高频电路基础

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1、第 二 章 高 频 电 路 基 础 第 一 节 高 频 电 路 中 的 元 器 件线 性 （ 无 源 元 件 ） ： 电 感 线 圈 、 电 容 器 和 电阻 器 ， 构 成 振 荡 回 路 和 滤 波 器 等 线 性 电 路非 线 性 （ 有 源 器 件 ） ： 二 极 管 、 晶 体 管 和 集成 电 路元 器 件非 线 性 器 件 线 性 应 用 ： 小 信 号 放 大 器非 线 性 应 用 ： 大 功 率 放 大 器 、 振 荡 器 、 调制 、 解 调 一 、 高 频 电 路 中 的 元 件1.高 频 电 阻（ 1） 常 用 的 电 阻 ： 金 属 膜 电 阻 、 碳 膜 电 阻 、

2、 线 绕 电 阻（ 2） 主 要 参 数 ： 电 阻 值 、 额 定 功 率 和 稳 定 性 电 阻 值 ： 高 频 时 电 阻 值 将 增 加 ； 额 定 功 率 ： 在 正 常 工 作 状 态 下 电 阻 器 容 许 消 耗 的 功率 ； 稳 定 性 ： 电 阻 器 的 工 作 条 件 变 化 时 （ eg.温 度 升 高 或降 低 ） ， 其 电 阻 值 的 变 换 应 在 容 许 的 范 围 内 。 金 属 膜 电 阻 线 绕 电 阻碳 膜 电 阻 贴 片 电 阻 （ 3） 电 阻 的 高 频 特 性 LR CRR 图 2-1 电 阻 的 高 频 等 效 电 路 电 抗 特 性 分 布

3、 电 容引 线 电 感 ： 频 率 越 高 ， 感 抗 越 大一 个 电 阻 R的 高 频 等 效 电 路 如 图 2-1所 示 , 其 中 , CR为 分 布电 容 , LR为 引 线 电 感 , R为 电 阻 。 2.高 频 电 容（ 1） 主 要 参 数 ： 电 容 量 、 工 作 电 压 、 损 耗 角 、 品 质 因 数 、 SRF 在 高 频 电 子 线 路 中 所 用 的 电 容 器 的 电 容 量 从 几 个 皮 法 到 几 百 微 法 。 工 作 电 压 ： 在 很 长 时 间 内 工 作 （ eg.10000小 时 以 上 ） ， 电 容 两 端可 以 承 受 的 最 大

4、电 压 。 损 耗 角 ： 电 流 超 前 电 压 的 相 角 与 90 之 间 的 差 值 ， 决 定 电 容 器品 质 的 优 劣 。 理 想 =？ 品 质 因 数 Q C ： 理 想 QC = ? 1CQ tg (2) 高 频 特 性 由 介 质 隔 开 的 两 导 体 即 构 成 电 容 。 一 个 电 容 器 的等 效 电 路 如 图 2-2（ a） 所 示 。 理 想 电 容 器 的 阻 抗1/(j C), 如 图 2-2（ b） 虚 线 所 示 , 其 中 , f为 工 作 频率 , =2 f。 图 2 2 电 容 器 的 高 频 等 效 电 路 (a) 电 容 器 的 等 效

5、电 路 ; （ b） 电 容 器 的 阻 抗 特 性 LC RCC(a) 阻抗 频 率 f(b)0f SRF,感 性 3 高 频 电 感（ 1） 主 要 参 数 ： 电 感 量 、 分 布 电 容 、 损 耗 、 品 质 因 数 、 SRF损 耗 ： 主 要 指 交 流 电 阻 ， 用 品 质 因 数 Q表 征 ;品 质 因 数 Q： 高 频 电 感 的 感 抗 与 其 串 联 的 损 耗 电 阻 之 比 。 随 频 率的 升 高 而 下 降 。（ 2） 高 频 特 性 ： L LQ Rf SRF,容 性 阻抗与相角 阻 抗 相 角 频 率 f SRF 0 图 2-3 高 频 电 感 器 的

6、自 身 谐 振 频 率 SRF 第 二 节 高 频 电 路 中 的 基 本 电 路1.选 频 的 基 本 概 念 所 谓 选 频 就 是 选 出 需 要 的 频 率 分 量 并 且 滤 除不 需 要 的 频 率 分 量 。2.选 频 网 络 的 分 类 选 频 网 络 在 本 课 程 的 用 途 前 端 选 择 性 电 路 高 频 小 信 号 放 大 器 负 载 中 频 放 大 器 负 载 高 频 功 率 放 大 器 负 载 混 频 器 负 载 正 弦 波 振 荡 器 回 路 调 制 电 路 负 载 一 、 高 频 振 荡 回 路1.简 单 振 荡 回 路 概 述 谐 振 及 谐 振 条 件

