(完整版)高频电路基础知识点总结
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高频电路基础知识高频电路组成基本上是由无源元件、有源器件和无源网络组成的。
高频电路中使用的与低频电路中使用的元器件的频率特性不同。
高频电路中无源线性元件主要是电阻器、电容器和电感器。
掌握本章内容是非常重要的。
2.1高频电路中的元器件2.1.1高频电路中的元件(1)电阻一个实际的电阻器,在低频时主要表现为电阻特性,但在高频时不仅表现有电阻特性的一面,而且还表现有电抗特性的一面。
电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性。
一个电阻器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。
图2-l电阻器的高频等效电路(2)电容一个实际电容器的高频等效电路如图2-2(a)所示,其中RC 为损耗电阻,Lc 为引线电感。
容抗与频率的关系如图2-2(b )实线所示,其中f 为工作频率,f πω2=。
(a )电容器的高频等效电路(b )电容器的阻抗特性图2-2电容器的高频等效电路由介质隔开的两导体构成电容。
一个理想电容器的容抗为Cj ω1,电容器的容抗与频率的关系如图2-2(b )虚线所示,其中f 为工作频率,f πω2=。
(3)电感 理想高频电感器L 的感抗为L j ω,其中ω为工作角频率。
实际高频电感器存在分布电容和损耗电阻,自身谐振频率SRF 。
在SRF 上,高频电感阻抗的幅值最大,而相角为零,特性如图2-3所示。
图2-3高频电感器的自身谐振频率SRF2.1.2高频电路中的有源器件(1)二极管半导体二极管在高频电路中主要用在检波、调制、解调及混频等非线性变换电路中。
而变容二极管主要应用于压控振荡器、角度调制、角度解调及反馈控制电路中,如自动增益控制(AGC)、自动频率控制(AFC)、锁相环(PLL)等电路。
(2)晶体管与场效应管(FET)在高频电路中应用的晶体管仍然是双极型晶体管和各种场效应管,在外形结构方面有所不同。
高频晶体管有两大类型:一类是用作小信号放大的高频小功率管,对它们的主要要求是高增益和低噪声;另一类为高频功率管,其在高频工作时允许有较大管耗,且输出功率较大。
127.02ωωω-=∆高频电子线路重点第二章 选频网络一. 基本概念所谓选频(滤波),就是选出需要的频率分量和滤除不需要的频率分量。
电抗(X)=容抗( )+感抗(wL) 阻抗=电阻(R)+j 电抗 阻抗的模把阻抗看成虚数求模 二.串联谐振电路 1.谐振时,(电抗) ,电容、电感消失了,相角等于0,谐振频率: ,此时|Z|最小=R ,电流最大2.当w<w 0时,电流超前电压,相角小于0,X<0阻抗是容性;当w>w 0时,电压超前电流,相角大于0,X>0阻抗是感性;3.回路的品质因素数 (除R ),增大回路电阻,品质因数下降,谐振时,电感和电容两端的电位差大小等于外加电压的Q 倍,相位相反4.回路电流与谐振时回路电流之比 (幅频),品质因数越高,谐振时的电流越大,比值越大,曲线越尖,选频作用越明显,选择性越好5.失谐△w=w (再加电压的频率)-w 0(回路谐振频率),当w 和w 0很相近时, ,ξ=X/R=Q ×2△w/w 0是广义失谐,回路电流与谐振时回路电流之比6.当外加电压不变,w=w 1=w 2时,其值为1/√2,w 2-w 1为通频带,w 2,w 1为边界频率/半功率点,广义失谐为±17. ,品质因数越高,选择性越好,通频带越窄 8.通频带绝对值 通频带相对值 9.相位特性Q 越大,相位曲线在w 0处越陡峭10.能量关系电抗元件电感和电容不消耗外加电动势的能量,消耗能量的只有损耗电阻。
回路总瞬时储能 回路一个周期的损耗 , 表示回路或线圈中的损耗。
就能量关系而言,所谓“谐振”,是指:回路中储存的能量是不变的,只是在电感与电容之间相互转换;外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量,以维持回路的等幅振荡,而且谐振回路中电流最大。
