪聲; 另一類為高頻功率高頻功率放大管放大管, 除了增益外, 要求其在高頻有較大的輸出功率。晶體管的電流放大系數(shù)隨工作頻率的升高而下降，當(dāng)下降為1時(shí)，對應(yīng)的工作頻率稱為特征頻率fT，根據(jù)特征頻率fT的不同可

10、以分為： 低頻管： fT 3MHz 高頻管： fT 30MHz第二章 高頻電路基礎(chǔ) 2.高頻三極管的主要參數(shù)高頻三極管的主要參數(shù)包括：電流放大倍數(shù)、反向電流參數(shù)、頻率參數(shù)和極限參數(shù)。電流放大倍數(shù)： 共發(fā)射極電流放大倍數(shù) (或 ) 共基極電流放大倍數(shù) feh在高頻放電路中，三極管的 值一般選用3080，其值太小，放大作用差；反之，工作性能不穩(wěn)定。2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.1 高頻三極管第二章 高頻電路基礎(chǔ) 2.高頻三極管的主要參數(shù)高頻三極管的主要參數(shù)極間反向電流： 集-基反向飽和電流 穿透電流集-基反向飽和電流 為發(fā)射極開路時(shí)，在集電極與基極之間的反向電壓所對應(yīng)的反向電流，為少

11、子載流子形成的漂移電流，是三極管工作不穩(wěn)定的主要因素。穿透電流 是基極開路，集電極與發(fā)射極之間的反向電壓形成的集電極電流，與 一樣，易受溫度影響。CBOICEOICBOICBOICEOI2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.1 高頻三極管包括：電流放大倍數(shù)、反向電流參數(shù)、頻率參數(shù)和極限參數(shù)。第二章 高頻電路基礎(chǔ) 2.高頻三極管的主要參數(shù)高頻三極管的主要參數(shù)包括：電流放大倍數(shù)、反向電流參數(shù)、頻率參數(shù)和極限參數(shù)。頻率參數(shù) 三極管的頻率參數(shù)反映了三極管的電流放大能力與工作頻率關(guān)系的參數(shù)，包括共射極截止頻率 和特征頻率fTf當(dāng) 下降到中頻段0.707倍時(shí)，所對應(yīng)的頻率稱為共射極截止頻率 。當(dāng)三極

12、管的 下降到 時(shí)所對應(yīng)的頻率，稱為特征頻率 。f1TfTTfffffffff與頻率 無關(guān)，近似常數(shù)隨頻率 增大而線性下降沒有放大功能，甚至不能振蕩2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.1 高頻三極管第二章 高頻電路基礎(chǔ) 2.高頻三極管的主要參數(shù)高頻三極管的主要參數(shù)包括：電流放大倍數(shù)、反向電流參數(shù)、頻率參數(shù)和極限參數(shù)。極限參數(shù)：CMPCMICBOBVCEOBV最大允許集電極耗散功率最大允許集電極電流 反向擊穿電壓 、00.2CMmPP選取的原則：工作電壓應(yīng)小于擊穿電壓的(1213)盡量選擇反向電流小、結(jié)電容小的三極管電壓放大，需要 、 高。Tf功率放大，需要注意：TfCMPCBOBVCEO

13、BV2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.1 高頻三極管第二章 高頻電路基礎(chǔ) 3.基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng) 又稱為厄爾利(Early)效應(yīng)，在三極管共射放大時(shí)，集電結(jié)上的反偏電壓變化，集電結(jié)的勢壘厚度也隨著變化，引起基區(qū)寬度發(fā)生變化，從而引起三極管輸入特性曲線、輸出特性曲線的變化。圖 NPN三極管少數(shù)載流子的濃度分布2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.1 高頻三極管第二章 高頻電路基礎(chǔ) 3.基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.1 高頻三極管對NPN三極管發(fā)射結(jié)處于正向偏置高濃度的發(fā)射區(qū)提供多數(shù)載流子(電子) 擴(kuò)散到基區(qū)，其濃度分布如

14、圖中的曲線基區(qū)的起始少數(shù)載流子(電子)濃度為0exp()BEppTunnV(0)=當(dāng)集電結(jié)反向偏置時(shí)，C EC E SuV靠近集電結(jié)一側(cè)的基區(qū)少數(shù)載流子濃度為0exp()0BCpBpTunnV(W )=第二章 高頻電路基礎(chǔ) 3.基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.1 高頻三極管對應(yīng)的基區(qū)少數(shù)載流子的濃度分布如曲線，其梯度對應(yīng)于集電極電流CIexp()BECsTuIV=I顯然，集電極電流 與集電極電壓 無關(guān)，到達(dá)基區(qū)靠集電結(jié)一側(cè)的電子都會(huì)進(jìn)入集電區(qū)，形成集電極電流，其多數(shù)載流子的濃度分布如圖的曲線。CICBU第二章 高頻電路基礎(chǔ) NPN三極管少數(shù)載流子的濃

15、度分布第二章 高頻電路基礎(chǔ) 3.基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.1 高頻三極管CEu0BCu 在飽和工作式，當(dāng) 減小時(shí)，由于 ，集電極正向偏置，集電結(jié)變窄，基區(qū)變寬，從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的載流子(電子)由于集電結(jié)正向偏置而積聚在基區(qū)，基區(qū)靠近集電結(jié)的基區(qū)少數(shù)載流子濃度也不再為零，且有所提高，濃度分布如圖2-13的曲線，C0exp()BppTunnV=因此，集電區(qū)的多數(shù)載流子的濃度分布如圖2-13的曲線所示，基區(qū)少數(shù)載流子的密度梯度下降，所對應(yīng)于集電極電流 也有所減小，為CIexp-1)exp-1)SBCBECSTRTIuuIVV=I（BI第二章 高頻電

