频电子线路课件.ppt

1,第2章 高频电路基础,2.1 高频电路中的元器件 2.2 高频电路中的基本电路 2.3 电子噪声及其特性2.4 噪声系数和噪声温度,2,2.1 高频电路中的元器件,一、高频电路中的元件,高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用的元器件基本相同，但要注意它们在高频使用时的高频特性。,高频电路中的元件主要是电阻器、电容器和电感器，它们都属于无源的线性元件。,高频电路中的有源器件主要是二极管、晶体管和集成电路，完成信号的放大、非线性变换等功能。,3,2.1 高频电路中的元器件,一、高频电路中的元件,1、高频电阻,高频等效电路：,CR为分布电容，LR为引线电感，R为电阻。,分布电容和引线电感越小，表明电阻的高频特性越好。,4,2.1 高频电路中的元器件,频率越高，电阻器的高频特性表现越明显。,电阻器的高频特性与制作电阻的材料、电阻的封装形式和尺寸大小有密切关系。,1、高频电阻,一般地，金属膜电阻比碳膜电阻的高频特性要好，而碳膜 电阻比线绕电阻的高频特性要好;表面贴装(SMD)电阻比普通电阻的高频特性要好;小尺寸的电阻比大尺寸电阻的高频特性要好。,5,电阻R随频率增高而增加，这主要是集肤效应的影响。所谓集肤效应是指随着工作频率的增高，流过导线的交流电流向导线表面集中这一现象，当频率很高时，导线中心部位几乎完全没有电流流过，这相当于把导线的横截面积减小为导线的圆环面积，导电的有效面积较直流时大为减小，电阻r增大。工作频率越高，圆环的面积越小，导线电阻就越大。,6,7,2.1 高频电路中的元器件,2、高频电容,高频电路中常常使用片状电容和表面贴装电容。,高频等效电路：,电阻RC为极间绝缘电阻，它是由于两导体间的介质的非理想(非完全绝缘)所致;,电感LC为分布电感或(和)极间电感。,在高频电路中，电容的损耗可以忽略不计，但如果到了微波波段，电容中的损耗就必须加以考虑。,8,2.1 高频电路中的元器件,2、高频电容,电容器阻抗特性,每个电容器都有一个自身谐振频率。,：电容器呈正常的电容特性，,：电容器等效为一个电感。,9,2.1 高频电路中的元器件,3、高频电感,主要用作谐振元件、滤波元件和阻隔元件（称为射频扼流圈 RFC）。,电感线圈的损耗：在高频电路中是不能忽略的。分布电容的影响：在分析一般的长、中、短波频段电路时，通常可以忽略。,高频等效电路：,10,Q 值越高，表明该电感器的储能作用越强，损耗越小。,Q 定义：高频电感器的感抗与其串联损耗电阻之比。,2.1 高频电路中的元器件,3、高频电感,如何表示高频电感的损耗性能？,品质因数 Q,高频等效电路：,11,2.1 高频电路中的元器件,二、高频电路中的有源器件,主要是：,二极管,晶体管,集成电路,完成信号的放大、非线性变换等功能。,12,1、晶体二极管,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。,变容二极管,点接触式二极管、表面势垒二极管(又称肖特基二极管)。,2.1 高频电路中的元器件,高频中常用二极管：,特点：它们的极间电容小、工作频率高。,特点：电容随偏置电压变化。,13,2.1 高频电路中的元器件,2、晶体三极管与场效应管（FET),高频功率放大管 要求除了增益外，要有较大的输出功率。,高频晶体管有两大类型:,小信号放大的高频小功率管 要求：增益高和噪声低;,小信号的场效应管也能工作在同样高的频率，且噪声更低。,目前双极型小信号放大管，工作频率可达几千兆赫兹，噪声系数为几分贝。