11. 电源内阻与负载电阻的影响Q L 三. 并联谐振回路 1.一般无特殊说明都考虑wL>>R ,Z 反之w p =√[1/LC-(R/L)2]=1/√RC ·√1-Q2 2.Y(导纳)= 电导(G)= 电纳(B)= . 与串联不同 )1(CL ωω-010=-=C L X ωωLC 10=ωCR R L Q 001ωω==)(j 0)()(j 11ωψωωωωωe N Q =-+=Q702ωω=∆⋅21)(2=+=ξξN Q f f 0702=∆⋅Qf f 1207.0=∆ξωωωωψ arctan arctan 00-=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⋅-=Q ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+≈C L R C L ωω1j ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=C CR ω1j ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+L C LCRωω1j LCR ⎪⎭⎫ ⎝⎛-L C ωω1C ω1-+ –CV sLRI s C L R22222221cos 21sin 21sm sm sm V CQ t V CQ t V CQ w w w C L 22=+=+=ωω2sm 02sm 21π2121π2CQV R V w R⋅=⋅⋅=ωQCQV V CQ w w w R C L ⋅=⋅=+π2121π2212sm sm每周期耗能回路储能π2 =Q 所以RR R R Q LS 0=3.谐振时,回路谐振电阻R p= =Q p w p L=Q p/w p C4.品质因数(乘R p)5.当w<w p时,B>0导纳是感性;当w>w p时,B<0导纳是容性(看电纳)电感和电容支路的电流等于外加电流的Q倍,相位相反并联电阻减小品质因数下降通频带加宽,选择性变坏6.信号源内阻和负载电阻的影响由此看出,考虑信号源内阻及负载电阻后,品质因数下降,并联谐振回路的选择性变坏,通频带加宽。
大学高频电路知识点总结一、电路基本概念1.1 电路的定义电路是由电学元件(如电阻、电容、电感)和电气源(如电压源、电流源)按一定规律连接而成的结构,通过电学元件传递电流、电压和功率的一种物理结构。
1.2 电路的分类根据不同的连接方式和性质,电路可以分为串联电路、并联电路、混合电路等。
1.3 电路的基本定律基尔霍夫定律(节点电流定律和回路电压定律)和欧姆定律是电路分析和设计中的基本定律。
1.4 电路分析方法电路分析常用的方法包括节点分析法、回路分析法、等效电路分析法等。
二、高频电路的基础知识点2.1 电容和电感电容是存储电荷的器件,电感是存储能量的器件,它们在高频电路中扮演着重要的角色。
2.2 阻抗和复数在高频电路中,我们通常使用复数来描述电路元件的阻抗、电压和电流等。
2.3 传输线传输线是高频电路中的重要组成部分,其特性阻抗、传输功率等对电路性能有重要影响。
2.4 振荡电路振荡电路可以产生稳定的频率信号,是无线通信、射频识别等领域中必不可少的电路。
2.5 放大电路在高频电路中,放大电路能够放大信号,是无线通信、雷达等领域中的核心技术。
三、高频电路的分析和设计3.1 基本分析方法在高频电路中,基尔霍夫定律和欧姆定律依然适用,但在分析中需要考虑元件的频率特性。
3.2 传输线特性传输线的特性参数如特性阻抗、传输时间等需要在设计中进行考虑,影响信号的传输质量。
3.3 滤波器设计滤波器在高频电路中的应用非常广泛,包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
3.4 放大器设计高频放大器的设计需要考虑稳定性、频率响应、噪声等因素,是高频电路设计中的关键环节。
3.5 振荡器设计振荡器的设计需要考虑频率稳定性、谐波抑制等因素,对振荡器电路中的非线性元件的设计也有很高的要求。
四、高频电路的应用4.1 无线通信系统高频电路在无线通信系统中有着广泛的应用,包括射频放大器、混频器、频率合成器等。
4.2 雷达系统雷达系统是高频电路技术的典型应用,其核心技术包括高频信号的发射、接收、处理等。
高频电路知识点总结一、高频电路的基本概念高频电路是指工作频率在几百千赫兹至数吉赫兹范围内的电路,它们通常用于射频(射频)系统、通信系统、雷达系统等。
由于高频电路的工作频率很高,因此其特性和设计方法与低频电路有很大不同。
1、高频电路的特点(1)电压和电流的传输速度加快;(2)传输线的长度和电路尺寸相对较小;(3)传输线的电磁波特性需要考虑;(4)电缆损耗增大。