16、路基礎(chǔ) 3.基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.1 高頻三極管式中，第一項(xiàng)為發(fā)射結(jié)正向偏置的結(jié)果，第二項(xiàng)為集電結(jié)正向偏置的結(jié)果。當(dāng) 后，第二項(xiàng)的作用明顯，而導(dǎo)致集電極電流 減小-0.4VBCu CI當(dāng) 時(shí)，基極電流的主要成分仍是基區(qū)復(fù)合電流，CEcesuV當(dāng) 增大時(shí)， 增大，基區(qū)寬帶 變窄，復(fù)合電流減小，對應(yīng)基極電流 下降；當(dāng) 減小時(shí)，基區(qū)變寬，復(fù)合電流增大，對應(yīng)基極電流 也增大。CEuCEuCBuBWBIBI第二章 高頻電路基礎(chǔ) 4. 密勒效應(yīng)密勒效應(yīng)2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.1 高頻三極管 在三極管組成的反相反相放大電路中，若在輸入

17、與輸出之間跨接電容，或之間存在分布電容或寄生電容C，由于放大器的放大作用，可將其等效到輸入端和輸出端，對應(yīng)的輸入端電容為(1+ )MVCA C輸出端電容為(1+)MVCCA 由于放大器的輸出一般為低阻抗，輸出電容的影響可以忽略，但輸入阻抗由于電容的密勒效應(yīng)而減小，甚至可能變?yōu)樨?fù)阻抗引起放大器自激。 第二章 高頻電路基礎(chǔ)特點(diǎn)：特點(diǎn)：場效應(yīng)管為電壓電壓控制電流型器件，具有高輸入阻抗、低功耗的優(yōu)點(diǎn)。按結(jié)構(gòu)分為MOS和JFET兩類，其中MOS管又分為CMOS和DMOS。2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.2 高頻場效應(yīng)管基本MOS管的模型1、MOS管的模型第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.2 有源器件與

18、模型有源器件與模型2.2.2 高頻場效應(yīng)管簡化的MOSFET模型oSSSissgsgdssgddsrssgdCCCDCCCGCCG、 短接、 短接、 短接第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.2 高頻場效應(yīng)管2. DMOS管技術(shù)管技術(shù)與CMOS器件結(jié)構(gòu)類似，具有源、漏、柵等電極，但其漏端擊穿電壓高分為：垂直雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管VDMOSFET 橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管LDMOSFET主要技術(shù)指標(biāo)有：導(dǎo)通電阻、閾值電壓、擊穿電壓等。優(yōu)點(diǎn)：高電流驅(qū)動(dòng)能力、低導(dǎo)通電阻（Rds）和高擊穿電壓應(yīng)用：大電流控制或功率放大第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.2 有源器件與模

19、型有源器件與模型2.2.2 高頻場效應(yīng)管VDMOS管技術(shù)管技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：兼有雙極晶體管和普通MOS器件的優(yōu)點(diǎn)，開關(guān)速度快、損耗小，輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小，頻率特性好，跨導(dǎo)高度線性，安全工作區(qū)大。應(yīng)用：應(yīng)用：電機(jī)調(diào)速、逆變器、不間斷電源、開關(guān)電源、電子開關(guān)、高保真音響、LED照明汽車電器和電子鎮(zhèn)流器等低頻功率控制場合。第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.2 有源器件與模型有源器件與模型2.2.2 高頻場效應(yīng)管LDMOS管技術(shù)管技術(shù) LDMOS是一種雙擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的功率器件，與CMOS工藝兼容，能夠承受更高的電壓。 LDMOS管具有較好的負(fù)溫度系數(shù)特性，互調(diào)電平低、近似常數(shù)，在小信號(hào)放大時(shí)近似線性，幾乎沒有交調(diào)失真。

20、 與雙極型晶體管相比，LDMOS管具有更高的增益，可達(dá)14dB以上。 采用LDMOS管的功率放大器的增益可達(dá)60dB，LDMOS具有極高的瞬時(shí)峰值功率，可承受住高駐波比的過激勵(lì)信號(hào)。 因此，LDMOS具有較高的熱穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性、更高的增益和更低的噪音，更好的IMD性能和更佳的AGC能力。 LDMOS器件特別適用于CDMA、W-CDMA等寬頻率范圍射頻功率電路。第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線 電磁波既可以通過自由空間傳播，又可以通過導(dǎo)線傳播，傳播速度為光速，無線電波頻率越高，波長越短。在低頻工作時(shí)，實(shí)際電路的外形尺寸與無線電波的波長相比，滿足 ，可以忽略電磁波沿線傳

21、播所需的時(shí)間，即不計(jì)滯后效應(yīng)，可以按集總參數(shù)的電路描述。l第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線 但在有線通信有線通信或電力傳輸電力傳輸中，傳輸線的長度與信號(hào)波長相當(dāng)或大于波長，電磁波的滯后效應(yīng)不可忽略，沿線傳播的電磁波不僅是時(shí)間時(shí)間的函數(shù)，還是空間空間坐標(biāo)坐標(biāo)的函數(shù)，必須采用分布參數(shù)電路描述，如同軸電纜、電力傳輸線； 在高頻工作時(shí)，由于波長短，甚至小于元件尺寸，此時(shí)也不能采用集總電路分析。通常，當(dāng)電纜或電線的長度大于波長的1/7時(shí)，就作為傳輸線傳輸線處理；傳輸線主要結(jié)構(gòu)有平行雙導(dǎo)線平行雙導(dǎo)線、平行多導(dǎo)線平行多導(dǎo)線、同軸線同軸線、帶狀線帶狀線，以及工作于準(zhǔn)TEM模(即橫電磁波

