第二章 高頻電路基礎(chǔ)

1、第二章第二章 高頻電路基礎(chǔ)高頻電路基礎(chǔ) 2.1 高頻電路中的元器件高頻電路中的元器件2.2 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路 2.3 電子噪聲電子噪聲2.4 噪聲系數(shù)和噪聲溫度噪聲系數(shù)和噪聲溫度 這部分是學(xué)習(xí)后面內(nèi)容的準(zhǔn)備，重點(diǎn)需要復(fù)習(xí)以下知識(shí)：這部分是學(xué)習(xí)后面內(nèi)容的準(zhǔn)備，重點(diǎn)需要復(fù)習(xí)以下知識(shí)： 并聯(lián)諧振回路的諧振特性、諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)、通頻帶、阻抗特性（幅度和相角）、選擇性等，以及這些特性之間相互的關(guān)系。 特別強(qiáng)調(diào)抽頭（部分接入）并聯(lián)諧振回路的阻抗變換關(guān)系。 從低抽頭向高抽頭轉(zhuǎn)換時(shí)： 等效阻抗增大1/p2倍，注意電感、電容、電阻（電導(dǎo)）值大小的變化 電流源減小了P倍 電壓源增大1/

2、p倍 串并聯(lián)阻抗的等效互換 了解等效噪聲帶寬、噪聲系數(shù)等概念。 了解聲表面波器件的特點(diǎn)。說(shuō)明2.1高頻電路中的元器件高頻電路中的元器件 高頻電路中的元器件：高頻電路中的元器件：各種高頻電路基本上是由各種高頻電路基本上是由有源器件、無(wú)源元件和無(wú)源網(wǎng)有源器件、無(wú)源元件和無(wú)源網(wǎng)絡(luò)絡(luò)組成的。組成的。高頻電路中的高頻電路中的有源器件有源器件主要是二極管、晶體管和集成電主要是二極管、晶體管和集成電路，用以完成信號(hào)的放大、非線性變換等功能。路，用以完成信號(hào)的放大、非線性變換等功能。高頻電路中使用的元器件與低頻電路中使用的元器件基高頻電路中使用的元器件與低頻電路中使用的元器件基本相同，但要注意它們的本相同，但

3、要注意它們的高頻特性高頻特性。一、高頻電路中的元件一、高頻電路中的元件 1、電阻、電阻 實(shí)際的電阻器，低頻時(shí)主要表現(xiàn)為電阻特性電阻特性，高頻時(shí)不僅表現(xiàn)有電阻特性, 而且還表現(xiàn)出電抗特性電抗特性。電阻器的電抗特電抗特性反映的就是其高頻特性性反映的就是其高頻特性。高頻等效電路如圖2-1所示,CR:分布電容LR:引線電感， R:電阻。 CR, LR 越小，電阻高頻特性越好。頻率越高，電阻的高頻特性表現(xiàn)越明顯。盡量減小電阻高頻特性的影響，使之表現(xiàn)為純電阻。 一般說(shuō)來(lái)，金屬膜電阻比碳膜電阻的高頻特性要好，而碳膜電阻比線繞電阻的高頻特性要好；表面貼裝(SMD)電阻比引線電阻的高頻特性要好；小尺寸的電阻比大

4、尺寸的電阻的高頻特性要好。 圖 2-1 電阻的高頻等效電路 2、電容：由介質(zhì)隔開(kāi)的兩導(dǎo)體即構(gòu)成電容。如（a）所示理想電容器的阻抗1/(jC)，如圖2-2（b）虛線所示, RC：極間絕緣電阻，LC：分布電感（極間電感）每個(gè)電容器都有自身諧振頻率SRF（Self Resonant Frequency）。當(dāng)工作頻率小于自身諧振頻率時(shí)，電容器呈現(xiàn)電容特性，當(dāng)工作頻率大于自身諧振頻率時(shí)，電容器將等效為電感。 圖2-2 電容器的高頻等效電路LCRCC(a)阻抗頻率 f(b)0自身諧振頻率容性區(qū)容性區(qū)感性區(qū)感性區(qū)電容器的等效電路;電容器的阻抗特性 3.電感電感的作用：諧振元件、濾波元件、阻隔元件。電感的耗損

5、：電感一般由導(dǎo)線繞制的，一般都有直流電阻，同時(shí)由于存在渦流、磁滯和電磁輻射等損失，所以存在耗損。品質(zhì)因素：電感的感抗與其串聯(lián)損耗電阻之比。Q值越高，表明該電感器的儲(chǔ)能作用越強(qiáng)，損耗越小。 在中短波波段和米波波段，高頻電感等效為電感和電阻的串聯(lián)或并聯(lián)。若工作頻率更高，等效電路應(yīng)考慮電感兩端總的分布電容，它應(yīng)與電感并聯(lián)。CrrLQ1 高頻電感器也具有自身諧振頻率SRF。 在SRF上, 高頻電感的阻抗的幅值最大, 而相角為零, 如圖2-3所示。阻抗與相角阻抗相角頻率 fSRF0 圖 2-3 高頻電感器的自身諧振頻率SRF 感性區(qū)感性區(qū)容性區(qū)容性區(qū)二、高頻電路中的有源器件高頻電路中的有源器件 高頻電路

6、中的有源器件主要是二極管、晶體管和集成電路（IC），完成信號(hào)的放大、非線性變換等功能。 1、二極管 半導(dǎo)體二極管在高頻中主要用于檢波、調(diào)制、解調(diào)及混頻等非線性變換電路中，工作在低電平。 常用高頻二極管的類(lèi)型： (1) 點(diǎn)觸式二極管：其最高工作頻率約200300MHz (2) 表面勢(shì)壘二極管：其最高工作頻率約200300MHz (3) 變?nèi)荻O管：其電容隨偏置電壓變化而變化。 2、晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管（FET） 在高頻中應(yīng)用的晶體管仍然是雙極晶體管和各種場(chǎng)效應(yīng)管，通常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(lèi)型: (1) 一類(lèi)是作小信號(hào)放大的高頻小功率管, 對(duì)

7、它們的主要要求是高增益和低噪聲; (2) 另一類(lèi)為高頻功率放大管, 除了增益外, 要求其在高頻有較大的輸出功率。 3、集成電路 用于高頻的集成電路的類(lèi)型和品種要比用于低頻的集成電路少得多, 主要分為通用型和專(zhuān)用型兩種。 目前通用型的寬帶集成放大器，其增益可達(dá)5060dB甚至更高，其工作頻率可達(dá)100200MHz甚至更高。 本節(jié)將介紹高頻電路中常用的基本（無(wú)源）電路，也稱(chēng)無(wú)源組件或無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。 這些無(wú)源組件或無(wú)源網(wǎng)絡(luò)主要包括：高頻振蕩（諧振）回路、高頻變壓器、諧振器與濾波器等, 它們完成信號(hào)的傳輸、頻率選擇及阻抗變換頻率選擇及阻抗變換等功能。 2.2 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路一、高