7、谐 振 特 性 能 量 关 系 谐 振 曲 线 和 通 频 带 信 号 源 内 阻 及 负 载 对 串 联 谐 振 回 路 的 影 响串 联 振 荡 回 路并 联 振 荡 回 路 由 电 感 线 圈 和 电 容 器 组 成 的单 个 振 荡 电 路 ， 称 为 简 单 振 荡 回路 。 信 号 源 与 电 容 和 电 感 串 接 ，就 构 成 串 联 振 荡 回 路 。 串 联 振 荡 回 路 的 阻 抗 在 某 一 特 定 频 率 上 具 有 最小 值 ， 而 偏 离 这 个 特 定 频 率 的 时 候 阻 抗 将 迅 速增 大 。 单 振 荡 回 路 的 这 种 特 性 称 为 谐 振 特

8、 性 ，这 个 特 定 频 率 就 叫 做 谐 振 频 率 。 谐 振 回 路 具 有 选 频 和 滤 波 作 用 。串 联 振 荡 回 路 概 述 串 联 振 荡 回 路 谐 振 及 谐 振 条 件1. 阻 抗 jeZCLjRjXRZ |)1( 2222 )1(| CLRXRZ R CLarctgRXarctg 1 LC2 1f LC1 0C1LX 0X00 00 令 RvII s 0当 时0 达 到 最 大 当 0时 ,|Z| R， 0 ， X 0 呈 感 性 ， 电 流 滞 后 电 压 ， 0 0 ， X 0 呈 容 性 ， 电 流 超 前 电 压 ， Q2 Q值 不 同 即 损 耗 R

9、不 同 时 ， 对 曲 线 有 很 大 影 响 ，Q值 大 曲 线 尖 锐 ， 选 择 性 好 ， Q值 小 曲 线 钝 ， 通 带 宽 。 N(f ) (f) 0 (f0) Q1 Q2 Q1 Q2 N(f )= 1 2 21通 频 带定 义 :回 路 外 加 电 压 的 幅 值 不 变 时 ， 改 变 频 率 ， 回 路 电 流 I下 降到 Io 的 时 所 对 应 的 频 率 范 围 称 为 谐 振 回 路 的 通 频 带 ,用 B表 示 : 当 时 而 所 以也 可 用 线 频 率 f0表 示 ， 即 12701270 22 fffBB . 或 2111 2o II 1o2Q Q0702

10、 QffB . 0702 21 2 0II 通 常 把 没 有 接 入 信 号 源 内 阻 和 负 载 电 阻 时 回 路 本 身 的Q值 叫 做 无 载 Q（ 空 载 Q值 ）如 式 串 联 振 荡 回 路 信 号 源 内 阻 及 负 载 对 串 联 谐振 回 路 的 影 响 LS0L RRR LQ oo QRLQ R s + C R L L R 其 中 R为 回 路 本 身 的 损 耗 ，RS为 信 号 源 内 阻 ， RL为 负 载通 常 把 接 有 信 号 源 内 阻 和 负 载 电 阻 时 回 路 的 Q值 叫 做有 载 QL, 如 式 结 论 ： 串 联 谐 振 回 路 通 常 适

11、 用 于 信 号 源 内 阻 Rs很 小 (恒 压 源 ） 和 负 载 电 阻 RL也 不 大 的 情 况 。为 空 载 时 的 品 质 因 数为 有 载 时 的 品 质 因 数 QQ QQL L 可 见 oo QRLQ LS0L RRR LQ 并 联 谐 振 回 路 概 述 谐 振 条 件 谐 振 特 性 谐 振 曲 线 、 相 频 特 性 和 通 频 带 信 号 源 内 阻 和 负 载 电 阻 对 并 联 谐 振 回 路的 影 响 对 于 信 号 源 内 阻 和 负 载 比 较 大 的 情 况 ， 宜 采 用 并 联谐 振 回 路 。 结 构 ： 电 感 线 圈 L、 电 容 C、 外 加

12、 信 号 源 相 互 并 联 的 振 荡 回 路 。其 中 由 于 外 加 信 号 源 内 阻 很 大 ， 为 了 分 析 方 便 ， 采 用 恒 流 源 。 Is C L Is C L + R Vo GRp 1 并 联 振 荡 回 路 概 述 CLjR CjLjRCjLjR CjLjRz 11)(11)( LCjLRCCLjR CLz 111 1. 回 路 阻 抗由 图 可 知 ， 并 联 谐 振 回 路 的 阻 抗 为 jBGLCjLCRY 1：变 换 成 导 纳 形 式 为 电 纳为 电 导其 中 LcBLCRG 1，： 一 般 L R I s C L + R V o 谐 振 时 的 阻