,14,2.1 高频电路中的元器件,3、集成电路（IC),（1）目前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相乘器，工作频率也可达一百兆赫兹以上。,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，主要分为通用型和专用型两种。,（2）专用集成电路(ASIC):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。,15,2.2 高频电路中的基本电路,信号的传输、频率选择及阻抗变换等功能。,高频电路中的基本电路主要有：,高频振荡(谐振)回路,高频变压器,谐振器与各种滤波器,完成功能：,16,2.2 高频电路中的基本电路,一、高频振荡回路,本节主要内容：,1、简单振荡回路,2、抽头并联振荡回路,3、耦合振荡回路,二、高频变压器和传输线变压器,三、石英晶体谐振器,四、集中滤波器,17,2.2 高频电路中的基本电路,一、高频振荡回路,是高频电路中应用最广的无源网络，它是构成高频放大器、振荡器以及各种滤波器的主要部件。,下面分简单振荡回路、抽头并联振荡回路和耦合振荡回路三部分来讨论。,阻抗变换、信号选择与滤波、相频转换和移相等功能，并可直接作为负载使用。,完成功能：,18,2.2 高频电路中的基本电路,1、简单振荡回路,振荡回路就是由电感和电容串联或并联形成的回路。,具有谐振特性和频率选择作用，这是它在高频电子线路中得到广泛应用的重要原因。,组成：,作用：,19,2.2 高频电路中的基本电路,1、简单振荡回路,（1）并联谐振回路,（2）串联谐振回路,20,（1）并联谐振回路,振荡回路的阻抗在某一特定频率上具有最大或最小值的特性称为谐振特性。,谐振特性：,并联阻抗：,谐振条件：,21,（1）并联谐振回路,(a)谐振频率,并联阻抗：,(b)特性阻抗,22,(a)谐振频率,并联阻抗：,(b)特性阻抗,(c)品质因数,i,(d)谐振阻抗,谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比。,并联谐振回路的等效电路？,23,并联谐振回路的等效电路,等效电路,谐振阻抗：,并联阻抗：,24,(a)谐振频率,(b)特性阻抗,(c)品质因数,(d)谐振阻抗,用 r 表示,用 R0表示,25,并联回路谐振时的电流、电压关系,流过 L 的电流是感性电流，它落后于回路两端电压90。,流过 C 的电流是容性电流，超前于回路两端电压90。,流过R0的电流与回路电压同相。,26,并联回路谐振时的电流、电压关系,谐振时IL、IC与 I 的关系：,结论：通过电感线圈的电流 IL 或电容器的电流 IC 比外部电流 I 大得多。,27,（1）并联谐振回路,分析并联回路在谐振频率附近的阻抗特性：,因为,定义广义失谐量:,28,广义失谐量:,分析:,ZP 达最大值：R0,阻抗模值：,阻抗相角：,并联阻抗：,29,阻抗模值：,阻抗相角：,阻抗特性：,相位特性：,30,分析相频特性：,并联LC回路呈容性。,并联LC回路呈感性。,感性,容性,回路谐振，呈纯电阻。,相频特性曲线呈负斜率特性，Q值越高曲线越陡峭。,31,谐振回路的两个重要参数,（1）通频带,又称3dB通频带，或半功率点通频带。,定义：阻抗幅频特性下降为谐振值（中心频率处）的 时对应的频率范围。,计算：,得到：,32,（2）矩形系数,衡量谐振回路幅频特性接近矩形的程度。,分析：,理想矩形,并联谐振回路,结论:单谐振回路的选择性很差。,33,需要注意：,Q Kr0.1 B0.707 三者关系,回路的Q越高，谐振曲线越尖锐，回路的B0.707越窄，但其Kr0.1并不改变。