8、頻振蕩回路一、高頻振蕩回路 高頻振蕩回路是高頻電路中應(yīng)用最廣的無(wú)源網(wǎng)絡(luò), 也是構(gòu)成高頻放大器、振蕩器以及各種濾波器的主要部件, 在電路中完成阻抗變換、信號(hào)選擇阻抗變換、信號(hào)選擇等任務(wù), 可直接作為負(fù)載使用。 1 .簡(jiǎn)單振蕩回路(只有一個(gè)回路) 振蕩回路就是由電感和電容串聯(lián)或并聯(lián)形成的回路。 只有一個(gè)回路的振蕩電路稱(chēng)為簡(jiǎn)單振蕩回路或單振蕩回路。 LrCCIC.IR.R0IL.L0B11/ 2Q1 Q2Q1Q20 /2/2感性Q2Q1Q1 Q2容性Z(a)(b)(c)(d)U.0|zp|/R0I. 圖2-4 并聯(lián)諧振回路及其等效電路、 阻抗特性和輻角特性 (a) 并聯(lián)諧振回路; （b）等效電路;

9、（c）阻抗特性; （d）輻角特性 感性區(qū)感性區(qū)容性區(qū)容性區(qū)1）電路結(jié)構(gòu)(1) 并聯(lián)諧振回路 并聯(lián)諧振回路的并聯(lián)阻抗為阻抗為： 1()1prj Lj CZrj Lj C(2-1) 2）諧振頻率 使感抗與容抗相等的頻率為并聯(lián)諧振頻率0。 令Zp的虛部為零, 求解方程的根就是0, 可得：02111QLC式中, Q為回路的品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù), 有： 001LQrCr1QLC10（2-4） （2-2） （2-3） 4）諧振電阻）諧振電阻：回路在諧振時(shí)的阻抗最大, 為一純電阻R0：CQLQCrLR000（2-5） 由前面分析可知，由前面分析可知，得到： 時(shí) ， 即電感的耗損電阻越小，回路的Q值越高，其諧振電

10、阻R0越大。圖2-4（a）的并聯(lián)諧振回路可用圖2-4（b）所示的等效電路來(lái)表示。 3）特性阻抗）特性阻抗：定義為QrCL（2-6） 0r0R001()pLCrZjQ（2-7） （2-9）并聯(lián)回路通常用于窄帶系統(tǒng)，此時(shí)與0相差不大，式（2-7）可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為式中，=-0。 稱(chēng)為廣義失諧廣義失諧。對(duì)應(yīng)的阻抗模值與相角分別為：202001)2(1RQRZp5）阻抗特性）阻抗特性高Q時(shí)，由式(2-1)可得：00211pRRZjjQ0022fQQfarctan)2arctan(0QZ（2-12）QIIICL（2-14） IL.IC.0I.U.圖2-5 表示了并聯(lián)振蕩回路中諧振時(shí)的電流、 電壓關(guān)系。 6）

11、通頻帶（半功率點(diǎn)頻帶） 當(dāng)保持外加信號(hào)的幅值不變而改變其頻率時(shí)，將回路阻抗幅頻特性下降為諧振值的 時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱(chēng)為回路的通頻帶，也稱(chēng)回路帶寬, 通常用B來(lái)表示。 21QffB02(2-10) 此外，對(duì)于并聯(lián)諧振回路，還有以下參數(shù)：7）矩形系數(shù)：阻抗的幅頻特性下降為諧振值的0.1時(shí)的頻帶寬度與阻抗的幅頻特性下降為諧振值的0.707時(shí)的頻帶寬度之比。即其中：B0.1諧振曲線下降為諧振值的0.1時(shí)的頻帶寬度B0.707諧振曲線下降3dB的頻帶寬度 矩形系數(shù)是大于1的（理想時(shí)為1），矩形系數(shù)越小，回路的選擇性越好。 對(duì)于單級(jí)簡(jiǎn)單并聯(lián)諧振回路，可以計(jì)算出其矩形系數(shù)為： 707. 01 . 01 .

12、0BBKr20.110 1 9.96rK (2-11) 需要說(shuō)明的幾點(diǎn)：通過(guò)前面分析可知 (1) 回路的品質(zhì)因素越高，諧振曲線越尖銳，回路的通頻帶越狹窄，但矩形系數(shù)不變。因此，對(duì)于簡(jiǎn)單（單級(jí)）并聯(lián)諧振回路，通頻帶與選擇性是不能兼顧的。 (2) 前面的結(jié)論均是在“高Q”情況下，如果Q值較低，并聯(lián)諧振回路的諧振頻率將低于高Q時(shí)的諧振頻率，并使諧振曲線和相位特性隨著Q值而偏離。 (3) 以上所知品質(zhì)因素均是指回路沒(méi)有外加負(fù)載時(shí)的值，稱(chēng)為空載Q值或Q0。當(dāng)回路有外加負(fù)載時(shí)，品質(zhì)因素要用有載Q值或QL表示。其中的r為考慮負(fù)載后總的耗損電阻。 例2-1：設(shè)一放大器以簡(jiǎn)單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載, 信號(hào)中心頻率f

13、s=10MHz, 回路電容C=50pF, (1)試計(jì)算所需的線圈電感值。(2)若線圈品質(zhì)因數(shù)為Q=100，試計(jì)算回路諧振電阻及回路帶寬。 (3)若放大器所需的帶寬B=0.5 MHz, 則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿(mǎn)足放大器所需帶寬要求? CfCL20220)2(11解：(1) 計(jì)算L值, 由式(2-4),可得將f0以兆赫茲(MHz)為單位, 以皮法(pF)為單位, L以微亨（H）為單位，上式可變?yōu)橐粚?shí)用計(jì)算公式：CfCfL20620225330101)21( 將f0=fs=10 MHz代入, 得uL07. 5 (2) 回路諧振電阻諧振電阻和帶寬。由式(2-12)kLQR8 .311018. 3

14、1007. 510210046700回路帶寬回路帶寬為 kHzQfB1000 (3) 求滿(mǎn)足0.5 MHz帶寬的并聯(lián)電阻。 設(shè)回路上并聯(lián)電阻為R1，并聯(lián)后的總電阻為R1R0，總的回路有載品質(zhì)因數(shù)為QL。 由帶寬公式, 有200LLQBfQ此時(shí)要求的帶寬B=0.5 MHz, 故根據(jù) 可得，回路總電阻為：RQ LkRRRkLQRRRR97. 737. 637. 637. 61007. 5102200016701010 需要在回路上并聯(lián)7.97 k的電阻。 （2 2） 串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振回路 串聯(lián)諧振回路適用于電源內(nèi)阻為低內(nèi)阻（如恒壓源）串聯(lián)諧振回路適用于電源內(nèi)阻為低內(nèi)阻（如恒壓源）的情況或低阻抗

