第二章 高頻電路基礎(chǔ)

1、(1-1)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析（第四版）西安電子科技大學(xué)出版社 曾興文劉乃安陳健編曾興文劉乃安陳健編主講:李建新 教授(1-2)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院第第2章高頻電路基礎(chǔ)章高頻電路基礎(chǔ) 各種無線電設(shè)備主要是由一些處理高頻信號的功能電各種無線電設(shè)備主要是由一些處理高頻信號的功能電路組成。每一種功能電路又都是由各種各樣的無源元件路組成。每一種功能電路又都是由各種各樣的無源元件或有源元件組成，它們是構(gòu)成高頻電路的基礎(chǔ)，因

2、此本或有源元件組成，它們是構(gòu)成高頻電路的基礎(chǔ)，因此本章介紹高頻電路中常用的元件和組件。章介紹高頻電路中常用的元件和組件。 另外，在高頻電子電路中各種噪聲干擾是影響高頻另外，在高頻電子電路中各種噪聲干擾是影響高頻電路性能的主要因素，了解電子噪聲的概念對理解高頻電路性能的主要因素，了解電子噪聲的概念對理解高頻電路和系統(tǒng)的性能非常有用。所以，本章還將簡單介紹電路和系統(tǒng)的性能非常有用。所以，本章還將簡單介紹有關(guān)噪聲的概念和基本特性及計(jì)算方法。有關(guān)噪聲的概念和基本特性及計(jì)算方法。(1-3)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院主要內(nèi)容主要內(nèi)容 2.

3、1高頻電路中的元件器件高頻電路中的元件器件 2.2 高頻電路中的組件高頻電路中的組件 2.3 阻抗變換與阻抗匹配阻抗變換與阻抗匹配 2.4電子噪聲電子噪聲(1-4)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院2 . 1 高頻電路中的元件器件高頻電路中的元件器件 2.1.1高頻電路中的元件高頻電路中的元件 1 電阻器電阻器 高頻等效電路高頻等效電路(1-5)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 CR和和LR越小，高頻性能越好。越小，高頻性能越好。 高頻特性與材料、封裝形式和尺寸大小高頻特性

4、與材料、封裝形式和尺寸大小有關(guān)。有關(guān)。 金屬膜電阻優(yōu)于碳膜電阻；碳膜電阻優(yōu)于金屬膜電阻優(yōu)于碳膜電阻；碳膜電阻優(yōu)于線繞電阻；表面貼裝（線繞電阻；表面貼裝（SMD）電阻優(yōu)于引電阻優(yōu)于引線電阻；小尺寸電阻優(yōu)于大尺寸電阻。線電阻；小尺寸電阻優(yōu)于大尺寸電阻。 頻率越高，電阻的高頻特性越明顯。頻率越高，電阻的高頻特性越明顯。(1-6)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 2 電容器電容器 高頻等效電路高頻等效電路 阻抗特性阻抗特性(1-7)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 SRF稱為自身

5、諧振頻率。稱為自身諧振頻率。 容性容性 感性感性 3 電感器電感器 高頻等效電路高頻等效電路 阻抗特性阻抗特性SRFSRF(1-8)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 SRF稱為自身諧振頻率。稱為自身諧振頻率。 感性感性 容性容性 2.1.2 高頻電路中的有源器件高頻電路中的有源器件 （1）二極管）二極管 主要用于檢波、調(diào)制、解調(diào)及混頻等非線性電主要用于檢波、調(diào)制、解調(diào)及混頻等非線性電路，工作于低電平狀態(tài)。常用以下兩種二極管，路，工作于低電平狀態(tài)。常用以下兩種二極管，其結(jié)電容小，工作頻率高其結(jié)電容小，工作頻率高 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型

6、二極管 100200MHZ（2AP系列）系列） 表面勢壘二極管表面勢壘二極管 微波段微波段 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管調(diào)頻變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管調(diào)頻SRFSRF(1-9)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 在振蕩回路中，作為電調(diào)諧器或自動(dòng)調(diào)諧電路。在振蕩回路中，作為電調(diào)諧器或自動(dòng)調(diào)諧電路。 用于振蕩器中，通過改變電壓來改變振蕩信號用于振蕩器中，通過改變電壓來改變振蕩信號的頻率，即壓控振蕩器。的頻率，即壓控振蕩器。 PNI二極管（隧道二極管），其高頻等效電阻二極管（隧道二極管），其高頻等效電阻受正向直流電流的控制，可作為可調(diào)電阻。用于受正向直流

7、電流的控制，可作為可調(diào)電阻。用于電控開關(guān)、限幅器、電調(diào)衰減器或電調(diào)移相器。電控開關(guān)、限幅器、電調(diào)衰減器或電調(diào)移相器。 （2）晶體管（）晶體管（BJT）與場效應(yīng)管與場效應(yīng)管(FET) 高頻小功率管，主要用于小信號放大，要求高高頻小功率管，主要用于小信號放大，要求高增益和低噪聲。增益和低噪聲。(1-10)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 高頻功放管，除增益外，還要求在高頻時(shí)有高頻功放管，除增益外，還要求在高頻時(shí)有較大的輸出功率。較大的輸出功率。 BJT工作頻率可達(dá)幾千兆赫，噪聲系數(shù)只有工作頻率可達(dá)幾千兆赫，噪聲系數(shù)只有幾分貝，而小信號幾

8、分貝，而小信號FET在同樣的工作頻率下，在同樣的工作頻率下，噪聲系數(shù)更低；在輸出功率方面，在幾百兆赫噪聲系數(shù)更低；在輸出功率方面，在幾百兆赫以下頻率，以下頻率， BJT可達(dá)幾十瓦至上百瓦，而可達(dá)幾十瓦至上百瓦，而FET在幾千兆赫頻率以上還能輸出幾瓦功率。在幾千兆赫頻率以上還能輸出幾瓦功率。 （3）集成電路）集成電路 通用型寬帶集成放大器，通用型寬帶集成放大器，100200MHZ，增增益益5060dB。 專用集成電路（專用集成電路（ASIC），），包括集成鎖相環(huán)、包括集成鎖相環(huán)、集成調(diào)頻信號解調(diào)器、單片集成接收機(jī)以及電集成調(diào)頻信號解調(diào)器、單片集成接收機(jī)以及電視機(jī)中的專用集成電路等。視機(jī)中的專用集