,这说明，对于简单并联谐振回路，回路Q对回路的通频带和高的选择性的矛盾不能兼顾。,34,1、简单振荡回路,（1）并联谐振回路,并联阻抗：,谐振频率：,品质因数：,并联谐振电阻：,通频带宽与矩形系数：,幅频特性与相频特性：,35,并联谐振回路幅频特性,B,求通频带宽：,36,B0.1,B0.707,并联谐振回路 幅频特性,0.1,求矩形系数：,37,二者关系：,空载Q值：,38,例 2-1 设一放大器以简单并联振荡回路为负载，信号中心频率fs=10 MHz，回路电容C=50 pF，试计算所需的线圈电感值。若线圈品质因数为Q=100，试计算回路谐振电阻及回路带宽。若放大器所需的带宽B0.7=0.5 MHz，则应在回路上并联多大电阻才能满足放大器所需带宽要求?,39,将f0以兆赫兹(MHz)为单位,以皮法(pF)为单位,L以微亨（H）为单位，上式可变为一实用计算公式:,将f0=fs=10 MHz代入,得,(2)回路谐振电阻和带宽。由式(2 12),40,回路带宽为,(3)求满足0.5 MHz带宽的并联电阻。设回路上并联电阻为R1,并联后的总电阻为R1R0,总的回路有载品质因数为QL。由带宽公式,有,此时要求的带宽B=0.5 MHz,故,回路总电阻为,41,需要在回路上并联7.97 k的电阻。,42,（2）串联谐振回路,串联谐振回路是与并联谐振回路对偶的电路，其基本特性与并联谐振回路呈对偶关系，通频带、矩形系数与并联谐振回路相同。,电抗特性：,电路组成：,43,阻抗的幅频特性：,归一化电流的幅频特性：,（2）串联谐振回路,44,2.抽头并联振荡回路,在实际应用中，常用到激励源或负载与回路电感或电容部分连接的并联振荡回路，即抽头并联振荡回路。,作用：实现回路与信号源的阻抗匹配或者进行阻抗变换。,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。,（1）接入系数 p(或称抽头系数)：,p 也可用电压比表示：,45,回路与信号源的阻抗匹配,进行阻抗变换,46,2.抽头并联振荡回路,电容分压式接入系数,自耦变压器接入系数,N1,（2）接入系数的计算,47,（3）折算方法,电阻等效折算,结论：电阻从低端向高端折合，阻值变大，是原来的1/P2倍。,U,UT,48,负载电容等效折算,（3）折算方法,电容变小,折算后阻抗变大，对回路的影响减轻！,49,信号源的折合,电压源的折合：,结论：电压源由低端向高端折合，电压变大，是原来的1/P倍。,（3）折算方法,50,电流源的折合,结论：电流源由低端向高端折合，电流变小，是原来的P倍。,折合前后功率不变：,信号源的折合,U,UT,51,（4）在抽头回路中，谐振时的回路电流IL和IC与I的比值要小些，而不再是Q倍。,IL=pQI,接入系数 p 越小，IL 与 I 的比值也越小。,52,例 2-2 如图，抽头回路由电流源激励，忽略回路本身的固有损耗，试求回路两端电压 u1(t)的表示式及回路带宽。,53,解 由于忽略了回路本身的固有损耗,因此可以认为Q。由图可知,回路电容为,谐振角频率为,电阻R1的接入系数,等效到回路两端的电阻为,54,回路两端电压u(t)与i(t)同相,电压振幅U=IR=2 V,故,输出电压为,回路有载品质因数,回路带宽,55,3.耦合振荡回路,在高频电路中，有时用到两个互相耦合的振荡回路，也称为双调谐回路。,56,（1）进行阻抗转换以完成高频信号的传输;（2）形成比简单振荡回路更好的频率特性。,3.耦合振荡回路,耦合元件电抗的绝对值，与初次级中同性质元件电抗值的几何平均值之比，即：,耦合振荡回路的主要作用：,耦合系数 k：,57,3.