15、的電路（如微波電路）。的情況或低阻抗的電路（如微波電路）。 圖圖2-4（a）是最簡(jiǎn)單的串聯(lián)振蕩回路）是最簡(jiǎn)單的串聯(lián)振蕩回路。 LrCX 00容性感性(a)(b)|ZS|r00(c)0 /20(d)/2 圖2-6 串聯(lián)諧振回路及其特性 若在串聯(lián)振蕩回路兩端加一恒壓信號(hào) ，則發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)因阻抗最小, 流過(guò)電路的電流最大, 稱(chēng)為諧振電流, 其值為)1(1CLjrCjLjrZSLC10（2-15） UrUI0 在任意頻率下的回路電流 與諧振電流之比為I回路阻抗回路阻抗：諧振頻率諧振頻率：)(11)(11111000000jQrLjrCLjZrrUZUIISSCrrLQQII00200201)(11

16、其模為 其中： 稱(chēng)為回路的品質(zhì)因數(shù)，它是振蕩回路的另一個(gè)重要參數(shù)。根據(jù)前式可以畫(huà)出相應(yīng)的曲線如下圖所示, 稱(chēng)為諧振曲線。 UL.UC.0U.I0.II0Q1 Q2Q1Q20 串聯(lián)諧振回路的諧振曲線串聯(lián)回路在諧振時(shí)的電流、 電壓關(guān)系 在實(shí)際應(yīng)用中，外加信號(hào)的頻率與回路諧振頻率0之差=-0表示頻率偏離諧振的程度, 稱(chēng)為失諧。當(dāng)與0很接近時(shí), 000000202002)(2)(ff 令 為廣義失諧, 則式（2-5）可寫(xiě)成2011II 串聯(lián)諧振回路總結(jié)： (1) 在串聯(lián)諧振回路的阻抗特性、幅頻特性、相頻特性與并聯(lián)諧振回路成對(duì)偶關(guān)系。如圖2-6所示。 (2) 諧振頻率、品質(zhì)因素、通頻帶、矩形系數(shù)等與并聯(lián)

17、諧振回路相同（高Q時(shí)）。 2、抽頭并聯(lián)振蕩回路 在實(shí)際中，常用到激勵(lì)源或負(fù)載與回路電感或電容部分連接聯(lián)結(jié)的并聯(lián)振蕩回路，稱(chēng)為抽頭并聯(lián)振蕩回路。如圖2-7所示。 (1)抽頭系數(shù)p：與外電路相連的那部分電抗與本回路參與分壓的同性質(zhì)總電抗之比。也可定義為電壓之比。 TUpU(2-16)LCR0UUT(a)LC2R0UUTC1(b)LR1UC2C1(c)LR1UTC1C2(e)U1R1UT(d)U1LCUTIIL圖2-7 幾種常見(jiàn)抽頭振蕩回路 以圖2-7(a) (b)為例分析抽頭并聯(lián)振蕩回路的特性。(2) 阻抗變換特性 對(duì)于圖(2-7)(a)，考慮是窄帶高Q的實(shí)際情況，當(dāng)諧振時(shí)，輸入端呈現(xiàn)的電阻設(shè)為R

18、，從功率相等的關(guān)系，有：2200()TURRp RU（2-17）（2-18） 22022TUURR 若忽略?xún)刹糠种g的互感，則抽頭系數(shù)可直接用電感之比，也可近似用匝數(shù)之比。 當(dāng)當(dāng)未諧振時(shí)（失諧不大）未諧振時(shí)（失諧不大），輸入端呈現(xiàn)的阻抗為：，輸入端呈現(xiàn)的阻抗為：002221QjRpZpZT（2-19） 對(duì)于圖(2-7)(b)，可得112TCUpUCC（2-21） pIIT （2-22） (3) 電流、電壓變換特性電流、電壓變換特性 由式由式(2-16)可得：可得：TUpU 對(duì)于圖對(duì)于圖(2-8)所示得電流源，利用能量守恒關(guān)系，容所示得電流源，利用能量守恒關(guān)系，容易得到其折合關(guān)系為：易得到其折合

19、關(guān)系為： 值得注意得是：值得注意得是：對(duì)于抽頭并聯(lián)振蕩回路，對(duì)阻抗變換對(duì)于抽頭并聯(lián)振蕩回路，對(duì)阻抗變換的變比為的變比為p2，而對(duì)信號(hào)源（電流、電壓）的變比為，而對(duì)信號(hào)源（電流、電壓）的變比為p。(4) 電感電流的折合關(guān)系 根據(jù)圖2-7(a)，諧振時(shí)的回路電流IL和IC與I的比值要小些, 而不再是Q倍。 由RiLCRLRiTLCRLIIT圖 2-8 電流源的折合 RUIRQULUITTL0及 例2：如圖2-11，抽頭回路由電流源激勵(lì), 忽略回路本身的固有損耗，試求回路兩端電壓u(t)的表示式及回路帶寬。0LTIURQIUR （2-23） 可得 C2C12000 pF500R12000 pF10

20、HLi Icos 107tI1 mAu1(t)圖 2-11 例2的抽頭回路 LIpQI 解 由于忽略了回路本身的固有損耗，因此可以認(rèn)為Q。 由圖可知, 回路電容為pFCCCCC10002121 諧振角頻率為 sradLC/10170電阻R1的接入系數(shù)200015 . 012211RpRCCCp等效到回路兩端的電阻為 回路兩端電壓u(t)與i(t)同相，電壓振幅U=IR=2 V, 故 sradQBLRQtVtpututVtuLL/10520100200010cos)()(10cos2)(500717輸出電壓為 回路有載品質(zhì)因數(shù) 回路帶寬 3、耦合振蕩回路 在高頻電路中，有時(shí)用到兩個(gè)互相耦合的振蕩

21、回路，也稱(chēng)為雙調(diào)諧回路。把接有激勵(lì)信號(hào)源的回路稱(chēng)為初級(jí)回路，把與負(fù)載相接的回路稱(chēng)為次級(jí)回路或負(fù)載回路。 耦合振蕩回路主要完成以下兩方面的功能： A、阻抗變換,完成高頻信號(hào)的傳輸； B、提供比簡(jiǎn)單諧振回路更好的頻率特性。 圖 2-10 是兩種常見(jiàn)的耦合回路。 圖 2-10（a）是互感耦合電路, 圖 2-10(b)是電容耦合回路。 L2C2R2L1C1MR1I.U1.U2.R1L1C1C2L2R2I.U1.CCU2.L2r2L1C1Mr1I2.I1.E.jC1I.r2L1L2C1C2Cmr1(a)(b)(c)(d)C2E jL1I. 圖 2-10 兩種常見(jiàn)的耦合回路及其等效電路 21212LLML