13、 抗 特 性 ：且 阻 抗 为 最 大 值 阻 ，并 联 谐 振 时 ， 呈 现 纯 电 呈 现 容 性,p 呈 现 感 性,p因 此 回 路 谐 振 时 ： 为 谐 振 电 阻为 谐 振 电 导其 中 RCLR LRCGP P ：同 相相 应 达 到 最 大 值 且 与电 压 为 最 小 值回 路 导 纳电 纳 SPS P IGIV GYB /00 。， 并 联 振 荡 回 路 谐 振 条 件 LCjLRCCLjR CLz 111 。与， 同 相时 SSp IVICRLRIVB S 压 回路端 电0谐 振 条 件 : CR1RLj1 LRj1CRLC1LjR Cj1LjRZ 若 不 成 立R

14、L 谐 振 时 Z为 实 数 ,故 22p ppp LRLC1 RC1RLLR LCfLCLCB pp 2 1,110 pp 2.谐 振 频 率 f0 Is C L GRp 1 jBGLCjLCRY 1 3.品 质 因 数 谐 振 时 电 感 支 路 或 者 电 容 支 路 的 电 流 幅 值 为 外 加 电 流 源 I S的 QP倍 。 因 此 ， 并 联 谐 振 又 称 为 电 流 谐 振 。 SPPPSppSpppCP IjQCQICjRICjVCjCjVI 11 00 SPP PPSPPLP IjQLj LQILjVLjRVI 00 )( 一 般 Q为 几 十 到 几 百 ， 因 此

15、信 号 源 的 电 流 不 是 很 大 ， 而 支 路 内 的 电 流 却 是 很 大 。数为 并 联 振 荡 回 路 品 质 因定 义 ppp QRCRL 1： CLRCLRRLLCRLQ pp ，为 谐 振 电 路 的 特 性 阻 抗,11 LCRRCRLRRLQP ppppppp 为 谐 振 电 阻RCLRP 4.广 义 失 谐 表 示 回 路 失 谐 大 小 的 量 )(2 1 o ooo失 谐 不 大 时谐 振 时 的 电 导失 谐 时 的 电 纳 Q GCG LCGB 1 . 谐 振 曲 线 串 联 回 路 用 电 流 比 来 表 示 ， 并 联 回 路 用 电 压 比 来 表 示

16、 。 回 路 端 电 压 谐 振 时 回 路 端 电 压 由 此 可 作 出 谐 振 曲 线 LCjG IYIZI 1P sss v Pspso /GIRI v jjQLCjG GYGGI YIfN 1 11 11/)( pppp pppsso vv 并 联 振 荡 回 路 谐 振 曲 线 、 相 频 特 性 和 通 频 带 )( RLQ pp 在 小 失 谐 时 ： PPPQ P ppPQ pP 2Q 20 21 1 PPQVV 结 论 ： 为 纯 阻 性为 最 大时当 01 0:)1 0 ，VV p ， 减 小时当 VVV p1 0:)2 0 0VV Q1 Q2 p N(f)= Q1Q2

17、0VV ， 减 小时当 VVV p1 0:)3 0 oppppo 21 11 1 jQjQvv ppppp arctgarctg2arctg QQv 相 角 ：2. 相 频 特 性 ppv Q 2arctan u, z p 2 2 串 联 电 路 里 是 指 回 路 电 流 与 信 号 源 电 压 的 相 角 差 。 而 并联 电 路 是 是 指 回 路 端 电 压 对 信 号 源 电 流 Is的 相 角 差 。 = p 时 = 0 回 路 呈 纯 阻 p 时 0 回 路 呈 容 性 0 回 路 呈 感 性 jjjo eezeIZI msms 0 vv 相 频 曲 线 如 图 所 示sv f

18、0 1 2 N(f) Vom Vom 当 回 路 端 电 压 下 降 到 最 大 值 的 时 所 对 应 的 频 率 范 围 即 通 频 带 21 10027.07.012 2 B poQfB 2 1111 1 2 00 vvvv j 12 o 7.0p ffQ BQff p07.023 . 通 频 带 mV021 同 相 变 化 。与 LSL RRQ 、 性 。较 高 而 获 得 较 好 的 选 择以 使也 较 大 的 情 况 , 很 大 ， 负 载 电 阻内 阻并 联 谐 振 适 用 于 信 号 源L LSQ RR C L Rs Rp RL 并 联 振 荡 回 路 信 号 源 内 阻 和