22、，在傳播方向上沒有電場和磁場分量)的微帶線微帶線等，它們都可借助簡單的雙導(dǎo)線模型進(jìn)行電路分析。第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.1 2.3.1 傳輸線模型傳輸線模型 1 1傳輸線基本組成與模型傳輸線基本組成與模型 傳輸線作為二端口元件，其端口輸入電流與輸出電流相等。傳輸線與參考平面間由于電場的建立，在傳輸線上產(chǎn)生電流I，如果輸出電壓為U，則電磁波傳輸過程中，傳輸線等效為一個(gè)電阻U/I，稱為傳輸線的特性阻抗ZC。下以均勻傳輸線均勻傳輸線(傳輸線上每一點(diǎn)的輸入阻抗相等)為例，推導(dǎo)一節(jié)模型的特性阻抗ZC第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.1

23、2.3.1 傳輸線模型傳輸線模型 2 2特性阻抗特性阻抗000000(j)j(j)cccZ GCZRLZGC對應(yīng)有2000000000000jjj1(j)422jjcRLRLRLZRLGCGC當(dāng)工作頻率大于100kHz時(shí)，可忽略R0和G0，特性阻抗為00cLZC當(dāng)工作頻率小于1kHz時(shí)，可忽略L0和C0，特性阻抗為00cRZGR0兩根導(dǎo)線每單位長度的電阻。L0兩根導(dǎo)線每單位長度的電感。C0每單位長度導(dǎo)線之間的分布電容。G0每單位長度導(dǎo)線之間的電導(dǎo)。第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.1 2.3.1 傳輸線模型傳輸線模型 3 3行波與駐波行波與駐波行波：電磁波在傳輸線

24、上向前傳輸。反射波：傳輸線上的特性阻抗發(fā)生變化時(shí),沿傳輸線反向傳輸。駐波：在傳輸線上同時(shí)存在行波和反射波，若兩列波的頻率、幅度相等，相位相反，則兩列波迭加后的波形并不向前推進(jìn)，故稱駐波，各處的振幅穩(wěn)定不變。波節(jié)：駐波中振幅為零的地方波腹：駐波中振幅最大的地方行駐波：若兩列波的頻率相等，相位相反，但幅度不等，則兩列波迭加后，形成行駐波（兩個(gè)方向）反射系數(shù):行駐波的振幅的大小與反射波的強(qiáng)度有關(guān)，常用反射系數(shù)和駐波比表示。駐波系數(shù)：波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線 設(shè)兩列相干波，分別沿x軸正、反兩個(gè) 方向傳播：122cos()2cos()

25、yAtxyAtx 其合成波稱為駐波，表達(dá)式為（不具有傳播的特征）22cos()cos()22 coscosy AtxAtxAxt（簡諧振動(dòng)，但幅度與位置有關(guān)）第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.1 2.3.1 傳輸線模型傳輸線模型 3 3行波與駐波行波與駐波當(dāng)傳輸線終端接入負(fù)載時(shí)，若負(fù)載ZL不等于特性阻抗時(shí)，電磁波就將在終端產(chǎn)生不同程度的反射，則反射系數(shù)為 jLCLCZZeZZ 當(dāng)特性阻抗ZC與負(fù)載阻抗ZL相等時(shí)，0 入射波全部被負(fù)載吸收而無反射，稱為匹配負(fù)載匹配負(fù)載當(dāng)終端短路，即ZL=0時(shí)， =1，入射波被負(fù)載全部反射。駐波比為駐波電場最大值和電場最小值之比，常用

26、于描述傳輸線阻抗匹配的情況，駐波比與反射系數(shù)之間的關(guān)系應(yīng)為 1 1 第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線3 3行波與駐波行波與駐波 = 01 = 1 0 11 在負(fù)載匹配情況下有：傳輸線上傳輸?shù)氖恰靶胁ā保粋鬏斁€上傳輸?shù)氖恰凹凂v波”；傳輸線上傳播的是“行駐波”。 而在負(fù)載短路情況下有：在其它任意負(fù)載下，2.3.1 2.3.1 傳輸線模型傳輸線模型 第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.1 2.3.1 傳輸線模型傳輸線模型 4 4傳輸線的終端特性傳輸線的終端特性 對于一段傳輸線而言，每一點(diǎn)的輸入阻抗不等，既與特性阻抗有關(guān)，又與位置有關(guān)，也就是跟傳輸線

27、的長度有關(guān)。下面考察三種特殊情形下傳輸線的輸入阻抗。cZcinZZ)coth( lZZcin)tanh( lZZcin00Z Y1終端接 時(shí)，則沿傳輸線任何一點(diǎn)向終點(diǎn)看去的輸入阻抗為：2終端開路時(shí)， 3終端短路時(shí)， 式中，為傳播常數(shù)，l為傳輸線長度。 第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.1 2.3.1 傳輸線模型傳輸線模型 4 4傳輸線的終端特性傳輸線的終端特性終端開路、終端短路傳輸線的特性終端開路ZL終端短路ZL0第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.2 2.3.2 高頻變壓器高頻變壓器變壓器分類：高頻變壓器 中頻變壓器 低頻變壓器 脈沖