9、成電路等。返回返回(1-11)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院2.2 高頻電路中的組件高頻電路中的組件 2.2.1 高頻振蕩回路高頻振蕩回路 1. 簡單振蕩回路簡單振蕩回路 電感與電容組成的串并聯(lián)電路。電感與電容組成的串并聯(lián)電路。 （1）串聯(lián)諧振回路）串聯(lián)諧振回路 阻抗阻抗)1(1CLjrCjLjrZS(1-12)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 阻抗特性曲線阻抗特性曲線 串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率LC10(1-13)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與

10、分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 諧振電流諧振電流 任意頻率下回路電流與諧振電流之比任意頻率下回路電流與諧振電流之比 其中：其中： 稱為品質(zhì)因數(shù)稱為品質(zhì)因數(shù)rUI0)(11111000jQrCLjZrIISCrrLQ001(1-14)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 因因 引入廣義失諧引入廣義失諧 則則 諧振曲線為諧振曲線為 00000220022ffQQ2011II(1-15)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 令令 得通頻帶得通頻帶 （2）并聯(lián)諧振回路）并聯(lián)諧振回

11、路 210IIQffB07 . 02(1-16)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 阻抗阻抗 阻抗特性曲線（見圖阻抗特性曲線（見圖c） 并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率CjLjrCjLjrZP11)(20111QLC(1-17)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 其中其中 當(dāng)當(dāng) 諧振電阻諧振電阻 當(dāng)回路諧振時(shí)，阻抗最大且為一純電阻當(dāng)回路諧振時(shí)，阻抗最大且為一純電阻R0 用諧振電阻表示的阻抗用諧振電阻表示的阻抗CrrLQ0011QLC10CQLQCrLR000(1-18)第二章第二章

12、高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院jRQjRjQCrLZP121)(100000201RZP2011RZP(1-19)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院2. 抽頭并聯(lián)振蕩回路（部分接入）抽頭并聯(lián)振蕩回路（部分接入）（1）幾種常用的抽頭并聯(lián)振蕩回路）幾種常用的抽頭并聯(lián)振蕩回路(1-20)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 （2）接入系數(shù)）接入系數(shù)p 與外電路相連的那部分電抗與本回路參與分壓與外電路相連的那部分電抗與本回路參與分壓的同

13、性質(zhì)總電抗之比。的同性質(zhì)總電抗之比。 （3）電阻、電壓、電流的部分接入關(guān)系）電阻、電壓、電流的部分接入關(guān)系 （4）采用部分接入后，回路電流）采用部分接入后，回路電流IL和和IC與與I的的比值要減小，即比值要減小，即TUUp 20pRR pUUTpIIT0RQULUITTLRUI (1-21)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 兩式相比得兩式相比得 即即 （5）用元件參數(shù)表示的接入系數(shù)）用元件參數(shù)表示的接入系數(shù) 電感部分接入電感部分接入 無互感無互感 有互感有互感pQQppQRRUUIITL201pQIILLLp1LMLp1(1-22)

14、第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 電容部分接入（如圖電容部分接入（如圖29e） 3. 耦合振蕩回路（雙調(diào)諧回路）耦合振蕩回路（雙調(diào)諧回路） （1）類型）類型 互感耦合回路互感耦合回路 電容耦合回路電容耦合回路2112121211CCCCCCCCUUpT(1-23)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院(1-24)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 （2）在高頻電路中的作用）在高頻電路中的作用 進(jìn)行阻抗變換，實(shí)現(xiàn)高頻信號

15、的傳輸進(jìn)行阻抗變換，實(shí)現(xiàn)高頻信號的傳輸 形成比簡單振蕩回路更好的頻率特性形成比簡單振蕩回路更好的頻率特性 （3）條件）條件 兩個(gè)回路都調(diào)諧于信號頻率兩個(gè)回路都調(diào)諧于信號頻率 兩個(gè)回路都為高兩個(gè)回路都為高Q電路電路(1-25)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 （4）分析（以互感耦合電路為例）分析（以互感耦合電路為例） 設(shè)互感系數(shù)為設(shè)互感系數(shù)為M，初、次級線圈電感分別為初、次級線圈電感分別為L1、L2。 為了反映兩回路的相對耦合程度，引入耦合系數(shù)為了反映兩回路的相對耦合程度，引入耦合系數(shù) 根據(jù)電路理論，根據(jù)電路理論，21212LLMLL

16、Mk12IMjE212ZIMjI122221IZMIMjE(1-26)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 引入反映阻抗引入反映阻抗 其中其中Z2是次級回路的串聯(lián)阻抗。是次級回路的串聯(lián)阻抗。 當(dāng)次級回路諧振時(shí)，反映阻抗當(dāng)次級回路諧振時(shí)，反映阻抗Zf為一純電阻為一純電阻rf，使初級使初級并聯(lián)諧振電阻下降；并聯(lián)諧振電阻下降； 當(dāng)次級回路失諧時(shí)，當(dāng)次級回路失諧時(shí)， Zf為一隨頻率變化的感性阻抗為一隨頻率變化的感性阻抗（0 ） 或容性阻抗（或容性阻抗（ 0）；）； 反映阻抗反映阻抗 Zf的變化會(huì)影響初級并聯(lián)阻抗的變化會(huì)影響初級并聯(lián)阻抗Z1和初級

17、和初級的轉(zhuǎn)移阻抗的轉(zhuǎn)移阻抗Z21的頻率特性發(fā)生變化。的頻率特性發(fā)生變化。 設(shè)兩回路參數(shù)完全相同，即設(shè)兩回路參數(shù)完全相同，即22211ZMIEZfLLL21CCC21QQQ21(1-27)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 再引入兩個(gè)參數(shù)：再引入兩個(gè)參數(shù)： 廣義失諧廣義失諧 耦合因子耦合因子 初次級串聯(lián)阻抗可分別表示為初次級串聯(lián)阻抗可分別表示為 耦合阻抗為耦合阻抗為 由圖由圖212（c）等效電路，轉(zhuǎn)移阻抗為等效電路，轉(zhuǎn)移阻抗為00002)(QrLkQA )1 ()1 (2211jrZjrZMjZm122121122122111EICCE