2、高频电路的设计要求(1)降低传输线的损耗;(2)减小串扰和反射;(3)提高电路的灵敏度和抗干扰能力;(4)提高电路的稳定性和可靠性。
二、高频电路的传输线在高频电路中,传输线的特性对系统的性能有着很大的影响,因此设计者需要充分了解和掌握传输线的特性。
1、传输线的特性(1)阻抗:传输线的特性阻抗随着工作频率的增加而改变,这意味着在高频电路中必须考虑传输线的阻抗匹配问题。
(2)传输速度:高频信号在传输线中的传输速度快于低频信号。
(3)色散:高频信号在传输线中会产生色散现象,导致不同频率的信号传播速度不同,需要进行补偿。
(4)损耗:传输线在高频下的损耗较大,特别是在微带线和同轴电缆中。
2、常见的传输线类型(1)同轴电缆:同轴电缆主要用于高频射频信号的传输,具有较好的屏蔽性能和抗干扰能力。
(2)微带线:微带线是常用的高频信号传输线路,其制作工艺简单、成本低廉、尺寸小,适合集成在集成电路板中。
(3)双平行线:双平行线具有低损耗和较高的阻抗稳定性,广泛应用于高频功率放大器和滤波器中。
三、高频电路的元件在高频电路中,元件的性能会影响整个电路的性能,因此需要选择合适的元件进行设计和应用。
1、适用于高频电路的元件(1)电阻器:在高频电路中,电阻器的频率响应特性、串扰和噪声等特性需要特别考虑,因此需要选择适合高频的电阻器进行应用。
(2)电容器:高频电路中常用的电容器包括表面贴装电容器、金属层电容器等,它们具有较小的等效串联电感和等效串联电阻,适合高频电路的应用。
第二章一.串联谐振回路1. 串联谐振电路的阻抗为1()Z r j L Cωω=+-,0ωω<时1L Cωω<回路呈现容性而0ωω>时1L Cωω>回路呈现感性,0ωω=时0X =、||Z r =且0φ=,电压电流同相位即回路呈现纯阻性,此时的回路发生了“谐振”; 2.谐振频率为0ω=;3. 品质因数定义为谐振时回路储能和耗能之比即001L Q rCrωω==; 4. 幅频特性||II 22001||1I I Q ωωωω=⇒⎛⎫+- ⎪⎝⎭在“小量失谐的情况下”可表示为0||1I I ≈=⎛+ ;5. 相频特性ωϕQ 值越大曲线越陡峭,线性范围越小0000001||arctan 1j I Ie Q I I jQ ϕωωϕωωωωωω⎛⎫=⋅=⇒=-- ⎪⎛⎫⎝⎭+- ⎪⎝⎭6. 将两个半功率点之间的带宽定义为串联回路的通频带00.7B Qω=。
二.并联谐振回路1. 并联谐振回路的阻抗为1()11()L r j L j C C Z r j L r j L j C Cωωωωωω+⋅=≈+++-,0ωω<时1L C ωω<回路呈现感性而0ωω>时1L C ωω>回路呈现容性,0ωω=时10C L ωω-=、||LZ rC=且0φ=,电压电流同相位即回路呈现纯阻性,回路发生“谐振”; 2.谐振频率为0ω=;3. 品质因数0000011L C Q rCr G LGωωωω====; 4. 幅频特性和相频特性与串联回路相同; 5. 通频带00.7B Qω=。
三.抽头并联回路1. 抽头电路具有阻抗变换和电源变换的作用即21.2.13.TT TR p RV pV I I p ⎧⎪=⎪⎪=⎨⎪⎪=⋅⎪⎩四. 耦合振荡回路1.临界耦合时双调谐回路的带宽为0.70B =; 2. 单调谐回路的矩形系数为9.95而双调谐回路的矩形系数为3.15。
五.石英晶体滤波器 1. 石英晶片的电路模型:C q C q L qr2.石英晶体的串联谐振频率为q ω=,并联谐振频率为q ωω;3. q ωω<或p ωω>时晶体为容性而q p ωωω<<时晶体为感性。
六.电子噪声1. 电阻热噪声的电压均方值为24n R U kTB =,电流均方值为24n G I kTB =;2. 电阻可看做电压源/电流源和理想电阻的组合:3. 电阻热噪声经线性网络后其输出功率谱密度为2()Uo Ui S H j S ω=;4. 晶体管散粒噪声的电流功率谱密度为0()2I S f qI =;5. 噪声系数定义为iF i o oS N S N N =; 6. 噪声系数的计算方法有:开路电压法2222oi i o o L F io o o p i io LoioU S N N N R N U S N K N U R U N =====、短路电流法2222i i o o o L Fo o p i i oioo io L S N N N I R NS N K N N I I I R =====和额定功率法11i i o o Fo o o i i p p ipS N N N kTB NS S N N N K kTB S K K ==⋅===⋅;7. 级联网络的噪声系数为321112(1)(1).....F F F p p p FN N K N N K K -+=-++。