28、變壓器收音機(jī)的磁性天線耦合提取電磁波感應(yīng)信號(hào)，為高頻變壓器收音機(jī)的中頻放大級(jí)使用中頻變壓器進(jìn)行信號(hào)濾波與傳遞，俗稱“中周”電源變壓器等實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換電視機(jī)的行輸出變壓器，也稱“高壓包”，為脈沖變壓器，輸出非正弦波形。 高頻變壓器的工作頻率在幾十MHz以下，具有電壓變換、電流變換、傳遞功率、阻抗匹配、阻抗變換等功能。與低頻變壓器相比，高頻變壓器在磁性材料、變壓器結(jié)構(gòu)等方面有所不同。第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.2 2.3.2 高頻變壓器高頻變壓器1高頻導(dǎo)磁材料高頻導(dǎo)磁材料 鐵氧體磁性材料按其晶體結(jié)構(gòu)可分為尖晶石型(MFe2O4)、石榴石型(R3Fe5O12)、磁鉛

29、石型(MFe12O19)和鈣鈦礦型(MFeO3)， 按鐵氧體的用途不同，又可分為軟磁、硬磁、旋磁、矩磁和壓磁等幾類，可用于制造能量轉(zhuǎn)換、傳輸和信息存儲(chǔ)的各種功能器件。 以錳鋅軟磁鐵氧體MnZnFe2O4和鎳鋅軟磁鐵氧體NiZnFeO4為代表的軟磁鐵氧體，矯頑力小，易磁化，在高頻條件下具有高磁導(dǎo)率、高電阻率和低損耗的特點(diǎn)，其溫度特性、頻率特性穩(wěn)定，是高頻大功率器件的首選材料。第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.2 2.3.2 高頻變壓器高頻變壓器1高頻導(dǎo)磁材料高頻導(dǎo)磁材料 錳鋅鐵氧體(MX系列)的初始導(dǎo)磁率i約為40010 000，工作頻率從幾千至500 kHz，鎳鋅

30、鐵氧體(NX系列)的初始導(dǎo)磁率i約10至1 500，工作頻率約從500kHz至幾百M(fèi)Hz。 如工作在1.6MHz以下的中波段收音機(jī)，其接收天線所采用的磁棒一般選用初始導(dǎo)磁率為400的MX型錳鋅鐵氧體磁芯，短波段收音機(jī)的接收天線所采用的磁棒一般選用初始導(dǎo)磁率為60或40的NX型鎳鋅鐵氧體磁芯，其初始導(dǎo)磁率較小，在高頻工作下?lián)p耗也很小，能在頻率較高的短波工作。 因此，軟磁鐵氧體廣泛應(yīng)用于短波、超短波短波、超短波無線通信系統(tǒng)中，如功率分配、功率合成、阻抗變換、功率輸出以功率分配、功率合成、阻抗變換、功率輸出以及接收天線及接收天線等。第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.2

31、2.3.2 高頻變壓器高頻變壓器2高頻變壓器的磁芯結(jié)構(gòu)高頻變壓器的磁芯結(jié)構(gòu)常見的幾種磁芯第二章 高頻電路基礎(chǔ) E形磁芯的截面均為方形(或圓形)，常用于低頻的普通變壓器，如電源變壓器。罐形磁芯空間利用率高，屏蔽性能好，漏磁和分布電容小，且電感易調(diào)節(jié)，適合高頻變壓器和電感元件等。 U形磁芯的截面積一致，可作輸出扼流圈、輸入濾波器、開關(guān)電源變壓器及高頻鎮(zhèn)流器等。 環(huán)形磁芯可適用于不同頻段，磁導(dǎo)率規(guī)格廣，可用于寬頻變壓器寬頻變壓器和傳輸線變壓器傳輸線變壓器，如電源濾波器、共模抑制濾波器和中繼器等。2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.2 2.3.2 高頻變壓器高頻變壓器2高頻變壓器的磁芯結(jié)構(gòu)高頻

32、變壓器的磁芯結(jié)構(gòu)第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.2 2.3.2 高頻變壓器高頻變壓器3高頻變壓器的等效電路高頻變壓器的等效電路 R1、R2為初、次級(jí)繞組的電阻，C1、C2為初、次級(jí)繞組的分布電容，L1、L2代表初、次級(jí)的漏電感，Tr為沒有分布參數(shù)的理想變壓器。第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.3 2.3.3 傳輸線變壓器傳輸線變壓器1傳輸線變壓器的結(jié)構(gòu)及其工作模式傳輸線變壓器的結(jié)構(gòu)及其工作模式 傳輸線變壓器就是利用繞制在磁環(huán)上的傳輸線而構(gòu)成的高頻變壓器。傳輸線變壓器可以看作雙線并繞的1:1變壓器，也可看做繞在磁環(huán)上的傳輸線。所以它有

33、變壓器變壓器方式和傳輸傳輸線線兩種工作方式，取決于激勵(lì)形式。 第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.3 2.3.3 傳輸線變壓器傳輸線變壓器2阻抗轉(zhuǎn)換阻抗轉(zhuǎn)換首先，考慮傳輸線模式，傳輸線1-2和3-4上的電流大小相等，方向相反，其大小為I，如圖示，負(fù)載RL上的電流為2I、電壓為U24。其次，考慮變壓器模式，有U12=U34 由于2端與3端短接，則U1=U12+U34=2U34=2U24該電路的輸入阻抗為124242442inLUUUZRIII即為4:1的傳輸線變壓器第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.3 2.3.3 傳輸線變壓器傳輸線變壓器

34、2阻抗轉(zhuǎn)換阻抗轉(zhuǎn)換9:1傳輸線變壓器第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.3 2.3.3 傳輸線變壓器傳輸線變壓器3平衡結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換平衡結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.4 2.3.4 微帶傳輸線原理 微帶傳輸線分為帶狀線和微帶線兩種結(jié)構(gòu)，均用于印刷電路板(PCB)設(shè)計(jì)。1. 微帶線微帶線主要參數(shù)：特性阻抗、衰減常數(shù)、延遲時(shí)間、單位長度的電感與電容等特性阻抗特性阻抗875.98hln0.81.41crZw t（ ）傳輸延遲傳輸延遲PD1.017 0.4570.67(ns/ft)rt微帶線是一根帶狀導(dǎo)線，通過電介質(zhì)與地平面隔離,可有效傳