18、CjICjIUZ(1-28)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 I2由次級感應(yīng)電動(dòng)勢由次級感應(yīng)電動(dòng)勢I1Zm產(chǎn)生，即產(chǎn)生，即 考慮次級的反映阻抗，則考慮次級的反映阻抗，則 將將I2和和E1代入轉(zhuǎn)移阻抗并化簡得代入轉(zhuǎn)移阻抗并化簡得212ZZIIm)()(2211111ZZZIZZIEmfjAACQjZ2122021(1-29)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 歸一化轉(zhuǎn)移阻抗為歸一化轉(zhuǎn)移阻抗為 經(jīng)分析得經(jīng)分析得 A1時(shí)，時(shí)，Z21有兩個(gè)極大值，在有兩個(gè)極大值，在0處出現(xiàn)處出現(xiàn)凹

19、點(diǎn)凹點(diǎn) 其頻率特性曲線為其頻率特性曲線為2222max21214)1 (2AAZZ(1-30)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院|Z21|max|Z21|10.707k k0k k0k k0ff1faf0fbf20 圖圖 2 13 耦合回路的頻率特性耦合回路的頻率特性 (1-31)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 A=1稱為臨界耦合，耦合系數(shù)稱為臨界耦合，耦合系數(shù)k0=1/Q稱為臨界耦合系數(shù)；稱為臨界耦合系數(shù)； A1或或kk0稱為過耦合；稱為過耦合； A1或或kk0稱為欠耦

20、合；稱為欠耦合； 由圖可見由圖可見 kk0的過耦合狀態(tài)時(shí)，可以得到更大的帶寬，的過耦合狀態(tài)時(shí)，可以得到更大的帶寬，但凹陷點(diǎn)的值不能小于但凹陷點(diǎn)的值不能小于0.707，理論分析可以得出，理論分析可以得出最大凹陷點(diǎn)為最大凹陷點(diǎn)為0.707時(shí)的耦合因子及帶寬分別為時(shí)的耦合因子及帶寬分別為(1-35)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 2. 2. 2 石英晶體諧振器石英晶體諧振器 1. 物理特性物理特性 （1）形狀：六角錐體、三個(gè)對稱軸即）形狀：六角錐體、三個(gè)對稱軸即Z軸（光軸）、軸（光軸）、X軸（電軸）、軸（電軸）、 Y軸（機(jī)械軸），可形成

21、多種切片軸（機(jī)械軸），可形成多種切片（FT、DT、BT、AT、CT、ET、GT），），在晶片兩側(cè)在晶片兩側(cè)制作好金屬電極并與底座的插腳相連，最后用金屬或制作好金屬電極并與底座的插腳相連，最后用金屬或玻璃外殼封裝，形成石英晶體諧振器。玻璃外殼封裝，形成石英晶體諧振器。 如圖如圖220和圖和圖221(1-36)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院(1-37)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院(1-38)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信

22、息學(xué)院信息學(xué)院 （2） 特性：特性： 壓電效應(yīng)當(dāng)晶體受外力作用而形變（如伸縮、切壓電效應(yīng)當(dāng)晶體受外力作用而形變（如伸縮、切變、扭曲等）時(shí)，就在它對應(yīng)的表面上產(chǎn)生正、負(fù)電變、扭曲等）時(shí)，就在它對應(yīng)的表面上產(chǎn)生正、負(fù)電荷，呈現(xiàn)出電壓。荷，呈現(xiàn)出電壓。 反壓電效應(yīng)當(dāng)在晶體兩端面加電壓時(shí)，晶體又會(huì)反壓電效應(yīng)當(dāng)在晶體兩端面加電壓時(shí)，晶體又會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變。若電壓為交變電壓，則晶體就會(huì)發(fā)生產(chǎn)生機(jī)械形變。若電壓為交變電壓，則晶體就會(huì)發(fā)生周期性的振動(dòng)（且具有一固有諧振頻率），同時(shí)會(huì)有周期性的振動(dòng)（且具有一固有諧振頻率），同時(shí)會(huì)有電流流過晶體。電流流過晶體。 機(jī)械共振與電諧振當(dāng)外加電信號頻率在晶體固有機(jī)械共振與電

23、諧振當(dāng)外加電信號頻率在晶體固有諧振頻率附近時(shí)，就會(huì)發(fā)生諧振現(xiàn)象。它既表現(xiàn)為晶諧振頻率附近時(shí)，就會(huì)發(fā)生諧振現(xiàn)象。它既表現(xiàn)為晶片的機(jī)械共振，又在電路上表現(xiàn)為電諧振。晶片的片的機(jī)械共振，又在電路上表現(xiàn)為電諧振。晶片的諧諧振頻率振頻率與晶片的材料、幾何形狀、尺寸及振動(dòng)方式與晶片的材料、幾何形狀、尺寸及振動(dòng)方式（取決于切片方式）有關(guān)，而且十分穩(wěn)定；其（取決于切片方式）有關(guān)，而且十分穩(wěn)定；其溫度系溫度系數(shù)數(shù)（溫度變化（溫度變化1時(shí)所引起的固有諧振頻率相對變化量）時(shí)所引起的固有諧振頻率相對變化量）均在均在106以上數(shù)量級，溫度系數(shù)只與振動(dòng)方式有關(guān)。以上數(shù)量級，溫度系數(shù)只與振動(dòng)方式有關(guān)。(1-39)第二章第二

24、章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 GT和和AT型切片，其溫度系數(shù)在很寬范圍內(nèi)都趨于型切片，其溫度系數(shù)在很寬范圍內(nèi)都趨于零；而其它型切片只在某一特定溫度附近小范圍內(nèi)才零；而其它型切片只在某一特定溫度附近小范圍內(nèi)才趨于零，通常將這個(gè)特定的溫度稱為趨于零，通常將這個(gè)特定的溫度稱為拐點(diǎn)溫度拐點(diǎn)溫度。 高頻晶體切片，其諧振時(shí)的電波長高頻晶體切片，其諧振時(shí)的電波長0與晶片厚度成與晶片厚度成正比，諧振頻率與厚度成反比。正比，諧振頻率與厚度成反比。 對于一定形狀和尺寸的某一晶體，它既可在某一特對于一定形狀和尺寸的某一晶體，它既可在某一特定基頻上諧振，也可在高