19、负 载 电 阻 对 并 联谐 振 回 路 的 影 响 sILRRLQ pppp pLpsppLsppL 1 11Q GGGGLG)GGG(LQ 值 为此 时 有 载 Lpsp p ppppp 11 RRRRQQ GCLGQ L 故 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=10MHz, 回 路 电 容 C=50 pF, (1) 试 计 算 所 需 的 线 圈 电 感 值 。 (2) 若 线 圈 品 质 因 数 为 Q=100, 试 计 算 回 路 谐 振 电阻 及 回 路 带 宽 。 (3) 若 放 大 器 所 需 的 带

20、 宽 B=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 ? 解 (1) 计 算 L值 。 由 式 (2 2), 可 得 CfL 20220 )2( 11 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 :CfCfL 206202 25330101)21( 将 f0=fs=10 MHz代 入 , 得 uL 07.5 (2) 回 路 谐 振 电 阻 和 带 宽 。 由 式 (2 12) kLQR 8.31

21、1018.31007.5102100 46700 回 路 带 宽 为 kHzQfB 1000 (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 R1 R0, 总 的 回 路 有 载 品质 因 数 为 QL。 由 带 宽 公 式 , 有200 LLQ BfQ此 时 要 求 的 带 宽 B=0.5 MHz, 故回 路 总 电 阻 为 kR RR kLQRR RR 97.737.637.6 37.61007.5102200 01 67010 10 需 要 在 回 路 上 并 联 7.97 k的 电 阻 。 例

22、1： 有 一 并 联 谐 振 回 路 如 图 ， 并 联 回 路 的 无 载 Q值 Qp = 80， 谐 振 电 阻 Rp = 25k， 谐 振 频 率 fo = 30MHz， 信 号 源 电 流 幅 度 Is = 0.1mA(1)若 信 号 源 内 阻 Rs = 10k， 当 负 载 电 阻 RL不 接 时 ，问 通 频 带 B和 谐 振 时 输 出 电 压 幅 度 Vo是 多 少 ？(2) 若 Rs = 6k， RL = 2k， 求 此 时 的 通 频 带 B和 Vo 是 多 少 ？ Is CLRs Rp RL解 ： (1) Rs = 10k， V720k2510 2510mA10ps p

23、sso .RR RRI v而 2310251 801 spoL RRQQ MHz3.12330Lo QfB (2) K2K6 Ls RR V1402161251 110111 1 cspso .RRRIV 5.42256251 801 Lpsp oL RRkRQQ MHz7.65.430Lo QfB故 并 联 电 阻 愈 小 ， 即 QL越 低 ， 通 带 愈 宽 。 c1 zjez jBGLCjLCRzY 11LCf,LC 2 11 oo LCf,LC 2 11 pp CLRRRRLQ 11oo LCRRLRRLQP ppppp oooooo QRL R C1LR X)(失 谐 时 的 抗

24、oopoop QGC G L1C(G(B 谐 振 时 的 电 导 )失 谐 时 的 电 纳 ) N(f ) (f) 0 (f0) Q1 Q2 Q1 Q2 N(f)= 0II 1 2 21 1 2 N(f ) (f) 0 (f0) Q1 Q2 Q1 Q2 N(f)= 0V V 1 2 21 1 2 007.0 Qff2 BQff pp7.02 i 0 2 2 Q 1 Q 2 n 0 2 2 Q 1 Q 2 LsoL RRR LQ Lpsp p1 RRRRQQL 串 联 谐 振 回 路 并 联 谐 振 回 路阻 抗 或 导 纳 谐 振 频 率 品 质 因 数 Q 通 频 带 B=相频特性曲线 失

25、谐 时 阻 抗 特 性 0， x 0 回 路 呈 感 性 0， xp， B 0 回 路 呈 容 性 p， B0 回 路 呈 感 性 谐 振 电 阻 最 小 = R 最 大有 载 Q值 z = R + jx = R+j (L- ) = 广 义 失 谐 系 数 ：谐 振 曲 线 ： sV R + C L I I s C L Is C L + R Vo GRp 1 RCLR p 0202202 )( RpRUUR RURU UUp TT T 接 入 系 数 P 即 为 抽 头 点 电 压 与 端 电 压 的 比根 据 能 量 等 效 原 则 ：由 于 ,因 此 P是 小 于 1的 正 数 ， 即 R

26、 1 噪 声 系 数 的 定 义 dBNS NSNN oiFF )/( )/(lg10lg10 线 性 电 路KP NFSiNi SoNooo iioiF NS NSNS NSN /)/( )/( 噪 声 系 数 用 dB表 示 ：理 想 无 噪 系 统 的 噪 声 系 数 为 0dB 已 知 噪 声 功 率 是 与 带 宽 B相 联 系 的 。 噪 声 系 数 与 输 入 信 号 大 小 无 关 。 定 义 ： Ni为信 号 源 内 阻 Rs的 最 大 输 出 功 率 ， 为 kTB 噪 声 系 数 的 大 小 与 四 端 网 络 输 出 端 的 匹 配情 况 无 关 噪 声 系 数 的 定