RR (理想)E 2n =4kTBRGI 2n =4kTBG(a )(b)第三章一.高频小信号放大器1.高频小信号放大器处理的是“窄带信号”,输出端用滤波网络做负载;2. 分析高频小信号放大器时使用Y 参数等效模型:+-+-b V ⋅c ⋅-ce +bI ⋅cI ⋅c⋅''()b fe oe L bC feoe LbY U Y Y K U Y U Y Y U ⋅⋅⋅⋅-+-+=== 3.单调谐高频小信号放大器电路:L(a)R L(b)12312'213111()fe feo o c b c b oe L oe L Y p p Y U U U U K p p U U U U Y Y p Y Y -==⋅⋅=⋅⋅=-'++其中202211LL j C g p g j L Y p ωω+++'=• 电压放大倍数122022121122210212222102112221021()11()[()]feLoe feoe Lfeoe L oe feoe Lp p Y K j C g p g j L p Y p p p Y p Y j C g p g j Lp p Y p g g p g j p C C Lp p Y K p g g p g ωωωωωω=-++++ =-++++ =-++++-⇒=-++• 谐振频率011ω==• 带宽:00.7Lf B Q =• 矩形系数:0.19.95r K = 4.双调谐高频小信号放大器 •带宽:0.7B = • 矩形系数: 3.15r K = 5.多级放大器 • 单调谐* 电压放大倍数:12v v v vm K K K K ∑=⋅⋅*带宽:0.7LB Q ω=*矩形系数:0.10.7r B K B ==• 双调谐* 电压放大倍数:12v v v vm K K K K ∑=⋅⋅*带宽:0.70.7B B ∑=⋅*矩形系数:0.10.7r B K B ∑∑==二.高频功率放大器 1.工作原理Ri tωbeuu ti(cos )(cos )(cos cos )bb c m b bb m b m b bE E i g U t E E g U t g U t U ωωωθ'-'=-+=-=-max 1max 11m 0ax (cos cos ......)()()co c c c c co c cn cn c n I i I i a a i I I t t a I n I i ωωθθθ=⎧⎪=⎪=++⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⇒⎨ ⎪⎪=⎩ 经输出端并联谐振回路后1cos cos o c L c u I R t U t ωω==,集电极电压可表示为:1cos ce c o c c L u E u E I R t ω=-=-2. 能量关系 *输出功率:122111222c c o c c L L U P I U I R R ====* 总功率:0c c P I E == * 耗散功率:c o P P P ==- * 效率:1100111222o c c c c c cP I U U P I E E αθηγξαθ===⋅⋅=⋅⋅=()() 3.丙类功放的动态特性曲线'(cos )(cos cos )cos C m b b m b b CEc c i g U t E E g U t U E U t ωωθω=+-=-⎧⎨=- ⎩功放有3种工作状态即欠压状态、临界状态和过压状态。
4.外部特性* 负载特性* 振幅特性bU* 基极调制特性* 集电极调制特性第四章1. 反馈型振荡器由放大器和反馈网络2部分组成:2.振荡器的平衡条件:3.振荡器的起振条件:4.振荡器的稳定条件:或或5. 三点式振荡器的组成原则是“射同余异”6. 三点式振荡器由2种基本电路即电容反馈振荡器和电感反馈振荡器:7. 准确度指振荡器实际工作时的频率和标称频率之间的偏差,稳定度指在一定的时间间隔内振荡器实际频率的相对变化; 8. 、和是影响振荡器频率不稳定的3个主要因素;9. 石英晶体振荡器可分为并联晶体振荡器(石英晶体工作在串联和并联谐振频率之间,相当于一个电感并和其它电抗元件一同构成并联谐振回路)和串联晶体振荡器(工作在串联谐振频率附近,谐振时相当于一个低阻值的短路线)。