25、次諧波（諧頻或泛音）上諧定基頻上諧振，也可在高次諧波（諧頻或泛音）上諧振。通常把利用晶片基頻（音）共振的諧振器稱為基振。通常把利用晶片基頻（音）共振的諧振器稱為基頻（音）諧振器，單位為頻（音）諧振器，單位為kHZ（最高最高25MHZ）；）；把利把利用晶片諧頻共振的諧振器稱為泛音諧振器，單位為用晶片諧頻共振的諧振器稱為泛音諧振器，單位為MHZ(最高最高250MHZ)，通常能利用的是通常能利用的是3、5、7之類的之類的奇次泛音。奇次泛音。(1-40)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 2. 等效電路及阻抗特性等效電路及阻抗特性 C0稱為晶

26、體的靜態(tài)電容（幾幾十稱為晶體的靜態(tài)電容（幾幾十PF）；）；Lq、Cq、rq 是對是對應(yīng)于機(jī)械共振經(jīng)壓電轉(zhuǎn)換而呈現(xiàn)的電參數(shù)，其中應(yīng)于機(jī)械共振經(jīng)壓電轉(zhuǎn)換而呈現(xiàn)的電參數(shù)，其中rq 是機(jī)械是機(jī)械摩擦和空氣阻尼引起的損耗。摩擦和空氣阻尼引起的損耗。q1q3q5C0LqCqrqC0(a)(b)(1-41)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 由等效電路得石英晶體的阻抗表達(dá)式為由等效電路得石英晶體的阻抗表達(dá)式為 分別令分子和分母為零得串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧分別令分子和分母為零得串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率振頻率(忽略忽略rq)001)1()1(1CjCL

27、jrCLjrCjZqqqqqqe0000011212121CCfCCCLCCCCLfCLfqqqqqqqqqqq(1-42)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 由于由于C0Cq，f0與與fq相差很小，根據(jù)數(shù)學(xué)公式將其展開得相差很小，根據(jù)數(shù)學(xué)公式將其展開得 由此可求得相對頻率間隔為由此可求得相對頻率間隔為 因因Cq/C0=0.0020.003，故相對頻率間隔僅有千分之一、二故相對頻率間隔僅有千分之一、二左右。左右。 晶體振蕩器與一般振蕩回路比較所具有的特點(diǎn)：晶體振蕩器與一般振蕩回路比較所具有的特點(diǎn)： （1）晶體的諧振頻率）晶體的諧振頻率

28、fq 與與f0非常穩(wěn)定。因非常穩(wěn)定。因Lq、Cq 、C0僅由晶僅由晶體尺寸決定。體尺寸決定。)211 (00CCffqq0021CCfffqqq(1-43)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 （2）晶體振蕩器有非常高的品質(zhì)因數(shù)，如國產(chǎn)）晶體振蕩器有非常高的品質(zhì)因數(shù)，如國產(chǎn)B45型型1MHZ石英晶體，其品質(zhì)因數(shù)為石英晶體，其品質(zhì)因數(shù)為125000250000；而普通；而普通振動(dòng)回路振動(dòng)回路Q值只能做到一二百。值只能做到一二百。 （3）晶體振蕩器的接入系數(shù)）晶體振蕩器的接入系數(shù)p=Cq/（C0+Cq） Cq/C0 非非常小常小(0.002

29、0.003)，故晶體振蕩器與外電路的耦合必然，故晶體振蕩器與外電路的耦合必然很弱，即外電路（或負(fù)載）對晶體振蕩器影響很小。當(dāng)很弱，即外電路（或負(fù)載）對晶體振蕩器影響很小。當(dāng)晶體接有負(fù)載電容晶體接有負(fù)載電容CL時(shí)，接入系數(shù)時(shí)，接入系數(shù)p=Cq/（C0+ CL）將更將更小，小，f0將減小。將減小。CL越大，越大， f0越接近越接近fq。 （4）晶體在工作頻率附近，其阻抗變化率很大。）晶體在工作頻率附近，其阻抗變化率很大。 在阻抗表達(dá)式中忽略在阻抗表達(dá)式中忽略rq后，化簡得后，化簡得220220111qeeCjjXZ(1-44)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理

30、與分析信息學(xué)院信息學(xué)院Xe0q0圖圖 2 23 晶體諧振器的電抗曲線晶體諧振器的電抗曲線 (1-45)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 由圖可知，當(dāng)由圖可知，當(dāng) 0時(shí)，晶體諧振器呈容性；時(shí)，晶體諧振器呈容性；當(dāng)當(dāng) q 0 時(shí)，晶體諧振器等效為一電感，且為數(shù)時(shí)，晶體諧振器等效為一電感，且為數(shù)值巨大的非線性電感。值巨大的非線性電感。 因因 由于由于Lq很大，即在很大，即在q 處電抗變化率很大。處電抗變化率很大。 3. 晶體諧振器的應(yīng)用晶體諧振器的應(yīng)用 （1）晶體諧振器主要應(yīng)用于晶體振蕩器中，包括串聯(lián)）晶體諧振器主要應(yīng)用于晶體振蕩器中，包

31、括串聯(lián)型振蕩器和并聯(lián)型振蕩器，可獲得頻率穩(wěn)定度很高的型振蕩器和并聯(lián)型振蕩器，可獲得頻率穩(wěn)定度很高的振動(dòng)信號（見第振動(dòng)信號（見第4章）。章）。 （2）晶體諧振器應(yīng)用于高頻窄帶濾波器中。）晶體諧振器應(yīng)用于高頻窄帶濾波器中。qqqeLCLddddX2)1(0(1-46)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院(1-47)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 根據(jù)四端網(wǎng)絡(luò)理論，當(dāng)晶體阻抗根據(jù)四端網(wǎng)絡(luò)理論，當(dāng)晶體阻抗Z1與與Z2異號異號時(shí)，濾波器時(shí)，濾波器處于處于通帶通帶；晶體阻抗；晶體阻抗Z