27、 义 只 适 用 于 线 性 或 准 线 性 电路 信 噪 比 与 负 载 的 关 系 设 信 号 源 内 阻 为 RS， 信 号 源 的 电 压 为 US（ 有 效 值 ） ， 当它 与 负 载 电 阻 RL相 接 时 ， 在 负 载 电 阻 RL上 的 信 噪 比 计 算 如下 ： LLs so RRRUP 2 信 号 源 内 阻 噪 声 在 RL上 的 功 率 在 负 载 两 端 的 信 噪 比 结 论 ： 信 号 源 与 任 何 负 载 相 接 本 不影 响 其 输 入 端 信 噪 比 ， 即 无 论 负 载 为 何 值 ， 其 信 噪 比 都 不变 ， 其 值 为 负 载 开 路 时

28、 的 信 号 电 压 平 方 与 噪 声 电 压 均 方 值 之 比 。 LLs nno RRR UP 22 )(在 负 载 两 端 的 信 噪 比 22nsnooo UUPPNS 信 号 源 在 RL上 的 功 率 1.用 额 定 功 率 和 额 定 功 率 增 益 表 示 的 噪 声 系 数放 大 器 输 入 信 号 源 电 路 如 图 所 示 。 任 何 信 号 源 加 上 负 载 后 ，其 信 噪 比 与 负 载 大 小 无 关 ， 信 噪 比 均 为 信 号 均 方 电 压 （ 或电 流 ） 与 噪 声 均 方 电 压 （ 或 电 流 ） 之 比 。放 大 器 的 噪 声 系 数 N

29、F为 mipmmomosmo mismiF NKNNP NPN / 输 出 端 额 定 功 率 信 噪 比输 入 端 额 定 功 率 信 噪 比 Psmi和 Psmo分 别 为 放 大 器 的 输 入 和 输 出 额 定 信 号 功 率 ，Nmi和 Nmo分 别 为 放 大 器 的 输 入 和 输 出 额 定 噪 声 功 率 ， Kpm为放 大 器 的 额 定 功 率 增 益 。 以 额 定 功 率 表 示 的 噪 声 系 数 二 .、 噪 声 系 数 的 计 算 额 定 功 率 , 又 称 资 用 功 率 或 可 用 功 率 , 是 指 信 号 源 所能 输 出 的 最 大 功 率 , 它

30、是 一 个 度 量 信 号 源 容 量 大小 的 参 数 , 是 信 号 源 的 一 个 属 性 , 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 , 如 图 所 示 。 SSai SSai RIP REP 22414RSES RLRS IS RS RLRS(a) (b)（ a） 电 压 源 ; （ b） 电 流 源 放 大 器 的 噪 声 系 数 NF为 mipmmomosmo mismiF NKNNP NPN / 输 出 端 额 定 功 率 信 噪 比输 入 端 额 定 功 率 信 噪 比 对 于 无 源 二 端 口 网

31、 络 ， 输 出 端 匹 配 时 ，输 出 的 额 定 噪 声 功 率 Nmo= kTB, 所 以 噪 声 系 数 :因 为 Nmi= kTB, LKkTBKkTB pmpm 1 kTBKNNKNN pmmomipmmoF 抽 头 回 路 的 噪 声 系 数 将 信 号 源 电 导 等 效 到 回 路 两 端 , 为 p2gS, 等 效 到 回 路 两 端 的 信 号 源 电流 为 pIS, 输 出 端 匹 配 时 信 号 源 的 最大 输 出 功 率 ， 即 二 端 网 络 输 出 端 最大 功 率 为 ： )(4 222 SSsmo gpg IpP 输 入 端 信 号 源 的 最 大 输

32、出 功 率 ,即 二 端 网 络 最 大 输 入 功 率 为 ： 因 此 , 网 络 的 噪 声 系 数 为 SS SSs sssmosmipmF gpggp gpgggIp gIPPKN 22 222 2 1)(441 pI SGS L C G SSsmi gIP 4 2 例1 求如图所示虚线所含网络噪声系数。方 法 一 ： 额 定 功 率 增 益 法SSS ERRR RU 313 31 /)( RRRR S 3131 23132 44 RRRRRR ERRR RRUP SS SSSsmo SSsmi REP 4 2 US 3131 231324 41 RRRRRR ERRR R REPPG