22、LMk（2-24） 對(duì)于圖 2-10（b）電路, 耦合系數(shù)為)(21CCCCCCCCk（2-25） （1）耦合系數(shù)）耦合系數(shù)k：是指耦合電路中的耦合電抗是指耦合電路中的耦合電抗Xm與初與初次級(jí)中與次級(jí)中與Xm同性質(zhì)兩電抗的幾何平均值之比。同性質(zhì)兩電抗的幾何平均值之比。 對(duì)于圖 2-10（a）電路, 耦合系數(shù)為（2）反映（射）阻抗）反映（射）阻抗Zf ：是指由于次級(jí)回路的存在而對(duì)是指由于次級(jí)回路的存在而對(duì)初級(jí)回路的影響，這種影響相當(dāng)于在初級(jí)回路接一反映初級(jí)回路的影響，這種影響相當(dāng)于在初級(jí)回路接一反映（射）阻抗（射）阻抗Zf。 設(shè)有激勵(lì)時(shí)，初級(jí)電流為 ，將會(huì)在次級(jí)回路形成一感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ，設(shè)次級(jí)回路

23、阻抗為Z2，從而形成次級(jí)1I1j MI22222ZMZZZmf （2-26） 電流 ，次級(jí)必然又會(huì)對(duì)初級(jí)產(chǎn)生反作用(即 要在初級(jí)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)） ?；?I22122fM IUj MIZ122j MIIZ 2212ffUMZIZkQAQrL00002)(（2-27） （2-28）耦合因子耦合因子定義為：定義為： 根據(jù)圖2-10(c)容易求得，初次級(jí)串聯(lián)阻抗可分別表示為 MjZjrZjrZm)1 ()1 (2211 耦合阻抗為：耦合阻抗為： （3）耦合因子與轉(zhuǎn)移阻抗）耦合因子與轉(zhuǎn)移阻抗 設(shè)初、次級(jí)回路的參數(shù)相同，均為C、L、Q，其廣義失諧為由圖2-10(c)等效電路, 轉(zhuǎn)移阻抗為 UICCUCjIC

24、jIUZ221212222111(2-29) 由次級(jí)感應(yīng)電勢(shì) 產(chǎn)生, 有2ImZI1212ZZIIm考慮次級(jí)的反映阻抗, 則21112()()mfZUI ZZIZZ 將上兩式代入式(2-29), 再考慮其它關(guān)系, 經(jīng)簡(jiǎn)化得 jAACQjZ2122021 (2-30)根據(jù)同樣的方法可以得到電容耦合回路的電容耦合回路的轉(zhuǎn)移阻抗轉(zhuǎn)移阻抗特性特性為jAALjQZ21220212222max21214)1 (2AAZZ （2-31） （2-32） 以廣義失諧 為變量，對(duì)轉(zhuǎn)移阻抗Z21求極值可知：當(dāng)A1時(shí)，有兩個(gè)極大值，且在 處有凹點(diǎn)，通常將通常將A1的情況成為的情況成為臨界耦合臨界耦合，此時(shí)的轉(zhuǎn)移阻抗用

25、| Z21 |max表示。有00 （2-35） 1ckQ（2-33） 4max21214111ZZ（2-34） 式（2-32）與頻率的關(guān)系稱(chēng)為耦合回路的頻率特性見(jiàn)圖2-11。在臨界耦合時(shí)（A1）有：我們將將A1（k1（kKc)的情況成為的情況成為過(guò)耦合過(guò)耦合。類(lèi)似單諧振回路，可以求出回路帶寬（當(dāng) 時(shí)）：2121max12ZZQfB07 . 02通頻帶通頻帶：|Z21|max|Z21|10.707k k0k k0k k0ff1faf0fbf20 圖 2-11 耦合回路的頻率特性 在臨界耦合時(shí)，其矩形系數(shù)為3.15，顯然比簡(jiǎn)單諧振回路小的多。二、高頻變壓器和傳輸線變壓器高頻變壓器和傳輸線變壓器 1

26、、高頻變壓器 1）功能： 高頻變壓器通常工作在幾十兆赫茲的高頻電路中，用于傳輸信號(hào)、隔絕直流和阻抗變換等。 7 . 01 . 01 . 0BBK矩形系數(shù)矩形系數(shù) 2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 高頻變壓器的基本原理與低頻變壓器相同，也是靠磁通交鏈, 或者說(shuō)是靠互感進(jìn)行耦合的。 (1) 為了減少損耗, 高頻變壓器常用導(dǎo)磁率高、 高頻損耗小的軟磁材料作磁芯，如鐵氧體。 (2) 常用高頻變壓器的磁心結(jié)構(gòu)如圖2-12所示。 (3) 高頻變壓器一般用于小信號(hào)場(chǎng)合, 尺寸小, 線圈的匝數(shù)較少。 3）等效電路 高頻變壓器的等效電路如圖2-13(b)所示，其中Ls為漏感，Cs為分布電容。(a)(b)(c) 圖 2-12 高頻變

27、壓器的磁芯結(jié)構(gòu)（a） 環(huán)形磁芯; (b) 罐形磁芯; (c) 雙孔磁芯 N1N2(a)LSCSLN1N2(b)圖 2-13 高頻變壓器及其等效電路 (a) 電路符號(hào); (b) 等效電路 4）帶抽頭高頻變壓器 圖 2-14(a)是一中心抽頭變壓器的示意圖。 初級(jí)為兩個(gè)等匝數(shù)的線圈串聯(lián), 極性相同，設(shè)初次級(jí)匝比n=N1/N2。 作為理想變壓器看待, 線圈間的電壓和電流關(guān)系分別為：)(213321IInInUUU(2-37) (2-36) 圖 2-14 中心抽頭變壓器電路 （a） 中心抽頭變壓器電路; （b） 作四端口器件應(yīng)用 N1N1U1.U2.I1.I2.N2I3.(a)(b)Z1Z2Z4Z3n

28、:1U3. 2、傳輸線變壓器 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，它是一種集中參數(shù)與分布參數(shù)相結(jié)合的組件。 圖 2-15 為其典型的結(jié)構(gòu)和電路圖。 1） 結(jié)構(gòu)磁環(huán)42132143(a)(b)圖 2-15 傳輸線變壓器的典型結(jié)構(gòu)和電路 (a) 結(jié)構(gòu)示意圖; （b） 電路 RSES1324U1.RLU2.ZCI.RSES1234U1.RLUL(a)(b)I. 圖 2-16 傳輸線變壓器的工作方式 (a) 傳輸線方式; (b) 變壓器方式 2）工作方式（模式）工作方式（模式） 有兩種工作模式：傳輸線方式傳輸線方式和變壓器方式變壓器方式，不同方式?jīng)Q定于不同的激勵(lì)模式。如下圖 傳