32、1與與Z2同號同號時(shí)，濾波器處于阻帶。時(shí)，濾波器處于阻帶。由晶體電抗特性可知，濾波器在由晶體電抗特性可知，濾波器在fqff0為通帶，為通帶， f f0為為阻帶阻帶。 另外，當(dāng)另外，當(dāng)Z1Z2時(shí)，電橋完全平衡，衰減最大；由于晶時(shí)，電橋完全平衡，衰減最大；由于晶體與電路中存在損耗，負(fù)載與濾波器不可能完全匹配，體與電路中存在損耗，負(fù)載與濾波器不可能完全匹配，所以晶體濾波器的通帶衰減并不為零。所以晶體濾波器的通帶衰減并不為零。返回返回(1-48)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 阻抗匹配是功放的級與級之間或功放與負(fù)載之間起信號阻抗匹配是功放

33、的級與級之間或功放與負(fù)載之間起信號耦合作用的電路。其作用：耦合作用的電路。其作用：（2）濾波作用；）濾波作用；（1）實(shí)現(xiàn)阻抗變換作用；）實(shí)現(xiàn)阻抗變換作用；（3）適應(yīng)波段工作要求，改變工作頻率時(shí)調(diào)諧要方便，并）適應(yīng)波段工作要求，改變工作頻率時(shí)調(diào)諧要方便，并能在波段內(nèi)保持較好的匹配和較好的效率。能在波段內(nèi)保持較好的匹配和較好的效率。2 . 3 阻抗變換與阻抗匹配阻抗變換與阻抗匹配(1-49)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院2.3.1 振蕩回路的阻抗變換振蕩回路的阻抗變換（1） 不僅可實(shí)現(xiàn)窄帶阻抗變換，而且還可以減小信號不僅可實(shí)現(xiàn)窄帶阻抗

34、變換，而且還可以減小信號源或負(fù)載對諧振回路的影響。源或負(fù)載對諧振回路的影響。（2） 若信號源或負(fù)載包含電抗時(shí)，此法仍然使用。若信號源或負(fù)載包含電抗時(shí)，此法仍然使用。（3） 若并聯(lián)振蕩回路不滿足若并聯(lián)振蕩回路不滿足Q1，此法失效。，此法失效。對抽頭并聯(lián)振蕩回路：對抽頭并聯(lián)振蕩回路：(1-50)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院對耦合振蕩回路（雙調(diào)諧回路）：對耦合振蕩回路（雙調(diào)諧回路）： 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)M，可改變耦合阻抗和耦合系數(shù)，因此調(diào)節(jié)互感，可改變耦合阻抗和耦合系數(shù)，因此調(diào)節(jié)互感系數(shù)就可實(shí)現(xiàn)阻抗變換。系數(shù)就可實(shí)現(xiàn)阻抗變換。(1-51)第二章

35、第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院2.3.2 LC網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換R2R1(a)(b)(c)圖圖 3 27幾種常見的幾種常見的LC匹配匹配(a) L型型; (b) T型型; (c) 型型常用的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)主要有常用的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)主要有LC匹配網(wǎng)絡(luò)和耦合網(wǎng)絡(luò)。匹配網(wǎng)絡(luò)和耦合網(wǎng)絡(luò)。(1-52)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院1. 串并聯(lián)阻抗變換公式串并聯(lián)阻抗變換公式ppppspsXRQXXQQXRQR222111XsXpRpXsXpRsXpXpRp(a)(b)XsXsRs

36、(1-53)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院sssspspRXQXXQQXRQR2221)1 (XsXpRpXsXpRsXpXpRp(a)(b)XsXsRs(1-54)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 （1）L型匹配網(wǎng)絡(luò)按負(fù)載電阻與網(wǎng)絡(luò)電抗的連接關(guān)系，可型匹配網(wǎng)絡(luò)按負(fù)載電阻與網(wǎng)絡(luò)電抗的連接關(guān)系，可分為分為L型（負(fù)載電阻與網(wǎng)絡(luò)電抗并聯(lián)）和型（負(fù)載電阻與網(wǎng)絡(luò)電抗并聯(lián)）和L型（負(fù)型（負(fù)載電阻與網(wǎng)絡(luò)電抗串聯(lián)）載電阻與網(wǎng)絡(luò)電抗串聯(lián)）XsXpRpXsXpRsXpXpRp(a)(b)X

37、sXsRs 圖圖 3 28 L型匹配網(wǎng)絡(luò)型匹配網(wǎng)絡(luò) (a) L-I型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò); (b) L-型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)2. L型網(wǎng)絡(luò)阻抗變換型網(wǎng)絡(luò)阻抗變換(1-55)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院ppppsLpsXRQXXQQXRRQR22cr2111對對L型：型：結(jié)論結(jié)論： 在負(fù)載電阻在負(fù)載電阻Rp大于高頻功放要求的最佳負(fù)載阻抗大于高頻功放要求的最佳負(fù)載阻抗RLcr時(shí)，時(shí)，采用采用L型網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)整型網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)整Q值，可以將大的值，可以將大的Rp變?yōu)樾〉淖優(yōu)樾〉腞s以獲得阻抗匹配（以獲得阻抗匹配（ Rs RLcr ）。諧振時(shí)，應(yīng)有）。諧振

38、時(shí)，應(yīng)有Xs+ Xs=0。所以，所以， L型匹配網(wǎng)絡(luò)又稱為型匹配網(wǎng)絡(luò)又稱為高阻變低阻高阻變低阻網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。(1-56)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院對對L型：型：11seLLRRRRQ)(sseLeeRRRQRXXeLeLLRRRRQRXp(1-57)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院sssspLspRXQXXQQXRRQR22cr21)1 (對對L型：型：結(jié)論結(jié)論： 在負(fù)載電阻在負(fù)載電阻Rp小于高頻功放要求的最佳負(fù)載阻抗小于高頻功放要求的最佳負(fù)載阻抗RLcr時(shí)，時(shí)，采用