33、N SS SS SSsmosmipaF )( 313 1 RRRRR RR SS S 3 3121312 2 RR RRRRRRRR SSSS 3 211 )(1 RR RRRR SSS 方 法 二 ： 开 路 电 压 法 （ 戴 维 南 定 理 ） UnnipanaF PGPN 1 LS LniSLnii RERRR R RERRR RRUN ni22313 23132 31 naRanRan PPP 而 ： LSLnRSLnnaR RERRR RRERRR RRUP nR2231321313211 1 L S SLnRS SLnnaR RERRR RRRERRR RRRUP nR2231

34、12331 1233 3 LS LS SLS nipanaF RERRR R RERRR RRRERRR RPGPN ni nRnR 22313 2231 122313 3111 SSRR RRRRR 23 321123 )(1 SSS RR RRRR 3 211 )(1 根 据 定 义 , 级 联 后 总 的噪 声 系 数 为2. 级 联 网 络 噪 声 系 数 式 中 , No为 总 输 出 额 定 噪 声 功 率 , 它 由 三 部 分 组 成 : 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

35、声 ; 第 二 级 网 络 内 部 的 附 加 噪 声 , 即 mipmomosmo mismi NKNNP NP / 输 出 端 额 定 功 率 信 噪 比输 入 端 额 定 功 率 信 噪 比FN第 一 级NF1 KPm1kTB N1 第 二 级NF2 KPm2 No 212 aapmpmo NNKkTBKN 按 噪 声 系 数 的 表 达 式 , Na1和 Na2可 分 别 表 示 为kTBKNN kTBKNN pmFa pmFa 222 111 )1( )1( 则 kTBKNNK kTBNKkTBNKKkTBKN pmFFpm FpmFpmpmpmo )1( )1()1( 221 22

36、121 将 上 式 代 入 式 （ 2 76） , 得 121 1PmFFF KNNN (2 77) 用 同 样 的 方 法 不 难 推 出 多 级 级 联 网 络 的 噪 声 系 数 的 公 式为 213121 11 PmPmFPmFFF KKNKNNN (2 78) 从 式 (2 78)可 以 看 出 , 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 。 越 是 后 面 的 网 络 , 对 噪 声 系 数 的 影 响 就 越 小 , 这 是 因 为 越到 后 级 信 号 的 功 率 越 大 ,

37、 后 面 网 络 内 部 噪 声 对 信 噪 比 的影 响 就 不 大 了 。 因 此 , 对 第 一 级 来 说 , 不 但 希 望 噪 声 系 数小 , 也 希 望 增 益 大 , 以 便 减 小 后 级 噪 声 的 影 响 。 例 2-3 下 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 所 示 。 试 求 前 端 电 路 的 噪 声 系 数 (设 本 振产 生 的 噪 声 忽 略 不 计 )。 高 频 放 大 器NF13 dBK P1(dB)10 dB FET混 频 器NF26.5 dBK

38、 P2(dB)9 dB 本 地 振 荡 器 至 中 放 解 将 图 中 的 噪 声 系 数 和 增 益 化 为 倍 数 , 有47.41094.710 2101010 65.029.02 3.0111 FP FP KK KK因 此 , 前 端 电 路 的 噪 声 系 数 为 )7.3(35.235.021 121 dBKNNN PFFF 3 噪 声 系 数 与 灵 敏 度 噪 声 系 数 是 用 来 衡 量 部 件 (如 放 大 器 )和 系 统 (如 接 收 机 )噪 声 性 能 的 。 而 噪 声 性 能 的 好 坏 ， 又 决 定 了 输 出 端 的 信 号噪 声 功 率 比 (当 信

39、号 一 定 时 )。 同 时 ， 当 要 求 一 定 的 输 出 信噪 比 时 ， 它 又 决 定 了 输 入 端 必 需 的 信 号 功 率 ， 也 就 是 说 决定 放 大 或 接 收 微 弱 信 号 的 能 力 。 对 于 接 收 机 来 说 ， 接 收 微 弱 信 号 的 能 力 ， 可 以 用 一 重要 指 标 灵 敏 度 来 衡 量 。 所 谓 灵 敏 度 就 是 保 持 接 收 机 输出 端 信 噪 比 一 定 时 ， 接 收 机 输 入 的 最 小 电 压 或 功 率 (设 接 收机 有 足 够 的 增 益 )。 例 3 某 电 视 接 收 机 ， 正 常 接 受 时 所 需