29、輸線的原理特點(diǎn)傳輸線的原理特點(diǎn)：是利用兩導(dǎo)線間（或同軸線內(nèi)外導(dǎo)體間）的分布電容和分布電感形成一電磁波的傳輸系統(tǒng)電磁波的傳輸系統(tǒng)。它傳輸?shù)念l率范圍很寬，可達(dá)及千兆赫。 當(dāng)傳輸線端接的負(fù)載電阻與特性阻抗負(fù)載電阻與特性阻抗（ ）相等相等時(shí)，傳輸線上傳輸行波，此時(shí)有最大的傳輸帶寬有最大的傳輸帶寬。 行波的特點(diǎn)行波的特點(diǎn)： (1) 傳輸線上任一點(diǎn)上，兩導(dǎo)線上流過(guò)的電流大小相等、方向相反; (2) 兩導(dǎo)線上電流所產(chǎn)生的磁通只存在于兩導(dǎo)線間，磁心中沒(méi)有磁通和耗損； (3) 兩導(dǎo)線間的電壓（振幅）沿導(dǎo)線均勻分布。czL Crrfvcv0（2-38） （2-39） 3）主要參數(shù)）主要參數(shù)波速波長(zhǎng)其中 為傳輸線的

30、相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù)，總是大于1的（一般24）。r 4）應(yīng)用（見(jiàn)教材）應(yīng)用（見(jiàn)教材）RSESU1.132U2.RLUL.(a)(b)RSESU1.132RL/2I1.I2.4I1.U1/2.ZCI2.U1/2.RL/2U1.2U1.2RSU1.132U2.RLUL.(c)I.I.U2.I.U1.RSES.ES.RLRbRL42A13U1.BUL.UL.I2.I1.(d).4.4 圖 2-17傳輸線變壓器的應(yīng)用舉例 （a） 高頻反相器; （b） 不平衡平衡變換器; （c） 1 4 阻抗變換器; (d) 3 分貝耦合器 三、石英晶體諧振器三、石英晶體諧振器 1、物理特性 石英晶體是SiO2的結(jié)

31、晶體，在自然界中是以六角錐體出現(xiàn)，有三個(gè)對(duì)稱(chēng)軸：z軸（光軸）、x軸（電軸）和y軸（機(jī)械軸）。石英晶體諧振器是由天然或人工生成的石英晶體切片制成。 正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)：是指當(dāng)晶體受外力作用而變形時(shí)，將在它對(duì)應(yīng)的表面產(chǎn)生正、負(fù)電荷，形成電壓的現(xiàn)象。 LLiRIUIUR4122/21（2-41） 反壓電效應(yīng)：反壓電效應(yīng)：當(dāng)晶體兩表面加以一定電壓時(shí)，晶體又會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形的現(xiàn)象。 在晶體兩端加交變電壓時(shí)，晶體發(fā)生周期性振動(dòng)，同時(shí)由于電荷的周期變化，會(huì)有交流電流流過(guò)晶體。 晶體是有彈性的固體，對(duì)于某種振動(dòng)方式，有機(jī)械的諧振頻率（固有諧振頻率）。外加電信號(hào)在該頻率附近時(shí)，發(fā)生諧振現(xiàn)象。它既表現(xiàn)為晶體的機(jī)械

32、共振，又在電路上表現(xiàn)為電諧振，有大電流流過(guò)晶體，產(chǎn)生電能電能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。2、等效電路及阻抗特性 圖 2-20是石英晶體諧振器的等效電路。 由圖 2-20(b)可看出, 晶體諧振器是一串并聯(lián)的振蕩回路, 其串聯(lián)諧振頻率fq和并聯(lián)諧振頻率f0分別為1819q1q3q5C0LqCqrqC0(a)(b) 圖 2-20 晶體諧振器的等效電路 (a) 包括泛音在內(nèi)的等效電路; (b) 諧振頻率附近的等效電路 00000111122qqqqqqqqCCffCCC CL CLCC(2-41) (2-42) 12qqqfL C（2-43） 圖圖 2-20(b)所示的等效電路的阻抗的一般表示式為

33、所示的等效電路的阻抗的一般表示式為 001)1()1(1CjCLjrCLjrCjZqqqqqqe在忽略在忽略rq后后, 上式可化簡(jiǎn)為上式可化簡(jiǎn)為 220220111qeeCjjXZ （2-44） 或或Xe0q0圖 2-21 晶體諧振器的電抗曲線 qqqeLCLddddXq2)1(（2-46） 總之，晶體諧振器與一般諧振回路比較，總之，晶體諧振器與一般諧振回路比較，有以下特點(diǎn)有以下特點(diǎn)： (1) 晶體的晶體的諧振頻率諧振頻率fq和和f0非常穩(wěn)定非常穩(wěn)定，這是由晶體的物理特，這是由晶體的物理特性決定的，受外界影響很小。性決定的，受外界影響很小。 (2) 有非常高的品質(zhì)因素有非常高的品質(zhì)因素（一般（

34、一般Q值可上萬(wàn)，而普通諧振值可上萬(wàn)，而普通諧振回路回路Q(chēng)值只能達(dá)到值只能達(dá)到100200）。）。 (3) 接入系數(shù)非常小接入系數(shù)非常小，一般為，一般為10-3數(shù)量級(jí)，甚至更小。數(shù)量級(jí)，甚至更小。 (4) 晶體在工作頻率附近阻抗變化非常大，有晶體在工作頻率附近阻抗變化非常大，有很高的并聯(lián)很高的并聯(lián)諧振阻抗諧振阻抗。1:211Z1Z222RLb0fqf0(a)(b)f圖 2-22 晶體濾波器的電路與衰減特性（a） 濾波器電路; （b） 衰減特性 3、晶體諧振器的應(yīng)用、晶體諧振器的應(yīng)用 (1) 晶體振蕩器晶體振蕩器 (2) 高頻窄帶濾波器高頻窄帶濾波器四、集中濾波器集中濾波器 集中濾波器的引入： 集

35、中濾波器的常見(jiàn)類(lèi)型：LCLC式集中選擇濾波器式集中選擇濾波器、晶體晶體濾波器濾波器、陶瓷濾波器陶瓷濾波器和和聲表面波濾波器聲表面波濾波器。 1、陶瓷濾波器 壓電陶瓷：某些經(jīng)過(guò)特殊處理（經(jīng)高壓電場(chǎng)極化）后的陶瓷具有與石英晶體類(lèi)似的壓電效應(yīng)，這種陶瓷稱(chēng)為壓電陶瓷。壓電陶瓷的等效電路與石英晶體類(lèi)似。 壓電陶瓷的特性：Q值：遠(yuǎn)大于LC回路，遠(yuǎn)小于石英晶體； 帶寬：小于LC回路，大于石英晶體； 工作頻率：1100MHz 相對(duì)帶寬：0.1%10%陶瓷諧振片 圖 2-25 陶瓷濾波器電路 2、聲表面波濾波器 (1) (1) 聲表面波聲表面波(SAW)(SAW)：是在壓電固體材料表面產(chǎn)生和傳播、且振幅隨深入固