耦合振荡回路,US,1）初、次级回路等效电路,定义自阻抗：,初、次级回路方程：,58,3.耦合振荡回路,1）初、次级回路等效电路,反射阻抗：并不存在实体的反射阻抗，只是用来说明一个回路对另一个相互耦合回路的影响。,US,其中：,59,3.耦合振荡回路,其中：,初级回路等效电路：,次级回路等效电路：,60,2）谐振特性,研究输出回路电流 i2 与输入信号 us 比值的频率特性。,转移导纳：,US,3.耦合振荡回路,61,3.耦合振荡回路,2）谐振特性,转移导纳：,US,假设：,L1=L2=L,C1=C2=C,Q1=Q2=Q,则，,耦合因数：,62,3.耦合振荡回路,分析互感耦合回路的谐振特性曲线：,2）谐振特性,转移导纳：,US,求Y21极值：,得,Y21取得最大值：,Y21归一化值：,时，,63,弱耦合,64,3.耦合振荡回路,分析互感耦合回路的谐振特性曲线：,Y21归一化值：,讨论：,（1）,在,时，即谐振点处，,次级回路电流达最大值。,求通频带：,令,求矩形系数：,令,临界耦合,65,结论：临界耦合双回路的通频带较宽，选择性也较好。,临界耦合,66,3.耦合振荡回路,讨论：,（2）,过耦合,求双峰位置：,对 求导，并令其导数为零，得,峰值位置：,求凹陷值：,令,求B0.707,分析最大凹陷点为0.707时的耦合因子,令,谐振特性曲线：,67,过耦合,临界耦合,68,求B0.707,讨论：,（2）,过耦合,得,所以,结论：过耦合双回路的通频带为单谐振回路的3.1倍。,69,3.耦合振荡回路,分析互感耦合回路的谐振特性曲线：,Y21归一化值：,讨论：,（3）,欠耦合,在,时，即谐振点处，,次级回路电流未达最大值。,谐振特性曲线：,结论：当 欠耦合时,曲线较尖，带宽窄，且其最大值也较小(比 时)。通常不工作在这种状态。,70,串并联阻抗等效互换,等效原则：阻抗不变,结论：,其中：,71,二、高频变压器和传输线变压器,1.高频变压器,作用：信号传输和阻抗变换，但也可用来隔绝直流。,工作频率：在几十兆赫兹以下的高频电路中。,（1）与低频变压器不同,为了减少损耗，高频变压器常用导磁率高、高频损耗小的软磁材料作磁芯。,材料不同:,磁芯结构不同:,高频变压器一般用于小信号场合，尺寸小，线圈的匝数较少。因此，其磁芯的结构形状与低频时不同。,72,1.高频变压器,（1）与低频变压器不同,磁芯结构不同,(a)环形磁芯(b)罐形磁芯,(a)环形磁芯:初次级线圈直接穿绕在环形结构的磁环上,(b)罐形磁芯:绕制在骨架上，放于两罐之间。,73,1.高频变压器,虚线内为理想变压器。其中：L为初级励磁电感，LS为漏感，CS为变压器的分布电容。,电路符号,（2）电路符号及等效电路,等效电路,74,1.高频变压器,当作理想变压器看，则：,其中：,应用例子：,（3）中心抽头变压器,用于：调制、解调、混频等,75,接入系数:,当耦合系数k=1时,阻抗变换前后功率相等，则：,可通过改变 比值调整RL的大小。,结论：,（4）变压器的阻抗变换作用,1.高频变压器,76,三、石英晶体谐振器,应用：广泛用于高频率稳定性的振荡器中，也用做高性能的窄带滤波器。,1、物理特性,电路符号：,外形及内部结构:,石英晶体的形状,77,三、石英晶体谐振器,1、物理特性,（1）正、反压电效应,当晶体受外力作用而变形(如伸缩、切变、扭曲等)时，就在它对应的表面上产生正、负电荷,呈现出电压，这称为正压电效应。,电能和机械能的转换。,当在晶体两面加电压时，晶体又会发生机械形变，这称为反压电效应。