35、輸高頻信號(hào)，同時(shí)還可以與電感、電容等構(gòu)成一個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)，是一種平面?zhèn)鬏斁€第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.4 2.3.4 微帶傳輸線原理 2. 帶狀線帶狀線主要參數(shù)：特性阻抗、衰減常數(shù)、延遲時(shí)間、單位長度的電感與電容等。特性阻抗特性阻抗帶狀線是處于兩層導(dǎo)電平面之間的電介質(zhì)中間的銅帶線604hln0.67 (0.8)crZwt（ ）第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.3 傳輸線與微帶線傳輸線與微帶線2.3.4 2.3.4 微帶傳輸線原理 微帶傳輸線在PCB板中的應(yīng)用第二章 高頻電路基礎(chǔ)第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù) 晶體管在高頻線性運(yùn)用時(shí)常采用兩種等效電路進(jìn)

36、行分析晶體管在高頻線性運(yùn)用時(shí)常采用兩種等效電路進(jìn)行分析, 一是一是混合混合型等效電路型等效電路, 一是一是參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路。2.4.1 晶體管混合混合型型等效電路 前者是從模擬晶體管的前者是從模擬晶體管的物理機(jī)構(gòu)物理機(jī)構(gòu)出發(fā)出發(fā), 用集中參數(shù)元件、用集中參數(shù)元件、L、 和受控源來表示管內(nèi)的復(fù)雜關(guān)系。優(yōu)點(diǎn)是各元件參數(shù)物理意和受控源來表示管內(nèi)的復(fù)雜關(guān)系。優(yōu)點(diǎn)是各元件參數(shù)物理意義明確義明確, 在較寬的頻帶內(nèi)元件值基本上與頻率無關(guān)。缺點(diǎn)是隨在較寬的頻帶內(nèi)元件值基本上與頻率無關(guān)。缺點(diǎn)是隨器件不同而有不少差別器件不同而有不少差別, 分析和測量不方便。因而混合分析和測量不方便。因而混合型等效型等效電

37、路法較適合于分析寬頻帶小信號(hào)放大器。電路法較適合于分析寬頻帶小信號(hào)放大器。 eb rcerbcreeCbeCbcrbbrbecrccbgm vbe第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)2.4.1 晶體管混合混合型型等效電路(1)基極體電阻 ：5100。rbb 較小時(shí)，三極管可獲得高增益和低噪聲特性。bbr(2)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)電阻電阻rbe：5002000，rbe=TeEVrI(3)發(fā)射結(jié)電容 ：100500 b eCpF(4)集電結(jié)電阻集電結(jié)電阻 ：25M(可忽略可忽略)b cr(5)集電結(jié)電容 ：0.55 pF，為內(nèi)部反饋元件，嚴(yán)重影響放大器的性能指標(biāo)。b cC(6)受控電流源g

38、mVbe：表征晶體管的放大作用，e1mb egrr(7)集集射極電阻射極電阻rce：10100k(可忽略可忽略)(8)集集射極電容射極電容Cce：210pF(可忽略可忽略)第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.4.1 晶體管混合混合型型等效電路2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù) b rbb gmVbe b gbc Cbc Cbe c e 混合混合 等效電路的簡化：等效電路的簡化： rbc與Cbc引起的容抗相比rbc可視為開路。 rbe與Cbe引起的容抗相比，rbe可以忽略（視為開路） rce與回路負(fù)載比較，可視為開路。第二章 高頻電路基礎(chǔ) 參數(shù)法則是從參數(shù)法則是從測量和使用測量和使用的角度出發(fā)的角度出發(fā), 把

39、晶體管作為一把晶體管作為一個(gè)有源線性雙口網(wǎng)絡(luò)個(gè)有源線性雙口網(wǎng)絡(luò), 用一組網(wǎng)絡(luò)參數(shù)構(gòu)成其等效電路。優(yōu)點(diǎn)用一組網(wǎng)絡(luò)參數(shù)構(gòu)成其等效電路。優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)出的表達(dá)式具有普遍意義是導(dǎo)出的表達(dá)式具有普遍意義, 分析和測量方便。分析和測量方便。 缺點(diǎn)是網(wǎng)缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與頻率有關(guān)。由于高頻小信號(hào)諧振放大器絡(luò)參數(shù)與頻率有關(guān)。由于高頻小信號(hào)諧振放大器相對頻帶較相對頻帶較窄窄, 一般僅需考慮一般僅需考慮諧振頻率附近諧振頻率附近的特性的特性, 因而采用這種分析方因而采用這種分析方法較合適。法較合適。 2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)2.4.2 晶體管Y參數(shù)參數(shù)等效電路第二章 高頻電路基礎(chǔ)bieb erec ecfeb eo

40、ec eIYVYVIYVYV&式中，cebie0be|VIYV&稱為共射電路輸出短路時(shí)的輸入導(dǎo)納；becoe0ce|VIYV&稱為共射電路輸入短路時(shí)的輸出導(dǎo)納；cecfe0b e|VIYV&稱為共射電路輸出短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納；bebre0ce|VIYV&稱為共射電路輸入短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納。2.4.2 晶體管Y參數(shù)參數(shù)等效電路2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)第二章 高頻電路基礎(chǔ)0cebieUbeIYU&ieiejCg0becoeUceIYU&oeoejCgyieyoeyreuceyfeubeCiegiegoeCoe2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)Y Y參數(shù)和參數(shù)和混合混合 參數(shù)的關(guān)系參數(shù)的關(guān)