36、體材料的深度增加而迅速減小的彈性波。 (2)(2) 聲表面波的特點(diǎn)聲表面波的特點(diǎn)： A、能量密度高，其中90%的能量集中在厚度等于一個(gè)波長(zhǎng)的表面薄層中； B、傳輸速度慢，約為縱波速度的45%，是橫波速度的90% 。(3) (3) 聲表面波器件聲表面波器件：是一種利用沿彈性固體表面?zhèn)鞑C(jī)械振動(dòng)波的器件。主要有濾波器、延遲線等。 (4) 聲表面波濾波器的傳輸函數(shù) 圖 2-26為聲表面波濾波器結(jié)構(gòu)示意圖,其的傳輸函數(shù)為0020002sin2sin)(2sin2sin)exp()(NjHNxvjjH （2-47） (5) (5) 聲表面器件的主要特性聲表面器件的主要特性 A、工作頻率范圍寬，可達(dá)101

37、0000MHz； B、相對(duì)頻帶也較寬，一般可達(dá)1%50%； C、便于微型化和片式化； D、帶內(nèi)插入衰減大，一般不低于15dB-最突出的不足； E、矩形系數(shù)可做到1.12；如圖2-24. 總之，聲表面波器件與其他濾波器相比，具有：頻頻率特性好、性能穩(wěn)定、體積小、設(shè)計(jì)靈活、可靠性高，率特性好、性能穩(wěn)定、體積小、設(shè)計(jì)靈活、可靠性高，制造簡(jiǎn)單且重復(fù)性好，便于大批量生產(chǎn)。制造簡(jiǎn)單且重復(fù)性好，便于大批量生產(chǎn)。五、五、 衰減器與匹配器衰減器與匹配器 1、高頻衰減器 高頻衰減器的分類(lèi)：固定高頻衰減器、可調(diào)高頻衰減器。 高頻衰減器的結(jié)構(gòu)：T型、型、O型、L型、U型、橋T型等，其中T型和型用的最廣泛。 高頻衰減器

38、的線路阻抗：主要有50和75兩種。VVWVWW圖2-25 T型和網(wǎng)絡(luò)2、高頻匹配器、高頻匹配器 高頻匹配器主要用于阻抗變換，由于在高頻電路中，高頻匹配器主要用于阻抗變換，由于在高頻電路中，其常用組件或電路的輸入、輸出阻抗要么是其常用組件或電路的輸入、輸出阻抗要么是50的的，要么，要么是是75的，所以，常用的，所以，常用高頻匹配器主要是高頻匹配器主要是50和和75之間之間進(jìn)行變換進(jìn)行變換。T T型匹配器電路如下圖所示。型匹配器電路如下圖所示。R1R2R3Z1Z2 圖 2-26 T型電阻網(wǎng)絡(luò)匹配器 2.3 電子噪聲及其特性 一、一、 概述概述 1、干擾（或噪聲）的概念（廣義）：是指電路中除有用信號(hào)

39、以外的一切不需要的信號(hào)及各種電磁騷動(dòng)的總稱(chēng)。 因此，從廣義上看干擾和噪聲沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。 2、干擾（狹義）：是指由外部來(lái)的無(wú)用信號(hào)或電磁騷動(dòng)的總稱(chēng)，通常又稱(chēng)外部干擾。 3、噪聲（狹義）：是指由與電路或系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的各種無(wú)用信號(hào)或電磁騷動(dòng)的總稱(chēng)，通常又稱(chēng)內(nèi)部噪聲。 4、抑制外部干擾的主要措施包括：消除干擾源、切斷干擾傳播途徑和躲避干擾等。 在高頻電路中內(nèi)部噪聲主要是電子噪聲，本節(jié)主要介紹電子噪聲的有關(guān)情況。相關(guān)概念： 功率譜密度：?jiǎn)挝活l帶內(nèi)噪聲的功率。 電壓譜密度：?jiǎn)挝活l帶內(nèi)噪聲電壓的均方值。（SU）電流譜密度：?jiǎn)挝活l帶內(nèi)噪聲電流的均方值。(SI）高斯噪聲 ：噪聲電壓概率密度滿(mǎn)足正態(tài)（高斯）分布的

40、噪聲。白 噪 聲 ：其功率譜密度不隨頻率變化的噪聲（如電阻熱噪聲）二、電子噪聲的來(lái)源與特性二、電子噪聲的來(lái)源與特性 電阻熱噪聲 導(dǎo)體和電阻中存在大量自由電子，這些自由電子將作不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，大量電子的熱運(yùn)動(dòng)就會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生起伏電壓（電勢(shì)），這種因熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的起伏電熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的起伏電壓就稱(chēng)為電阻的熱噪聲壓就稱(chēng)為電阻的熱噪聲， 如圖2-27所示。27 1) 熱噪聲電壓和功率譜密度 2201lim4TnnTUu dtkTBRT（2-49） )21exp(21)(222nnnnUuUup（2-50） 上式為上式為奈奎斯特公式，奈奎斯特公式， k為波爾茨曼常數(shù)，為波爾茨曼常數(shù)，k=1.36*10-

41、23， B為測(cè)量此電壓時(shí)的帶寬；為測(cè)量此電壓時(shí)的帶寬； T為絕對(duì)溫度。為絕對(duì)溫度。 根據(jù)概率論，總的噪聲電壓服從根據(jù)概率論，總的噪聲電壓服從正態(tài)（高斯）分布正態(tài)（高斯）分布，其，其概率密度為概率密度為：電阻電阻R兩端噪聲兩端噪聲電壓的均方值電壓的均方值：根據(jù)上式可得噪聲電壓根據(jù)上式可得噪聲電壓|un|4Un的概率小于的概率小于0.01%.RR (理想)E2n4 kTBRGI2n4 kTBG(a)(b)圖 2-28 電阻熱噪聲等效電路 )/(4)/(422HzAkTGSHzVkTRSIU （2-51） （2-52） 電壓譜密度電壓譜密度：電流譜密度電流譜密度：等效等效 根據(jù)上圖可得電阻熱噪聲的根

42、據(jù)上圖可得電阻熱噪聲的最大輸出功率最大輸出功率為為kTB，輸出輸出單位頻帶內(nèi)的最大噪聲功率單位頻帶內(nèi)的最大噪聲功率為為kT，它與觀測(cè)的頻帶無(wú)關(guān)，因，它與觀測(cè)的頻帶無(wú)關(guān)，因而屬于而屬于白噪聲。白噪聲。電阻的熱噪聲可用等效電路圖表示：電阻的熱噪聲可用等效電路圖表示：2) 線性電路中的熱噪聲 （1）多個(gè)電阻的熱噪聲（以?xún)蓚€(gè)電阻串聯(lián)為例，可得）)(42122212RRkTBUUUnnn（2-53） dfSUSjHSUonUiUo022)(2-54) |H(j)|2U2iSUiU2oSUo圖 2-29熱噪聲通過(guò)線路電路的模型 即只要各噪聲源是相互獨(dú)立的，多個(gè)電阻的熱噪聲滿(mǎn)足均只要各噪聲源是相互獨(dú)立的，多