,78,三、石英晶体谐振器,1、物理特性,（2）稳定的谐振频率,晶片的谐振频率与它的材料、几何形状、尺寸及振动方式(取决于切片方式)有关，且十分稳定；其温度系数均在 106或更高数量级上。,用于高频的晶体切片，其谐振时的电波长常与晶片厚度成正比，谐振频率与厚度成反比。,谐振频率与晶片厚度的关系：,基音、泛音：,对于一定形状和尺寸的某一晶体，它既可以在某一基频上谐振，也可以在高次谐波(谐频或泛音)上谐振。,79,三、石英晶体谐振器,2、等效电路及电抗特性,(a)包括泛音在内的等效电路,C0：晶体的静电容，一般为几个 pF 至 几十pF。Lq、Cq、rq：对应于机械共振经压电转换而呈现的电参数。rq：机械摩擦和空气阻尼引起的损耗。,(b)谐振频率附近的等效电路,80,三、石英晶体谐振器,2、等效电路及电抗特性,（1）分析谐振频率,串联谐振频率：,并联谐振频率：,81,三、石英晶体谐振器,2、等效电路及电抗特性,串联谐振频率：,并联谐振频率：,二者关系：,由于C0Cq，得：,接入系数：,p Cq/C0 1,因此，晶体谐振器与外电路的耦合必然很弱。,f 0与 fq 相差很小!,82,三、石英晶体谐振器,2、等效电路及电抗特性,国产B45型1 MHz中等精度晶体:Lq=4.00 H Cq=0.0063 pF rq=100200 C0=23 pF,由此可见，Lq很大，Cq很小。,晶体谐振器的品质因数非常大，一般为几万甚至几百万，这是普通LC电路无法比拟的。,品质因数:,举例：,83,三、石英晶体谐振器,2、等效电路及电抗特性,（2）晶体的负载电容CL,标在晶体外壳的振荡频率或标称频率就是并接CL后测得的 f 0的值。,一般基频晶体规定CL为 30pF 或 50pF.,标称频率:,84,三、石英晶体谐振器,2、等效电路及电抗特性,（3）电抗特性,忽略rq后，上式简为：,85,三、石英晶体谐振器,2、等效电路及电抗特性,（3）电抗特性,当在0q时，晶体谐振器等效为电感。,当0时，晶体谐振器呈容性;,86,三、石英晶体谐振器,晶体的谐振频率fq和f0非常稳定。晶体谐振器有非常高的品质因数。晶体谐振器的接入系数非常小，一般为 103数量级，甚至更小。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。,因此晶体谐振器的频率稳定度比一般振荡回路要高。,（4）晶体谐振器与一般振荡回路比较,87,三、石英晶体谐振器,3.晶体谐振器的应用,（2）用它作成高频窄带滤波器。,（1）主要应用于晶体振荡器中,晶体滤波器电路,等效为电桥电路,88,三、石英晶体谐振器,3.晶体谐振器的应用,衰减特性,滤波器的通带只是在f q和f0之间，其余范围为阻带。,89,三、石英晶体谐振器,加宽石英晶体两谐振频率之间的宽度？,通常用外加电感与石英晶体串联或并联的方法实现(这也是扩大晶体振荡器调频频偏的一种有效方法)。,例如：,外加电感与晶体串联的方法,串联谐振频率变小，而并联谐振频率不变。,90,四、集中滤波器,（1）利于电路和设备的微型化，便于大量生产；（2）可提高电路和系统的稳定性，改善系统性能；（3）使电路和系统的设计更加简化。,优点：,（1）晶体滤波器（2）陶瓷滤波器（3）声表面波滤波器,高频电路中常用的集中选频滤波器：,91,四、集中滤波器,1、陶瓷滤波器,某些陶瓷材料(如常用的锆钛酸铅Pb(ZrTi)O3)经直流高压电场极化后，可得到类似于石英晶体的压电效应，这些陶瓷材料称为压电陶瓷材料。,因此，陶瓷滤波器的通带较晶体滤波器要宽，但选择性稍差。,（1）等效电路和晶体谐振器相同；,（2）Q值较晶体小得多(约为数百)，但比LC滤波器的高；,（3）串、并联频率间隔也较大。