40、的 最 小 信 噪 比为 20dB， 电 视 接 收 机 的 带 宽 为 6MHz， 接 收 机 的 前端 噪 声 系 数 为 10， 若 信 号 源 内 阻 为 75， 问 接 收 机前 端 输 入 的 信 号 灵 敏 度 应 多 大 ？解 ： 一 般 接 收 机 前 端 增 益 有 10 20dB， 所 以 前端 的 噪 声 系 数 为 接 收 机 噪 声 系 数 10。 据 噪 声 系数 的 定 义 ， 可 得 ： 10001010 20 NSNNS Fi在 多 级 网 络 级 连 中 ， 信 号 的 通 频 带 近 似 等 于 噪 声 带宽 ， 则 输 入 的 额 定 噪 声 功 率

41、为 ：kTBNi 则 ， 要 求 输 入 的 信 号 功 率 为 ： pWkTBNNSNS iFi 8.231062901037.11000 1000 6230 而 ， 功 率 匹 配 时 ： SSi REP 4 2 VRPE SSiS 5.8475108.2344 12 讨 论 ： 提 高 灵 敏 度 的 方 法 降 低 接 收 机 的 噪 声 系 数 ； 降 低 接 收 机 前 端 设 备 的 温 度 T灵 敏 度 （ 用 功 率 表 示 ） 也 可 表 示 为 ： )dB(N)dBMHz(Blg)dB()dBm(P FminSi 10114 四 、 噪 声 温 度 将 线 性 电 路 的

42、 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 , 这 就 是 “ 噪 声 温 度 ” 。 设 等 效 到 输入 端 的 附 加 噪 声 为 Na/KP, 令 增 加 的 温 度 为 Te, 即 噪 声 温 度 , 可 得 BkTKN e aa 这 样 , TNT TTkTBBkTP BkTN Fe eenieF )1( 111 )1(2121 3121 npmpmpm enpmpm epmeee KKK TKK TKTTT多 级 放 大 器 的 等 效 噪 声 温 度 为 ： 降 低 噪 声 系 数 的

43、 措 施 根 据 上 面 所 讨 论 的 结 果 ， 有 3种 经 常 采 用 的 减 小 噪 声 系 数的 措 施 。 选 用 低 噪 声 器 件 和 元 件 正 确 选 择 晶 体 管 放 大 级 的 直 流 工 作 点3. 选 择 合 适 的 信 号 源 内 阻 本 节 讨 论 的 内 容 是 学 习 通 信 电 子 线 路 的 重 要 基 础 。 1. 各 种 形 式 的 选 频 网 络 在 通 信 电 子 线 路 中 得 到 广泛 的 应 用 。 它 能 选 出 我 们 需 要 的 频 率 分 量 和 滤 除 不需 要 的 频 率 分 量 ， 因 此 掌 握 各 种 选 频 网 络

44、的 特 性 及分 析 方 法 是 很 重 要 的 。 2. 选 频 网 络 可 分 为 两 大 类 。 第 一 类 是 由 电 感 和 电容 元 件 组 成 的 谐 振 回 路 ， 它 又 分 为 单 振 荡 回 路 和 耦合 振 荡 回 路 ， 第 二 类 是 各 种 滤 波 器 ， 主 要 有 LC集 中滤 波 器 、 石 英 晶 体 滤 波 器 、 陶 瓷 滤 波 器 和 声 表 面 波滤 波 器 等 。 本 节 小 结 3. 串 联 谐 振 回 路 是 指 电 感 、 电 容 、 信 号 源 三 者串 联 ； 并 联 谐 振 回 路 是 指 电 感 、 电 容 、 信 号 源三 者 并

45、 联 。 串 并 联 谐 振 回 路 的 共 同 点 是 ： LC,LCf 12 1 00 广 义 失 谐 都 是 表 示 回 路 失 谐 大 小 的 量 ， 用 表 示 。 串 联 时 ： 并 联 时 ： CLCLP 00 1 00 2) ( ffQRx 回 路 失 谐 时 电 抗 00 2) ( ffQGB 回 路 失 谐 时 的 电 纳 当 Q值 很 高 时 ， 谐 振 频 率 均 为 特 性 阻 抗 均 可 表 示 为 串 并 联 谐 振 回 路 的 不 同 点 是 ： 品 质 因 数 的 表 示 形 式 不 同 ， 串 联 谐 振 回 路 中 ： 并 联 谐 振 回 路 中 ： 串

46、联 谐 振 回 路 谐 振 时 ， 其 电 感 和 电 容 上 的 电 压 为 信 号 源 电 压 的 Q倍 ， 称 为 电 压 谐 振 ； 并 联 谐 振 回 路 谐 振 时 其 电 感 和 电 容 支 路 的 电 流 为 信 号 源 电 流 的 Q倍 ， 称 为 电 流 谐 振 。 QfB 0 LL RRR LQ,RRCRLQ s0000 1 LppLpp RRRRQQ,LRQ s 00 1 通 频 带 均 可 表 示 为 串 联 谐 振 回 路 失 谐 时 ， 当 f f0时 回 路 呈 感 性 ，f f0时 回 路 呈 容 性 ， f f0时 回 路 呈 感 性 。 串 联 谐 振 回