41、系第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)Y Y參數(shù)參數(shù)和和混合混合 參數(shù)參數(shù)的關(guān)系的關(guān)系00001111cebefecerebebbeieieieUbebe bbcbe bbmoebcoeoeUcebe bbjcmfefeUbebe bbjbbcrereUcebe bbIj CYgj CUj CrIj C r gYj Cgj CUj CrIgYYeUj CrIj CYYeUj Cr &輸入導(dǎo)納輸出導(dǎo)納轉(zhuǎn)移導(dǎo)納轉(zhuǎn)移導(dǎo)納可以看出，這四個(gè)參數(shù)都是復(fù)數(shù)。femYgreb cjYC oeceb cjYgCiebeb eb cjYg( CC)(1cbebbbCCr)(2cbebmTCCgff

42、第二章 高頻電路基礎(chǔ)特別說明：(1) Y參數(shù)不僅與晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，而且與工作頻率有關(guān)，不過當(dāng)放大器工作在窄帶時(shí)，Y參數(shù)變化不大，可近似看作常數(shù)；(2) 以后如無特別說明，高頻小信號(hào)放大器均工作在窄帶，晶體管一律用Y參數(shù)等效。顯然, 在高頻工作時(shí)由于晶體管結(jié)電容不可忽略, 參數(shù)是一個(gè)復(fù)數(shù)。晶體管參數(shù)中輸入導(dǎo)納和輸出導(dǎo)納通?？蓪懗捎秒婋妼?dǎo)和電容導(dǎo)和電容表示的直角坐標(biāo)直角坐標(biāo)形式, 而正向傳輸導(dǎo)納和反向傳輸導(dǎo)納通?？蓪懗蓸O坐標(biāo)極坐標(biāo)形式Y(jié) Y參數(shù)參數(shù)和和混合混合 參數(shù)參數(shù)的關(guān)系的關(guān)系2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)第二章 高頻電路基礎(chǔ)第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith

43、圖1. S參數(shù)定義參數(shù)定義S參數(shù)主要用于高頻小信號(hào)線性電路中2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)第二章 高頻電路基礎(chǔ)1. S參數(shù)定義參數(shù)定義22111110122101222021120211111iiiiruiruiruiruiuSuuSuuSuuSu端口 返回的信號(hào)幅度 端口 輸入的信號(hào)幅度端口2正向傳輸?shù)男盘?hào)幅度端口 輸入的信號(hào)幅度端口2返回的信號(hào)幅度 端口2輸入的信號(hào)幅度端口 返回的信號(hào)幅度 端口 輸入的信號(hào)幅度2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)第二章 高頻電路基礎(chǔ)1. S參數(shù)定義參數(shù)定義1 1S為端口1的反射系數(shù)()，通常被稱為回波損耗(RL)S22

44、為端口2的反射系數(shù)S12為端口2到端口1的反向增益S21為端口1到端口2的正向增益，也稱為插入損耗。對于互易網(wǎng)絡(luò)，有：S12=S21；對于對稱網(wǎng)絡(luò)，有：S11=S22；對于無耗網(wǎng)絡(luò)，有：(S11)2+(S12)2=1 。如果以端口1作為信號(hào)的輸入端口，端口2作為信號(hào)的輸出端口，則回波損耗S11越小越好，通常要求小于0.1；而插入損耗S21表征傳輸?shù)男?，其值越大越好，理想值?。2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)第二章 高頻電路基礎(chǔ)2. S參數(shù)參數(shù)測量測量正向S參數(shù)測試設(shè)置2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)第二章 高頻

45、電路基礎(chǔ)2. S參數(shù)參數(shù)測量測量根據(jù)正向測試圖，可以獲得正向S參數(shù)1121BBAACCAAVSVVSV將圖中的信號(hào)源與負(fù)載交換位置，其他電路不變，可以獲得三極管的反向S參數(shù)2212CCDDBBDDVSVVSV2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)第二章 高頻電路基礎(chǔ)3S參數(shù)與其他雙端口參數(shù)的關(guān)系參數(shù)與其他雙端口參數(shù)的關(guān)系雙端口參數(shù)有Z、Y、H參數(shù)等，與S參數(shù)的關(guān)系分別為111 ( )( ) ( )( ) ( )( )CCCCZZSEESYYESESSYEYYEY2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.4

46、Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖4Smith圖圖 Smith圖用于工程設(shè)計(jì)，可直接獲得相關(guān)參數(shù)，如Z-smith圖、Y-smith圖和S-Smith圖等。以傳輸線與負(fù)載情況為例，特性阻抗 ，負(fù)載為50CZ LZ則反射系數(shù)為 000000LjLriLZZjeZZ 第二章 高頻電路基礎(chǔ)4Smith圖圖例：(a) ZL=0，終端短路， (b)ZL=，終端開路， (c) ZL=50，終端匹配， (d) ) ZL=(16.67-j16.67) (e) ) ZL=(50+j50)， 0=-10=10=00=0.54 221o0=0.83 34o復(fù) 平面極坐標(biāo)如圖2.4.4

47、S參數(shù)與三極管的Smith圖2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)第二章 高頻電路基礎(chǔ)4Smith圖圖(反射系數(shù)的smith圖)考慮傳輸線長為d，其反射系數(shù)(d)為220( )Ljdjrideej 其輸入阻抗Zin為1()1()inCdZd （ d） =Z歸一化輸入阻抗zin為( )11inriinCriZ djzrjxZj 2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖第二章 高頻電路基礎(chǔ)2222221(-)()1111(-1)()( )ririrrrxx 坐標(biāo) 與 的映射關(guān)系為兩個(gè)圓。（ r,x）(,)ri圓 在橫軸上，圓 對應(yīng)一段弧。(, 0)1rr 1(1,)x2.