,92,对中频信号呈现极小的阻抗，此时负反馈最小，增益最大。离开中频，滤波器成较大阻抗，使放大器负反馈增大，增益下降。,2、陶瓷滤波器应用电路,93,2、陶瓷滤波器应用电路,（2）四端陶瓷滤波器,要求滤波器通过（465-5）（465+5）KHz的频带。,例如：,如何设计？,94,四、集中滤波器,3、声表面波滤波器（Surface Acoustic Wave),它是沿弹性固体表面传播机械振动波的器件。,在压电固体材料表面产生和传播弹性波，其振幅随深入固体材料的深度而迅速减小。,功能：,用做滤波器、延迟线、匹配滤波器(对某种高频已调信号的匹配)、信号相关器和卷积器等。,什么是SAW?,结构示意图：,95,工作机理：,当在叉指两端加有高频信号时，通过压电效应，在基片表面激起同频率的声表面波，并沿轴线方向传播。除一端被吸收材料吸收外，另一端的换能器将它变为电信号输出。,基片：,压电效应材料。,叉指换能器：,SAW结构示意图,96,四、集中滤波器,3、声表面波滤波器（Surface Acoustic Wave),均匀叉指 SAW,怎样得到更好的幅频特性？,采用指长、宽度或者间隔变化的非均匀换能器。,幅频特性：,97,3、声表面波滤波器（Surface Acoustic Wave),主要特性：,(1)工作频率范围宽；,(2)相对带宽也比较宽；,(3)便于器件微型化和片式化；,(4)带内插入衰减较大，这是SAW器件的最突出问题，一般不低于 15 dB；,(5)矩形系数可做到 1.12。,主要特点:频率特性好，性能稳定，体积小，设计灵活，可靠性高，制造简单且重复性好，适合于大批生产。,98,用于通信机的声表面波滤波器的传输恃性,矩形系数(图上40 dB与3 dB带宽之比)约为1.1。,99,2.3 电子噪声及其特性,一、概述,定义：,电子设备的性能在很大程度上与干扰和噪声有关。评价一个高频系统的性能的指标之一。,重要性：,主要出现在有用信号比较弱的场合，比如，接收机的前级电路，或多级高增益的音频放大、视频放大器中。,电子噪声的影响：,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。,100,un,二、电子噪声的来源与特性,噪声来源：主要由电阻热噪声和半导体管噪声。,1.电阻热噪声,定义：是由电阻内部的自由电子的热运动而产生的。它是系统内部噪声的主要来源，具有起伏特性。,电阻热噪声的一段取样波形,101,1)热噪声电压和功率谱密度,均方值,k：波尔茨曼常数，k=1.371023 J/K;,均方根,Un表示的是起伏电压交流分量的有效值。,1.电阻热噪声,B：测量此电压时的带宽;,T：绝对温度(K)。,102,1)热噪声电压和功率谱密度,均方值,电阻热噪声等效电路,噪声电压源,噪声电流源,103,例：常温下（T=290K）工作的1K,电阻，与,B=100KHZ的理想网络相连接。求 与。,在一般情况下，电阻的热噪声是相当微弱的，故在电平较高的电路可忽略。,在接收机的前级，由于有用信号极其微弱，电阻热噪声的影响就不能忽略，它已成为限制接收机性能的主要因素。,104,1)热噪声电压和功率谱密度,均方值,噪声电压功率谱密度,：自由电子每秒钟的碰撞次数。,电阻器单位频带噪声功率在很宽的频率范围内均为一恒定值。,白噪声！,105,2)线性电路中的热噪声,有两种情况：多个电阻的热噪声及热噪声通过线性网络。,多个电阻的热噪声,设两个电阻上的噪声电势un1、un2是统计独立的，即互不相关的。,只要各噪声源是相互独立的，则总的噪声服从均方叠加原则。