39、采用L型網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)整型網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)整Q值，可以將小的值，可以將小的Rs變?yōu)榇蟮淖優(yōu)榇蟮腞p以獲得阻抗匹配（以獲得阻抗匹配（ Rp RLcr ）。諧振時(shí)，應(yīng)有）。諧振時(shí)，應(yīng)有Xp+ Xp=0。所以，所以， L型匹配網(wǎng)絡(luò)又稱為型匹配網(wǎng)絡(luò)又稱為低阻變高阻低阻變高阻網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。(1-58)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院對對L型：型：11pLeLRRRRQ)(sLeLLRRRQRXLeLeeRRRRQRXXpp(1-59)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 （2）T型網(wǎng)絡(luò)或型網(wǎng)絡(luò)

40、或型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)(1-60)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院212221QQRR阻抗變換作用為阻抗變換作用為關(guān)于關(guān)于T型網(wǎng)絡(luò)或型網(wǎng)絡(luò)或型網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換關(guān)系的詳細(xì)推導(dǎo)可型網(wǎng)絡(luò)的阻抗變換關(guān)系的詳細(xì)推導(dǎo)可參考高頻電子線路陽昌漢、楊翠娥編參考高頻電子線路陽昌漢、楊翠娥編P60-61電子電路與系統(tǒng)高頻電路謝沅清編電子電路與系統(tǒng)高頻電路謝沅清編P83(1-61)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院2.3.3 變壓器阻抗變換變壓器阻抗變換LLRNNR221)(2.3.4 電阻網(wǎng)絡(luò)阻抗變換電阻

41、網(wǎng)絡(luò)阻抗變換 電阻網(wǎng)絡(luò)阻抗變換器是一種有損耗的寬帶阻抗變換器。電阻網(wǎng)絡(luò)阻抗變換器是一種有損耗的寬帶阻抗變換器。稱為高頻電阻匹配器（稱為高頻電阻匹配器（T型電阻衰減網(wǎng)絡(luò)）。型電阻衰減網(wǎng)絡(luò)）。(1-62)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院匹配器的最小衰減量：匹配器的最小衰減量：1) 1(22212121minZZZZZZL匹配器的電阻值：匹配器的電阻值：12) 1(minmin21min11LLZZLZR12) 1(minmin21min22LLZZLZR12minmin213LLZZR返回返回(1-63)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電

42、路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院2 . 4 電子噪聲電子噪聲 2.4.1 概述概述 在電子測量系統(tǒng)中，放大電路對微弱信號的在電子測量系統(tǒng)中，放大電路對微弱信號的放大要受到內(nèi)部噪聲的限制。由于放大電路具有放大要受到內(nèi)部噪聲的限制。由于放大電路具有內(nèi)部噪聲，當(dāng)外來信號通過放大電路放大輸出的內(nèi)部噪聲，當(dāng)外來信號通過放大電路放大輸出的同時(shí)，也有內(nèi)部噪聲輸出。若外來信號小到一定同時(shí)，也有內(nèi)部噪聲輸出。若外來信號小到一定值時(shí)，放大器輸出信號和噪聲大小相差不多，以值時(shí)，放大器輸出信號和噪聲大小相差不多，以致在放大器的輸出端難以分辨。致在放大器的輸出端難以分辨。(1-64)第二章

43、第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 1. 噪聲（干擾）定義噪聲（干擾）定義 所謂噪聲（干擾）就是除有用信號以外的一切不需所謂噪聲（干擾）就是除有用信號以外的一切不需要的信號及各種電磁騷動(dòng)的總稱。要的信號及各種電磁騷動(dòng)的總稱。 它是在放大電路或電子設(shè)備的輸出端與有用信號它是在放大電路或電子設(shè)備的輸出端與有用信號同時(shí)存在的一種隨機(jī)變化的電流或電壓，在沒有有用同時(shí)存在的一種隨機(jī)變化的電流或電壓，在沒有有用信號時(shí)，它也存在。信號時(shí)，它也存在。 噪聲和干擾是兩個(gè)同義術(shù)語，沒有本質(zhì)的區(qū)別。噪聲和干擾是兩個(gè)同義術(shù)語，沒有本質(zhì)的區(qū)別。習(xí)慣上，將外部來的稱為

44、干擾，內(nèi)部產(chǎn)生的稱為噪聲。習(xí)慣上，將外部來的稱為干擾，內(nèi)部產(chǎn)生的稱為噪聲。(1-65)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 2. 噪聲類型噪聲類型 按噪聲發(fā)生地點(diǎn)分：外部噪聲（干擾）和內(nèi)部噪聲（干擾）按噪聲發(fā)生地點(diǎn)分：外部噪聲（干擾）和內(nèi)部噪聲（干擾） 按產(chǎn)生噪聲的根源分：自然干擾和人為干擾按產(chǎn)生噪聲的根源分：自然干擾和人為干擾 按電特性分：脈沖型、正弦型、起伏型按電特性分：脈沖型、正弦型、起伏型 3. 抑制外部干擾的措施抑制外部干擾的措施 消除干擾源、切斷干擾傳播途徑（屏蔽）、躲避干擾消除干擾源、切斷干擾傳播途徑（屏蔽）、躲避干擾 2

45、.4.2 電子噪聲的來源與特性電子噪聲的來源與特性 在電子線路中，噪聲來源主要有兩方面：電阻熱噪聲和在電子線路中，噪聲來源主要有兩方面：電阻熱噪聲和半導(dǎo)體管噪聲（晶體管噪聲）半導(dǎo)體管噪聲（晶體管噪聲）(1-66)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院1. 電阻熱噪聲電阻熱噪聲一個(gè)電阻在沒有外加電壓時(shí)，電阻材料的自由電子要作一個(gè)電阻在沒有外加電壓時(shí)，電阻材料的自由電子要作無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)、發(fā)生碰撞、復(fù)合和產(chǎn)生二次電子現(xiàn)象。對無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)、發(fā)生碰撞、復(fù)合和產(chǎn)生二次電子現(xiàn)象。對一個(gè)電子，其一次運(yùn)動(dòng)過程，就會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生很小的一個(gè)電子，其一次運(yùn)動(dòng)過