1()()()T j K j F j ωωω=⋅=12()T K F T j KF n ωϕϕϕπ⎧== ⎪⎨=+= ⎪⎩振幅平衡条件相位平衡条件1()()()T s K s F s =⋅>0i iAU U iTU =∂<∂0i iAU U iK U =∂<∂10T ωωϕω=∂<∂10L ωωϕω=∂<∂(a )C (b )33ω∆()fFϕϕ'∆+L Q ∆第五章1.频谱搬移电路的输出信号和输入信号频率不同(即产生了新的频率分量),因此必须采用非线性电路实现;2.寻求非线性曲线近似函数的方法很多(化无限项为有限项),如幂级数展开法(泰勒级数)、折线分析法、线性时变电路分析法:3.二极管频谱搬移电路()i t ()u t '22101()()()()()()()Q Q i t f U u f U u u t I t g t u t ≈+++⋅=+⋅()i t ()u t()i t ()u t 212()()[()()]D D i t g K t u t u t ω=+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------12222212222()cos cos3cos5(1)cos(21)235(21)n K t t t t n t n ωωωωωππππ+=+-+-⋅⋅⋅+--+⋅⋅⋅-212()L D K u i g t ω=21()()()o u t K t u t ω=-------------------------------------------------------------------212()()D L g K t i u t ω'=1222224444cos co ()s3cos5(1)cos(21)35(21)n t t t n t n K t ωωωωππωππ+-+-⋅⋅⋅+---'=+⋅⋅⋅---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------0()(1)tanh()2B Ao EE T u u i t I U u =+⋅0tanh()tanh()2()2B T o AT i t u u I u u =⋅第六章1. 标准调幅 • 时域表达式• 时域波形• 调制模型• 频谱()cos ()cos ()[1cos ]cos [1c ()[cos ]os ]c c s o o s A c c c c a c a AM c M c a c a cc c c u t U k U t u t U t U k u t U k U t u t U t t U t tt k Um U ωωωωΩΩΩΩ=⇒+=+Ω⇒⇒=+Ω=+=+ΩΩ• 带宽• 功率* 载波功率:* 边带功率: * 调制信号一个周期内的平均功率: * 载波一个周期内的平均功率: • 效率2. 抑制载波的双边带调幅 • 时域表达式• 时域波形max 2AM B f =22c Lc U P R =22s c m P P =⋅2(1)2av c s c P P P m P =+=+22max 2min (1)[1cos ](1)c c c P P m P m t P P P m =+⋅+Ω=-⎧=⇒⎨⎩2211(2)3s av m P m P m η====+()[1cos ]cos cos cos cos ()cos cos cos c ))o ((s c AM c c c c c c DSB c c c u t U m t t U t U m t t u t ku t u U m t t k t t t ωωωωωΩ=+Ω=+Ω⋅⇒⋅=⋅=Ω⋅=Ω• 调制模型• 频谱• 带宽: • 功率: • 效率: 3. 抑制载波的单边带调幅 • 时域表达式• 时域波形DSB AM B B =DSB s P P =100%η=^^[cos ()sin ()][cos ()sin ()]()()SSB SS c c c c B U t u u t u t t u t U t t t u t u t ωωωωΩΩΩΩ⋅-⋅⎧=⎪⎨⎪⎩⋅=⋅+上下• 调制模型• 频谱• 带宽: • 功率: • 效率:max SSB B f =SSB s P P =100%η=4.AM 调制电路• 高电平调制(功放电路)集电极调制时功放应工作在过压状态,基极调制时功放应工作在欠压状态。