,重要结论：,106,热噪声通过线性网络,2)线性电路中的热噪声,热噪声通过线路电路的模型,对于单一频率的信号来说，,H(j)：电路的传输函数。,则：,107,热噪声通过线性网络,2)线性电路中的热噪声,分析热噪声通过线性电路后的输出噪声：,传输函数,例如热噪声通过并联振荡回路。,108,热噪声通过线性网络,2)线性电路中的热噪声,109,热噪声通过线性网络,2)线性电路中的热噪声,110,2)线性电路中的热噪声,（2）电阻热噪声通过线性电路后，一般就不再是白噪声了。,（1）对于二端线性电路，其噪声电压或噪声电流谱密度 SU、SI 可以用等效电阻Re(或Ge)来代替。,热噪声通过线性网络,重要结论：,111,3)噪声带宽,电阻热噪声是均匀频谱的白噪声，B为一理想滤波器的带宽。,输出均方电压谱为:,则输出均方电压为:,设输入一电阻热噪声,112,3)噪声带宽,输出均方电压为:,设|H(j)|的最大值为H0，则可定义一等效噪声带宽Bn，令,113,3)噪声带宽,Bn的大小由实际特性|H(j)|2决定，而与输入噪声无关。,一般地，Bn 不等于实际特性的 3dB 带宽B0.707，只有实际特性接近理想矩形时，两者数值上才接近相等。,分析：,114,例：计算单振荡回路等效噪声带宽。,设回路为高Q电路，,并联回路的 3dB带宽为B0.707=f0/Q,115,线性网络的等效噪声带宽Bn与B0.7是不同的两个概念，前者是从噪声的角度引出来的，而后者是对信号而言的。,对于常用的单调谐并联回路，二者间的关系：,对于多级单调谐回路，级数越多，传输特性越接近矩形，Bn 越接近于B0.7。对于临界耦合的双调谐回路，Bn=1.11B0.7。,因此，并联回路的噪声带宽要大于信号带宽。,3)噪声带宽,116,2.晶体三极管噪声,晶体三极管的噪声是设备内部固有噪声的另一个重要来源。,散弹(粒)噪声,分配噪声,闪烁噪声,一般地，在一个放大电路中,晶体三极管的噪声往往比电阻热噪声大得多。,117,必须指出，前面讨论的晶体管中的噪声，在实际放大器中将同时起作用并参与放大。,3.场效应管噪声,沟道电阻产生的热噪声;沟道热噪声通过沟道和栅极电容的耦合作用在栅极上的感应噪声;闪烁噪声。,在场效应管中，由于其工作原理不是靠少数载流子的运动，因而散弹噪声的影响很小。,场效应管的噪声来源:,118,噪声系数的数值总是大于 1。理想无噪声系统的噪声系数为 1。,第四节 噪声系数和噪声温度,一、噪声系数（NF）,1.定义,(KP:功率放大倍数),(Na：内部附加噪声功率),另一种形式：,用dB表示：,119,2.几点说明：,一、噪声系数（NF）,规定Ni为信号源内阻RS的最大输出功率，RS的温度为 290 K。,NF 与输出端所接负载的大小无关。,NF 的定义只适用于线性或准线性电路。,NF与输入信号大小无关，但与Ni有关。,120,二、噪声系数的计算,1.额定功率法,信号源的额定功率：指信号源所能输出的最大功率，它只取决于信号源本身的参数内阻和电动势，与输入电阻和负载无关。,信号源的额定功率,121,二、噪声系数的计算,1.额定功率法,信号源的额定功率,额定噪声功率,任何电阻 R 的额定噪声功率均为 kTB。,122,二、噪声系数的计算,1.额定功率法,额定功率增益 KPm,用额定功率增益KPm 表示的噪声系数,另一种形式：,额定噪声功率,信号源的额定功率,123,无源四端网络的噪声系数,（L为网络的衰减倍数）,无源网络的噪声系数：,输入噪声额定功率：,用额定功率增益KPm 表示的噪声系数：,输出噪声额定功率：,124,GS：信号源电导 G：回路的损耗电导 p：接入系数,例：计算抽头回路噪声系数。