46、程，就會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生很小的電壓，電壓的正負(fù)由電子的運(yùn)動(dòng)方向決定。大量的熱運(yùn)動(dòng)電壓，電壓的正負(fù)由電子的運(yùn)動(dòng)方向決定。大量的熱運(yùn)動(dòng)電子就會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生起伏電壓。電子就會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生起伏電壓。(1-67)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 就一段時(shí)間看，出現(xiàn)正負(fù)電壓的概率相同，因而兩端的就一段時(shí)間看，出現(xiàn)正負(fù)電壓的概率相同，因而兩端的平均電壓為零。平均電壓為零。01lim( )0TnnTuu t dtT 但就某一瞬時(shí)來看，電阻兩端電壓的大小和方向是隨但就某一瞬時(shí)來看，電阻兩端電壓的大小和方向是隨機(jī)變化的。機(jī)變化的。這種因熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的

47、起伏電壓就稱為電阻的這種因熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的起伏電壓就稱為電阻的熱噪聲熱噪聲。 噪聲電壓是隨機(jī)變化的，無法確切地寫出它的數(shù)學(xué)噪聲電壓是隨機(jī)變化的，無法確切地寫出它的數(shù)學(xué)表達(dá)式。大量的實(shí)踐和理論分析已經(jīng)找出了它們的規(guī)律表達(dá)式。大量的實(shí)踐和理論分析已經(jīng)找出了它們的規(guī)律性，可以用性，可以用噪聲電壓均方值噪聲電壓均方值和和功率譜密度功率譜密度來描述。來描述。(1-68)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院（1）熱噪聲電壓和功率譜密度）熱噪聲電壓和功率譜密度表達(dá)式表達(dá)式當(dāng)溫度為當(dāng)溫度為T（K）時(shí)，時(shí)， 阻值為阻值為R的電阻兩端噪聲電壓的均方值的電阻兩

48、端噪聲電壓的均方值為為 該式稱為該式稱為奈奎斯特公式奈奎斯特公式。式中，。式中，k=1.3710-23J/K為波爾為波爾茨曼常數(shù)；茨曼常數(shù)；B為測量此電壓時(shí)的帶寬；為測量此電壓時(shí)的帶寬；T為絕對溫度，為絕對溫度，En表表示起伏噪聲電壓交流分量的示起伏噪聲電壓交流分量的有效值有效值（均方根）。（均方根）。 由于熱噪聲電壓是由大量電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的起伏電壓之和，由于熱噪聲電壓是由大量電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的起伏電壓之和，總的噪聲電壓總的噪聲電壓en服從正態(tài)分布（高斯分布），即其概率密度服從正態(tài)分布（高斯分布），即其概率密度p(en)為為)21exp(21)(222nnnnEeEepTnTnkTBRdteTE02

49、241lim(1-69)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 具有這種分布的噪聲稱為具有這種分布的噪聲稱為高斯噪聲高斯噪聲。 分析可得，分析可得， en 4En的概率小于的概率小于0.01，即，即 en 大于此值的概率實(shí)際上可以忽略。大于此值的概率實(shí)際上可以忽略。等效電路等效電路RR (理想)E2n4 kTBRGI2n4 kTBG(a)(b)圖圖 2 31 電阻熱噪聲等效電路電阻熱噪聲等效電路 (1-70)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 即電阻的熱噪聲可以用一個(gè)即電阻的熱噪

50、聲可以用一個(gè)噪聲電壓源噪聲電壓源和一個(gè)無噪聲的和一個(gè)無噪聲的電阻電阻串聯(lián)表示串聯(lián)表示或或用一個(gè)用一個(gè)噪聲電流源噪聲電流源和一個(gè)無噪聲的和一個(gè)無噪聲的電導(dǎo)電導(dǎo)并并聯(lián)表示。聯(lián)表示。 電阻熱噪聲也可以看成是一噪聲功率源，其輸出的最大電阻熱噪聲也可以看成是一噪聲功率源，其輸出的最大噪聲功率為噪聲功率為 該式表明，電阻的輸出熱噪聲功率與帶寬成正比。則單該式表明，電阻的輸出熱噪聲功率與帶寬成正比。則單位頻帶內(nèi)的最大噪聲功率為位頻帶內(nèi)的最大噪聲功率為kT，它與觀察的頻帶范圍無關(guān)，它與觀察的頻帶范圍無關(guān)，稱為噪聲源的稱為噪聲源的噪聲功率譜密度噪聲功率譜密度。 這種功率譜不隨頻率變化的噪聲，稱為這種功率譜不隨頻

51、率變化的噪聲，稱為白噪聲白噪聲。 為了方便計(jì)算電路中的噪聲，引入噪聲電壓譜密度或噪為了方便計(jì)算電路中的噪聲，引入噪聲電壓譜密度或噪聲電流譜密度。聲電流譜密度。kTBREn2)21(1-71)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 均方電壓譜密度均方電壓譜密度：單位頻帶內(nèi)的噪聲電壓均方值。：單位頻帶內(nèi)的噪聲電壓均方值。 均方電流譜密度均方電流譜密度：單位頻帶內(nèi)的噪聲電流均方值。：單位頻帶內(nèi)的噪聲電流均方值。 即即 （2）線性電路中的熱噪聲）線性電路中的熱噪聲 多個(gè)電阻的熱噪聲多個(gè)電阻的熱噪聲 設(shè)兩個(gè)電阻（設(shè)兩個(gè)電阻（R1、R2）的噪聲電勢是

52、統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，即互的噪聲電勢是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，即互不相關(guān)。再設(shè)串聯(lián)后的電勢瞬時(shí)值為不相關(guān)。再設(shè)串聯(lián)后的電勢瞬時(shí)值為kTGBISkTRBESnInu442221nnneee(1-72)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院其均方值為其均方值為即只要各噪聲源是相互獨(dú)立的，則總的噪聲服從均方疊加原則。即只要各噪聲源是相互獨(dú)立的，則總的噪聲服從均方疊加原則。 熱噪聲通過線性網(wǎng)絡(luò)熱噪聲通過線性網(wǎng)絡(luò) 研究圖研究圖232的電路模型，并設(shè)其傳遞函數(shù)為的電路模型，并設(shè)其傳遞函數(shù)為H（j），），則則對單一頻率的信號來說，輸出量與輸入量之比就與對單一頻率的信號來說，