48、4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)4Smith圖圖(反射系數(shù)的smith圖)第二章 高頻電路基礎(chǔ)4Smith圖圖(反射系數(shù)的smith圖)2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)第二章 高頻電路基礎(chǔ)4Smith圖圖(反射系數(shù)的smith圖)2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)例，某負(fù)載 接入傳輸線，特征阻抗 ，工作在2GHz頻率上，若傳輸線長2cm，相速為光速的一半。試用反射系數(shù)的概念分析輸入阻抗。解 利用反射系數(shù)分析阻抗，通常采用六步法計(jì)算，也可采用Smith圖解法，為了比較兩種計(jì)算方法，現(xiàn)

49、將他們的計(jì)算過程列入表所示，作圖的步驟如圖所示。=30+j60LZ（ ）50CZ方法1：公式計(jì)算法 1）負(fù)載反射系數(shù)：0=0.20.6LCLCZZjZZ第二章 高頻電路基礎(chǔ)4Smith圖圖(反射系數(shù)的smith圖)2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)2）傳輸線相移22191.990.5od3）輸入端反射系數(shù)2200.320.55jdriejj 4）輸入阻抗01=Z14.726.71inZrjxj （ ）第二章 高頻電路基礎(chǔ)4Smith圖圖(反射系數(shù)的smith圖)2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)方法2：Smith圓圖分

50、析法1）歸一化負(fù)載阻抗0.61.2LLCZzjZ2）在Smith圓圖上，找r=0.6的圓和x=1.2的弧，其交點(diǎn)為Lz 3）連接圓和 ，得到Lz04）傳輸線相移22191.990.5od5）以 為半徑畫圓， 順時(shí)針移動(dòng)相位 ，得到 ，對應(yīng)的Lz00.30.53inzj6）去歸一化，得到輸入阻抗1526.5inZj 第二章 高頻電路基礎(chǔ)4Smith圖圖(反射系數(shù)的smith圖)2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)Smith圓圖輸入電阻的計(jì)算第二章 高頻電路基礎(chǔ)5三極管三極管S參數(shù)參數(shù)2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)NPN

51、 NXP BFG-425W寬帶晶體管的典型S參數(shù)第二章 高頻電路基礎(chǔ)頻率(GHz)模值角度模值角度模值角度模值角度0.0400.950-1.9273.575177.7290.00383.5370.996-1.1160.1000.954-5.3093.518175.2470.00787.0570.996-3.0820.2000.951-10.5173.504170.4410.01482.3410.991-6.3430.3000.947-15.8913.496166.5340.02078.6810.988-9.4050.4000.941-20.9873.493161.2210.02775.1090

52、.982-12.5760.5000.935-26.2973.476156.5310.03371.2540.974-15.5930.6000.928-31.5083.433151.9540.04067.6360.965-18.6050.7000.919-36.6693.384147.5150.04663.8750.954-21.6740.8000.910-41.8713.350143.1520.05160.3570.943-24.6000.9000.898-46.9483.317138.8010.05756.9290.930-27.5591.0000.886-52.1613.272134.309

53、0.06253.4880.916-30.3961.1000.874-57.1813.223130.1140.06750.1810.903-33.0981.2000.861-62.2183.171125.8370.07146.9550.888-35.8591.3000.849-67.1543.119121.7860.07543.7910.873-38.5311.4000.835-72.1573.072117.6820.07940.6310.857-41.1515三極管三極管S參數(shù)參數(shù)2.4.4 S參數(shù)與三極管的Smith圖2.4 Y參數(shù)與參數(shù)與S參數(shù)參數(shù)11S21S12S22S2 ,1cecVV

54、 ImA偏置條件第二章 高頻電路基礎(chǔ)第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.5 噪聲與噪聲系數(shù)噪聲與噪聲系數(shù) 1、噪聲是對電子系統(tǒng)造成影響的干擾信號(hào)總稱。2、有確定來源、有規(guī)律的無用信號(hào)稱為干擾干擾，如50 Hz的電源干擾、工業(yè)干擾、天電干擾等；3、而電子線路中內(nèi)部某些元器件產(chǎn)生的隨機(jī)起伏的電信號(hào)稱為噪聲噪聲，如電阻熱噪聲、天線熱噪聲、有源半導(dǎo)體器件的噪聲等。4、由于噪聲具有隨機(jī)性，因此噪聲的分析通常采用統(tǒng)計(jì)分析方法統(tǒng)計(jì)分析方法，如均值、均方值、頻譜與功率譜來表征。5、主要討論電阻熱噪聲和半導(dǎo)體噪聲模型，以及噪聲的表示方法。第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.5 噪聲與噪聲系數(shù)噪聲與噪聲系數(shù) 2.5.1 電阻熱噪聲電阻熱

55、噪聲 噪聲內(nèi)因：電阻中的帶電粒子在導(dǎo)體內(nèi)作無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致發(fā)生電子碰撞，產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間極短的脈沖電流，該電流的方向是隨機(jī)的。因此，在一段時(shí)間內(nèi)，電阻內(nèi)部的電流均值為零，但瞬時(shí)電流在平均值上下變動(dòng)，稱為起伏電流。起伏電流在電阻兩端產(chǎn)生噪聲電壓。噪聲功率譜密度為( )4nSfkTR白噪聲白噪聲：起伏噪聲在很寬的頻帶內(nèi)具有均勻的功率譜密度。在有限帶寬 內(nèi)，噪聲電壓均方值為nf24nnvkTR f噪聲功率也可采用電流均方值表示24nnk TifR第二章 高頻電路基礎(chǔ)電阻噪聲等效電路*純電抗元件沒有損耗電阻，不產(chǎn)生噪聲。*電阻產(chǎn)生的噪聲功率譜僅與溫度、電阻值有關(guān)，與外部的電壓、電流無關(guān)。2.5 噪聲