47、 路 的 频 率 特 性 并 联 谐 振 回 路 的 频 率 特 性 jIIfN 1 1 0)( jVVfN 1 10)( 4、 串 并 联 阻 抗 等 效 互 换 时 ： X串 =X并 ， R并 =Q2R串（ Q较 大 时 ） 5、 回 路 采 用 抽 头 接 入 的 目 的 是 为 了 减 少 负 载 和 信号 源 内 阻 对 回 路 的 影 响 ， 由 低 抽 头 折 合 到 回 路 的 高端 时 ， 等 效 电 阻 提 高 了 倍 ， 等 效 导 纳 减 小 了倍 ， 即 采 用 抽 头 接 入 时 ， 回 路 Q值 提 高 了 。 21p 2p 6、 由 相 互 间 有 影 响 的

48、两 个 单 振 荡 回 路 组 成 的 回 路 称 为 耦 合回 路 。 以 耦 合 系 数 K表 示 耦 合 的 强 弱 ， 耦 合 因 数 表 示 相 对临 介 耦 合 时 的 相 对 强 弱 。 耦 合 回 路 中 的 反 映 阻 抗 是 用 来 说 明一 个 回 路 对 耦 合 的 另 一 回 路 电 流 影 响 。 次 级 回 路 的 电 阻 反 映到 初 级 回 路 仍 为 电 阻 ， 次 级 回 路 的 电 抗 反 映 到 初 级 回 路 仍 为电 抗 ， 但 抗 的 性 质 相 反 。7、 选 择 性 滤 波 器 主 要 有 LC集 中 选 择 性 滤 波 器 、 石 英 晶

49、体 滤波 器 、 陶 瓷 波 波 器 和 声 表 面 波 滤 器 。 根 据 其 各 自 特 点 应 用 到不 同 场 合 。 其 中 石 英 晶 体 滤 波 器 的 Q值 最 高 ， 选 择 性 最 好 ；声 表 面 波 滤 波 器 工 作 频 率 高 ， 抗 辐 射 能 力 强 ， 广 泛 用 于 通 信设 备 中 。 本 章 小 结 1. 电 子 设 备 的 性 能 在 很 大 程 度 上 与 干 扰 和 噪 声 有 关 。 在 通 信 系 统 中 ， 接 收 机 的 灵 敏 度 与 噪 声 有 关 ， 提 高 接 收 机的 灵 敏 度 有 时 比 增 加 发 射 机 的 功 率 可 能

50、 更 为 有 效 。 因 此 研究 各 种 干 扰 和 噪 声 非 常 必 要 。 2. 所 谓 干 扰 （ 或 噪 声 ） ， 就 是 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 。 干 扰 （ 或 噪 声 ） 按其 发 生 的 地 点 分 为 由 设 备 外 部 进 来 的 外 部 干 扰 和 由 设 备 内部 产 生 的 干 扰 ； 按 接 收 的 根 源 分 有 自 然 干 扰 和 人 为 干 扰 ，按 电 特 性 分 有 脉 冲 型 ， 正 弦 型 和 起 伏 型 干 扰 等 。 3. 干 扰 和 噪 声 是 两 个 同 义

51、的 术 语 ， 波 有 本 质 的 区 别 。 习惯 上 ， 将 外 部 来 的 称 为 干 扰 ， 内 部 产 生 称 为 噪 声 ， 本 章 主 要讨 论 具 有 起 伏 性 质 的 内 部 噪 声 。 外 部 也 有 一 部 分 具 有 起 伏 性质 的 干 扰 一 并 讨 论 。 即 使 内 部 干 扰 ， 也 有 人 为 的 （ 或 故 障 性的 ） 和 固 有 的 内 部 噪 声 才 是 我 们 要 讨 论 的 内 容 。 4. 抑 制 外 部 干 扰 的 措 施 主 要 是 消 除 干 扰 源 ， 切 断 干 扰 传 播途 径 和 躲 避 干 扰 。 电 台 的 干 扰 实 际 上 主 要 是 外 部 干 扰 ， 有 关这 一 部 分 内 容 放 在 以 后 的 “ 混 频 器 干 扰 ” 一 节 中 讨 论 。 应 该 指 出 ， 干 扰 和 噪 声 问 题 涉 及 的 范 围 很 广 ， 理 论 和 计算 都 很 复 杂 ， 详 细 分 析 已 超 出 范 围 ， 本 章 主 要 介 绍 有 关 电 子噪 声 的 一 些 基 本 概 念 和 性 能 指 标 。