53、輸出量與輸入量之比就與 H 2 （j）成正比。即成正比。即)(421lim1lim1lim)(1lim21222102102202102212RRkTBEEdteeTdteTdteTdteeTEnnTnnTTnTTnTTnnTn(1-73)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 現(xiàn)以噪聲通過現(xiàn)以噪聲通過LC振蕩回路（如圖振蕩回路（如圖233）為例分析噪聲）為例分析噪聲通過線性網(wǎng)絡(luò)的特性：通過線性網(wǎng)絡(luò)的特性：02200)(dfSESjHSUniUU(1-74)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息

54、學(xué)院信息學(xué)院 由電路，其傳輸函數(shù)為由電路，其傳輸函數(shù)為)1(1)(CLjrCjjH2222)1()1()(CLrCjHkTrCLrCSU4)1()1(2220(1-75)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 將并聯(lián)回路等效為串聯(lián)回路（如圖將并聯(lián)回路等效為串聯(lián)回路（如圖233c），），則則 經(jīng)化簡并整理得經(jīng)化簡并整理得 與（與（255）式對比得）式對比得CjLjrLjrCjjXRee1)()(1222)1()1(CLrrCReeUkTRS40(1-76)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院

55、信息學(xué)院 重要重要結(jié)論結(jié)論： 對于線性二端網(wǎng)絡(luò)，輸出的噪聲電壓譜密度或噪聲對于線性二端網(wǎng)絡(luò)，輸出的噪聲電壓譜密度或噪聲電流譜密度電流譜密度SU、SI可以用等效電阻可以用等效電阻Re（或或Ge）來代替來代替下式中的下式中的R或或G 電阻熱噪聲通過線性電路后，一般就不再是白噪聲電阻熱噪聲通過線性電路后，一般就不再是白噪聲了（因了（因Re是頻率的函數(shù)）是頻率的函數(shù)）kTGBISkTRBESnInu4422(1-77)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 輸出端的均方噪聲電壓為輸出端的均方噪聲電壓為QfkTRfdffQRkTfkTrdffQCr

56、fdSdfSEUUn24)2(144)2(1)1(002002020200(1-78)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 等效噪聲帶寬的物理意義：使等效噪聲帶寬的物理意義：使H20與與Bn為兩邊的矩形面為兩邊的矩形面積與曲線下的面積相等。如圖積與曲線下的面積相等。如圖234所示。所示。（3）噪聲帶寬）噪聲帶寬(1-79)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 對圖對圖232的電路模型，設(shè)其傳遞函數(shù)為的電路模型，設(shè)其傳遞函數(shù)為H（j）。）。設(shè)輸入設(shè)輸入一電阻熱噪聲，均方電壓譜為一電

57、阻熱噪聲，均方電壓譜為Sui=4kTR，輸出均方電壓譜輸出均方電壓譜為為Su0，則輸出均方電壓則輸出均方電壓E2n2為為 設(shè)設(shè)H（j）的最大值為的最大值為H0，則可定義等效噪聲寬度則可定義等效噪聲寬度Bn，則則 等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬Bn為為0202022)(4)(0dfjHkTrdfjHSdfSEiUUn20224HkTrBEnn2002)(HdfjHBn(1-80)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 以單振蕩回路為例，計(jì)算其等效噪聲帶寬。以單振蕩回路為例，計(jì)算其等效噪聲帶寬。202020202222)2(1)2(1)1()1()

58、1()(ffQHffQCrCLrCjH(1-81)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 由此可得等效噪聲帶寬為由此可得等效噪聲帶寬為 已知并聯(lián)回路的通帶為已知并聯(lián)回路的通帶為 對多級單調(diào)諧回路，級數(shù)越多，傳輸特性越接近矩形，對多級單調(diào)諧回路，級數(shù)越多，傳輸特性越接近矩形，Bn越接近越接近B0.7；對臨界耦合的雙調(diào)諧回路，對臨界耦合的雙調(diào)諧回路， Bn1.11 B0.7QffdffQBn2)2(11020QfB07 . 07 . 07 . 057. 12BBBn(1-82)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電

59、路原理與分析信息學(xué)院信息學(xué)院 2. 晶體三極管的噪聲晶體三極管的噪聲 在晶體三極管中，除了其中某些分布電阻（在晶體三極管中，除了其中某些分布電阻（rbb） ，會(huì)產(chǎn)生電阻熱噪聲以外，還有以下幾種噪聲來源。會(huì)產(chǎn)生電阻熱噪聲以外，還有以下幾種噪聲來源。 （1）散彈（粒）噪聲）散彈（粒）噪聲 由于載流子隨機(jī)起伏流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，稱為由于載流子隨機(jī)起伏流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，稱為散彈噪聲散彈噪聲或散粒噪聲或散粒噪聲。散彈噪聲與電阻熱噪聲一樣也是白噪聲，但。散彈噪聲與電阻熱噪聲一樣也是白噪聲，但其遠(yuǎn)大于電阻熱噪聲，其引起的電流起伏均方值與其遠(yuǎn)大于電阻熱噪聲，其引起的電流起伏均方值與PN結(jié)的結(jié)的直流電流成正比。即直流

60、電流成正比。即 其中其中 q1.61019C；I0為為PN結(jié)的平均電流。此式稱結(jié)的平均電流。此式稱為為肖特基公式肖特基公式。 在晶體管中因發(fā)射結(jié)正偏，結(jié)電流較大，而集電結(jié)反在晶體管中因發(fā)射結(jié)正偏，結(jié)電流較大，而集電結(jié)反偏，除了基區(qū)來的傳輸電流外，只有較小的反向飽和電流偏，除了基區(qū)來的傳輸電流外，只有較小的反向飽和電流產(chǎn)生散彈噪聲，所以在晶體管中發(fā)射結(jié)的散彈噪聲起主要產(chǎn)生散彈噪聲，所以在晶體管中發(fā)射結(jié)的散彈噪聲起主要作用，而集電結(jié)的散彈噪聲可以忽略。作用，而集電結(jié)的散彈噪聲可以忽略。02)(qIfSI(1-83)第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ)結(jié)束高頻電路原理與分析高頻電路原理與分析信息學(xué)