56、與噪聲系數(shù)噪聲與噪聲系數(shù) 第二章 高頻電路基礎(chǔ) 理想理想電抗元件是不會(huì)產(chǎn)生噪聲的電抗元件是不會(huì)產(chǎn)生噪聲的, 但實(shí)際電抗元件是有損但實(shí)際電抗元件是有損耗電阻的耗電阻的, 這些損耗電阻會(huì)產(chǎn)生噪聲。對于實(shí)際電感的損耗電這些損耗電阻會(huì)產(chǎn)生噪聲。對于實(shí)際電感的損耗電阻一般不能忽略阻一般不能忽略, 而對于實(shí)際電容的損耗電阻一般可以忽略。而對于實(shí)際電容的損耗電阻一般可以忽略。 例例 試計(jì)算510k電阻的噪聲均方值電壓和均方值電流各是多少？設(shè)T=290K，BW=100kHz。 （BW即fn） 解: U2n=4kTRBW=41.3810-23290510103105 8.1610-102 I2n=4kTBW/R

57、=41.3810-23290105/510103) 3.1410-2122.5 噪聲與噪聲系數(shù)噪聲與噪聲系數(shù) 第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.5 噪聲與噪聲系數(shù)噪聲與噪聲系數(shù) 2.5.2 2.5.2 晶體管噪聲晶體管噪聲 1、主要有熱噪聲、散粒噪聲熱噪聲、散粒噪聲、分配噪聲和閃爍噪聲。2、熱噪聲熱噪聲和散粒散粒( (彈彈) )噪聲噪聲為白噪聲白噪聲，其余的為有色噪聲。3、熱噪聲熱噪聲主要存在于基極電阻，而發(fā)射極和集電極電阻的熱噪聲一般很小，可以忽略。4、散粒噪聲散粒噪聲是由于少數(shù)載流子通過PN結(jié)注入基極時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)注入的載流子數(shù)目不等，因而到達(dá)集電極的載流子數(shù)目不等而引起的噪聲，其表現(xiàn)是發(fā)射極電流

58、和集電極電流的起伏現(xiàn)象。5、分配噪聲分配噪聲也與載流子數(shù)目有關(guān)，發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的少數(shù)載流子，一部分經(jīng)基區(qū)進(jìn)入集電極形成集電極電流，另一部分在基區(qū)復(fù)合；其中，載流子復(fù)合時(shí)，其數(shù)量時(shí)多時(shí)少而形成噪聲；6、閃爍噪聲閃爍噪聲，也稱1/f 噪聲，是由于晶體管在制造過程中的表面損傷或晶格缺陷，引起表面和體內(nèi)電導(dǎo)受到無規(guī)則的調(diào)制，從而產(chǎn)生的噪聲。主要在低頻處產(chǎn)生，高頻時(shí)通常不予考慮。第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.5 噪聲與噪聲系數(shù)噪聲與噪聲系數(shù) 2.5.2 2.5.2 晶體管噪聲晶體管噪聲 （考慮三極管的高頻共基極共基極電路組態(tài)）1、基極的噪聲由rb產(chǎn)生的熱噪聲熱噪聲為主，噪聲電壓均方值為2b4nbnvkTrf

59、2、發(fā)射極的噪聲以載流子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的散粒散粒( (彈彈) )噪聲噪聲為主，其電流均方值為2eE2nniqIf3、集電極的噪聲以少數(shù)載流子復(fù)合不規(guī)則而引起的分配噪聲分配噪聲為主，其電流均方值為22C021cnniqIf第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.5 噪聲與噪聲系數(shù)噪聲與噪聲系數(shù) 2.5.2 2.5.2 晶體管噪聲晶體管噪聲 晶體管噪聲系數(shù)與頻率關(guān)系第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.5 噪聲與噪聲系數(shù)噪聲與噪聲系數(shù) 2.5.2 2.5.2 晶體管噪聲晶體管噪聲 晶體管中還存在雪崩噪聲和爆裂噪聲。1、雪崩噪聲是PN結(jié)反向工作在擊穿狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的，PN結(jié)耗盡層內(nèi)，由于反向電壓的作用，因此電子與晶體發(fā)生碰撞，產(chǎn)生

60、雪崩倍增效應(yīng)，形成多余的電子-空穴對，而碰撞是隨機(jī)發(fā)生的，產(chǎn)生與散粒噪聲類似的隨機(jī)電流脈沖，但其幅度要大得多。2、爆裂噪聲是流過半導(dǎo)體PN結(jié)電流突然變化所引起的，通常爆裂噪聲電流只在兩種電流值之間切換，為電流型噪聲，在高阻電路中影響更大。爆裂噪聲表現(xiàn)為失調(diào)電壓的幅度隨機(jī)跳變，與半導(dǎo)體材料的缺陷和高濃度離子注入相關(guān)。3、對于CMOS工藝，其中的散粒噪聲、爆裂噪聲和雪崩噪聲通常影響較小，可忽略。第二章 高頻電路基礎(chǔ)2.5 噪聲與噪聲系數(shù)噪聲與噪聲系數(shù) 2.5.3 2.5.3 噪聲的表示與計(jì)算 為了使放大器能夠正常工作, 除了要滿足增益、通頻帶、選擇性等要求之外, 還應(yīng)對放大器的內(nèi)部噪聲給以限制,