43、個(gè)電阻的熱噪聲滿(mǎn)足均方電壓相加原則。方電壓相加原則。(2)熱噪聲通過(guò)線性電路 其中：其中：Suo,Sui分別為網(wǎng)絡(luò)的輸出、輸入端的分別為網(wǎng)絡(luò)的輸出、輸入端的噪聲電壓譜密度噪聲電壓譜密度，Un2為輸出為輸出噪聲電壓均方值。噪聲電壓均方值。LrCLrCSUi 4kTrReXe(a)(b)(c)SUo 圖 2 30并聯(lián)回路的熱噪聲kTrCLrCSUo4)1()1(222(2-55) 例：例：下面以熱噪聲通過(guò)下面以熱噪聲通過(guò)并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路為例，來(lái)進(jìn)一步分析為例，來(lái)進(jìn)一步分析熱噪聲通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)的情況：熱噪聲通過(guò)線性網(wǎng)絡(luò)的情況：上圖(a)的等效四端網(wǎng)絡(luò)(b)的傳輸函數(shù)為：CjLjrCjjH11)

44、( 并聯(lián)回路可以等效為并聯(lián)回路可以等效為R Re e+jX+jXe e（圖 2-33（c），現(xiàn)在看上述輸出噪聲譜密度與Re、Xe的關(guān)系。 4oUeSkTR展開(kāi)化簡(jiǎn)后得 與式(2-55)對(duì)比, 可得 (2-56) 1()1()eejrjwLCRjXrj LjC2221()1()erCRrLC由式(2-55)和(2-56) 可得如下結(jié)論：（1）對(duì)于二端線性電路，其噪聲電壓或噪聲電流譜密度可以）對(duì)于二端線性電路，其噪聲電壓或噪聲電流譜密度可以用與用與Re或或 Ge來(lái)代替式來(lái)代替式(2-51)或或(2-52)中的中的R或或G。（2）電阻熱噪聲通過(guò)線性電路后，不再是白噪聲了，因?yàn)槠洌╇娮锜嵩肼曂ㄟ^(guò)線性電

45、路后，不再是白噪聲了，因?yàn)槠涔β首V密度與頻率有關(guān)。功率譜密度與頻率有關(guān)。下面我們計(jì)算輸出端的噪聲電壓均方值。根據(jù)式(2-55)與式(2-56)可以求出輸出端的均方噪聲電壓為：QfkTRfdffQRkTfkTrdffQCrfdSdfSUooUUn24)2(144)2(1)(10020020202R0：回路的并聯(lián)諧振電阻 3) 噪聲帶寬噪聲帶寬的引入：根據(jù)電阻熱噪聲的公式(2-49)：對(duì)于帶寬B，由于電阻熱噪聲是均勻頻譜的白噪聲，因此這一帶寬應(yīng)為理想濾波器的帶寬。實(shí)際的測(cè)量系統(tǒng)不具有理想的濾波特性。此時(shí)，輸出端的噪聲功率或者噪聲電壓均方值應(yīng)該按照譜密度進(jìn)行積分計(jì)算。 圖 2-29 是一線性系統(tǒng),

46、其電壓傳輸函數(shù)為H(j)。 設(shè)輸入一電阻熱噪聲，均方電壓譜為SUi=4kTR, 輸出均方電壓譜為SUo, 則輸出均方電壓U2no為 設(shè)設(shè)|H(j)|的最大值為的最大值為H0, 則可則可定義定義一一等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬Bn, 令令22204nnUkTRB H（2-57） 2222000()4()nUoUiUS dfSH jdfkTRH jdf24nUkTBR 則則等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬Bn為為2020)(HdfjHBn（2-58）噪聲帶寬噪聲帶寬Bn的意義的意義：分析下圖圖2-31 線性系統(tǒng)的等效噪聲帶寬 例：現(xiàn)以圖2-30的單振蕩回路為例, 計(jì)算其等效噪聲帶寬。 設(shè)回路為高Q電路, 設(shè)諧

47、振頻率為f0，由前面分析, 再考慮到高Q條件, 此回路的|H(j)|2可近似為 2022)2(1)1()(ffQCrjHo式中, f 為相對(duì)于f0的頻偏, 由此可得等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬為QffdffQBn2)2(110202. 晶體三極管的噪聲(詳見(jiàn)教材) 1) 1) 散彈（粒）噪聲散彈（粒）噪聲：在晶體管中，每個(gè)載流子都是隨機(jī)地通過(guò)PN結(jié)，因此結(jié)電流是圍繞其平均值起伏變化的，把這種載流子隨機(jī)起伏流動(dòng)產(chǎn)生的噪聲稱(chēng)為散彈（粒）噪聲。 己知并聯(lián)回路的 3 dB帶寬為B 0.7= f0/Q, 故7 . 07 . 057. 12BBBn012)(qIfS(2-59) 2) 分配噪聲分配噪聲： 3)

48、 閃爍噪聲閃爍噪聲 ：3. 場(chǎng)效應(yīng)管噪聲場(chǎng)效應(yīng)管噪聲 (詳見(jiàn)教材詳見(jiàn)教材) 通常需要描述一個(gè)電路或系統(tǒng)內(nèi)部噪聲的大小，因此需要引入相應(yīng)的物理量（噪聲系數(shù)或噪聲指數(shù)）來(lái)描述。 一噪聲系數(shù)的定義 圖 2-35 為一線性四端網(wǎng)絡(luò), 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)（Noise Factor）：輸入端的信號(hào)噪聲功率比(S/N)i與輸出端的信號(hào)噪聲功率比(S/N)o的比值，即線性電路KPNFSiNiSoNo 圖 2-35 噪聲系數(shù)的定義 2.4 噪聲系數(shù)和噪聲溫度 信號(hào)功率噪聲功率Na圖中，KP為電路的功率傳輸系數(shù)(或功率放大倍數(shù)) KP=o/Si。Na表示線性電路內(nèi)部附加噪聲功率在輸出端的輸出, 考慮到(2-60)可

49、以表示為：ooiioiFNSNSNSNSN)()(（2 -60） 1ipaappFiiN KNNKKNNN (2-61) (2-62) opoFipiNKNNN KN分析意義噪聲系數(shù)通常用dB表示, 用dB表示的噪聲系數(shù)為 oiFFNSNSLgLgNdBN)()(1010)(2-63) 關(guān)于噪聲系數(shù)，有以下幾點(diǎn)需要說(shuō)明：關(guān)于噪聲系數(shù)，有以下幾點(diǎn)需要說(shuō)明： (1) 噪聲功率是與帶寬噪聲功率是與帶寬B相聯(lián)系相聯(lián)系的，為了不使噪聲系數(shù)依賴(lài)于指的，為了不使噪聲系數(shù)依賴(lài)于指定的頻寬，因此定的頻寬，因此國(guó)際上國(guó)際上式式(2-61)定義中的定義中的噪聲功率是指單位頻帶內(nèi)噪聲功率是指單位頻帶內(nèi)的噪聲功率的噪聲