,网络的噪声系数：,输入端信号源最大输出功率：,125,例：计算抽头回路噪声系数。,无源四端网络的噪声系数：,输出端匹配时最大输出功率：,输入端信号源最大输出功率：,126,二、噪声系数的计算,2.级联四端网络的噪声系数,级联后总的额定功率增益,KPm=KPm1KPm2,级联后噪声系数,总输出额定噪声功率No,No=KPm kTB+KPm2 Na1+Na2,经两级放大的输入 信号源内阻的热噪声,经第二级放大的第一级网络内部的附加噪声。,第二级网络内部的附加噪声,127,2.级联四端网络的噪声系数,No：总输出额定噪声功率。,No=KPm kTB+KPm2 Na1+Na2,Na1=(NF11)KPm1kTBNa2=(NF21)KPm2kTB,Na内部附加噪声功率。,两级级联总噪声系数：,128,二、噪声系数的计算,2.级联四端网络的噪声系数,n 级级联总NF:,当网络的额定功率增益远大于1时，系统的总噪声系数主要取决于第一级的噪声系数。,因此，对第一级来说，不但希望NF1小，也希望Kpm1大，以便减小后级噪声的影响。,129,例 2-3 图 是一接收机的前端电路，高频放大器和场效应管混频器的噪声系数和功率增益如图。试求前端电路的噪声系数(设本振产生的噪声忽略不计)。,130,二、噪声系数的计算,3.噪声系数与灵敏度,灵敏度定义：,保持接收机输出端信噪比一定时，接收机输入的最小信号电压或功率(设接收机有足够的增益)。,因为：,所以：,131,例：设某一电视接收机，正常接收时所需最小信号噪声功率比为20 dB,电视接收机的带宽为 6 MHz，接收机前端电路的噪声系数为 10 dB，问接收机前端电路输入端的信号电平(灵敏度)至少应多大?,3 噪声系数与灵敏度,设信号源的内阻为RS=75,则所需的最小信号电势为：,132,无源四端网络的形式：,选频电路,阻抗变换电路,传输电缆,接入接收机输入端的无源网络的噪声，对系统性能的影响最大。,无源四端网络的NF：,例：求长度为50m，衰减量为0.082dB/m高频电缆的噪声系数。,3 噪声系数与灵敏度,133,三、噪声温度,将线性电路的内部附加噪声折算到输入端，此附加噪声可以用提高信号源内阻上的温度来等效。,Na/Kp：等效在输入端的内部附加噪声。,则：,Te：噪声温度。,又：,噪声系数：,噪声温度：,134,三、噪声温度,1.对于理想网络，噪声温度Te为0。,2.当网络内部噪声较大时，用 NF 描述较为方便；,NF 越大网络的Te也越高。,而当内部噪声较小时，用 Te 描述具有较大的优越性。,135,三、噪声温度,（1）Te是系统内部噪声的另一种量度，它不是该系统的实际物理温度，而是用以表征该系统性能的一种假想温度。,说明：,（2）噪声温度可以推广到多级放大器中。,它同样说明，多级级联网络的噪声温度，主要由其前级网络的特性决定。,136,求虚线内线性网络的噪声系数（1）,137,求虚线内线性网络的噪声系数（2）,138,复 习,1.并联振荡回路,2.抽头并联振荡回路,3.耦合振荡回路,4.串并联阻抗等效互换,5.变压器阻抗变换,(a)谐振频率,(b)品质因数,(c)谐振阻抗,(e)Qo QL,(a)p,(d)幅频特性和相频特性,(b)折合关系,临界耦合 过耦合 欠耦合,一、高频电路中的基本电路,139,6.石英晶体谐振器,(a)等效电路,(b)fq、fo 及二者关系,(c)电抗特性,二、噪声,1、电阻热噪声,（b）热噪声通过线性网络,（c）等效噪声带宽,（a）热噪声电压、功率谱密度、等效电路,140,二、噪声,2、噪声系数,（a）定义,（b）额定功率法计算噪声系数,无源四端网络：,级联四端网络：,（c）灵敏度,（d）噪声温度,