50、功率，即是指輸出、輸入噪聲功率譜密度即是指輸出、輸入噪聲功率譜密度。此時(shí)的噪聲系。此時(shí)的噪聲系數(shù)將隨指定的工作頻率不同而不同，即表示點(diǎn)頻的噪聲系數(shù)。數(shù)將隨指定的工作頻率不同而不同，即表示點(diǎn)頻的噪聲系數(shù)。 (2) 由式由式(2-60)可以看出，可以看出，輸入、輸出信號(hào)功率是成比例變化的，輸入、輸出信號(hào)功率是成比例變化的，因而噪聲系數(shù)與輸入信號(hào)大小無(wú)關(guān)因而噪聲系數(shù)與輸入信號(hào)大小無(wú)關(guān)，但，但卻與輸入噪聲功率卻與輸入噪聲功率Ni有關(guān)有關(guān)，因此，為了明確，在噪聲系數(shù)的定義中，因此，為了明確，在噪聲系數(shù)的定義中，規(guī)定輸入噪聲功率規(guī)定輸入噪聲功率Ni為為信號(hào)源內(nèi)阻信號(hào)源內(nèi)阻Rs的熱噪聲最大輸出功率的熱噪聲最

51、大輸出功率（由前可知為（由前可知為kTB），并），并規(guī)規(guī)定溫度為定溫度為290K。(3) 在噪聲系數(shù)的定義中，在噪聲系數(shù)的定義中，沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)的匹配情況提出要求，沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)的匹配情況提出要求，因而是普遍適用的因而是普遍適用的。實(shí)際上輸出端的阻抗是否匹配并不影。實(shí)際上輸出端的阻抗是否匹配并不影響噪聲系數(shù)的大小。因此響噪聲系數(shù)的大小。因此噪聲系數(shù)可以表示為輸出端開(kāi)路噪聲系數(shù)可以表示為輸出端開(kāi)路時(shí)兩均方電壓之比或輸出端短路時(shí)兩均方電流之比時(shí)兩均方電壓之比或輸出端短路時(shí)兩均方電流之比，即，即2222nionoFnionoFIINUUN（2-64） （2-65） (4) 上述噪聲系數(shù)的定義上述噪聲系數(shù)的定

52、義只適用于線性或準(zhǔn)線性電路只適用于線性或準(zhǔn)線性電路。對(duì)于非。對(duì)于非線性電路，由于信號(hào)與噪聲、噪聲與噪聲的相互作用，使輸線性電路，由于信號(hào)與噪聲、噪聲與噪聲的相互作用，使輸出端信噪比更加惡化，上述的定義不適用，計(jì)算也更復(fù)雜。出端信噪比更加惡化，上述的定義不適用，計(jì)算也更復(fù)雜。二、噪聲系數(shù)的計(jì)算 1額定功率法額定功率法 額定功率額定功率, 又稱(chēng)資用功率或可用功率又稱(chēng)資用功率或可用功率, 是指信是指信號(hào)源所能輸出的最大功率號(hào)源所能輸出的最大功率, 它是一個(gè)度量信號(hào)源容它是一個(gè)度量信號(hào)源容量大小的參數(shù)量大小的參數(shù), 是信號(hào)源的一個(gè)屬性是信號(hào)源的一個(gè)屬性, 它它只取決于只取決于信號(hào)源本身的參數(shù)信號(hào)源本身

53、的參數(shù)內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì), 與輸入電阻和與輸入電阻和負(fù)載無(wú)關(guān)負(fù)載無(wú)關(guān), 如圖如圖 2-36 所示。所示。 RSESRL RSISRSRL RS(a)(b)圖 2-36 信號(hào)源的額定功率 (a) 電壓源; （b） 電流源 額定功率增益額定功率增益KPm是指四端網(wǎng)絡(luò)的是指四端網(wǎng)絡(luò)的輸出額定功率輸出額定功率Psmo和和輸入額定功率輸入額定功率Psmi之比之比, 即即smismoPmPPK（2-68） SSamSSamRIPREP22414（2-66） （2-67） 上圖圖(a)和和(b)的的額定輸出功率分別額定輸出功率分別為： 顯然額定功率增益顯然額定功率增益KPm不一定是網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際功率增益，

54、不一定是網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際功率增益，只有在輸出和輸入都匹配時(shí)，這兩個(gè)功率才相等。只有在輸出和輸入都匹配時(shí)，這兩個(gè)功率才相等。 根據(jù)噪聲系數(shù)的定義, 分子和分母都是同一端點(diǎn)上的功率比, 因此將實(shí)際功率改為額定功率, 并不改變?cè)肼曄禂?shù)的定義, 則mipmmomoamomismiFNKNNPNPN（2-69） 因?yàn)镹mi= kTB, Nmo= KPmNmi+ Nmn, , 所以 1momnFpmpmNNNKkTBKkTB （2-70） 式中： Psmi和Psmo分別為輸入和輸出的信號(hào)額定功率; Nmi和Nmo分別為輸入和輸出的噪聲額定功率; Nmn為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的最大輸出噪聲功率。 也可以等效到輸入端, 有kT

55、BNNmoiF（2-71） 式中：Nmoi=Nmo/KPm是網(wǎng)絡(luò)額定輸出噪聲功率等效到輸入端的數(shù)值。 對(duì)于對(duì)于無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)（如圖無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)（如圖2-34),由于在輸出匹配時(shí)，輸出的額由于在輸出匹配時(shí)，輸出的額定噪聲功率為定噪聲功率為kTB，因此式，因此式(2-69)變?yōu)樽優(yōu)椋篖KNpmF1 (2-72) 其中L為網(wǎng)絡(luò)的衰減倍數(shù)。無(wú) 源四端網(wǎng)絡(luò)KPmE2S.Roj Xo4 kTBRoUon2(a)(b)RSRL圖 2-34 無(wú)源四端網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù) pISGSLCG圖 2-35抽頭回路的噪聲系數(shù) 例：現(xiàn)以圖(2-35)的抽頭電路為例，計(jì)算噪聲系數(shù)。 解：將信號(hào)源電導(dǎo)等效到回路兩端, 為p2GS, 等效到回路兩端的信號(hào)源電流為pIS, 輸出端匹配時(shí)的最大輸出功率為 SSsmSSmoGIPGpGIpP4)(42222 輸入端信號(hào)源的最大輸出功率輸入端信號(hào)源的最大輸出功率為 因此因此, 網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)為：SSSpmFGpGGpGpGPPKN22211第一級(jí)NF1KPm1kTBN1第二級(jí)NF2KPm2No根據(jù)定義根據(jù)定義, 級(jí)聯(lián)后總的噪聲系數(shù)級(jí)聯(lián)后總的噪聲系數(shù)為：圖 2-3