第1章 高频无源网络分解.pptx

第 1 章高频无源网络 复旦大学电子工程系 陈光梦 高频电路基础 2017-3-31 高频电路基础 1 无源器件 集总参数器件 分布参数器件 { 传输线 波 导 电阻电容电感 适用频率高 适用频率低 2017-3-31 高频电路基础 2 集总参数无源器件的高频电特性 一个实际的电阻器、电容器或电感器，在低频时主要表现为电阻、电容或电感特性（标称特性）。 在高频使用时，由于分布参数的影响，这些器件不仅标称特性的参数会发生变化，而且还表现出标称特性所没有的阻抗特性。 这些由分布参数反映的特性就是器件的高频特性。 2017-3-31 高频电路基础 3 趋肤效应 在高频情况下，导线中的交流电流向导线表面集中，这一现象称为“趋肤效应”。当频率很高时，导线中心部位几乎完全没有电流流过，这相当于把圆导线的横截面积减小为圆环面积，所以信号频率越高，导线的等效电阻就越大。 例如，圆导线的趋肤深度为 其中： m 为磁导率（空气 = 4p×10-7）， s 为电导率。 2017-3-31 高频电路基础 4 金 铜 银 常见导电材料圆直导线的趋肤深度随频率的变化关系 2017-3-31 高频电路基础 5 分布电容 任何两个相邻的导体都具有分布电容。典型的分布电容值可用平板电容器近似： 其中：e =e0er为介电常数（e0 = 8.85×10-12）， S 为极板面积， d 为极板之间的距离， k 为考虑极板边缘效应的修正系数。 2017-3-31 高频电路基础 6 分布电感 任何导体都具有分布电感。 近似估计 （全部用国际单位制） 其中 m0=4p×10-7。 精确一些的估计 其中：d 为导线直径，D为圆环直径，x、y 为矩形边长（均为mm）。 2017-3-31 高频电路基础 7 例： 导线环，导线直径0.5mm，环直径20mm。 在低频情况下（假设 f =1kHz）: 在高频情况下（假设 f =100MHz）: 2017-3-31 高频电路基础 8 电容器的高频特性 一个实际的电容器除表现电容特性外，还具有损耗电阻和引线分布电感。其等效电路和阻抗特性如下图所示。由于引线分布电感的影响，实际电容器的阻抗在极高频率时有随频率增加而增加的现象。 当频率不是特别高时，通常可以忽略引线分布电感的影响，此时可等效为电容C与电阻R并联。 2017-3-31 高频电路基础 9 电感器（线圈）的高频特性 电感器（线圈）在高频频段除表现出电感 L 的特性外，还具有一定的损耗电阻 r 和分布电容C。与实际电容器的特性类似，由于分布电容的影响，在极高频率下其阻抗反而随频率上升而下降。 同样，当频率不是特别高时，通常可以忽略分布电容的影响，此时可等效为电感 L 和电阻 r 串联。 2017-3-31 高频电路基础 10 电阻器的高频特性 一个实际电阻器的两个端点之间存在分布电容，引线具有分布电感，所以其高频等效电路如下图所示，其中C为分布电容，L为分布电感，R为电阻。 2017-3-31 高频电路基础 11 在实际的高频电路中，常常采用表面贴装的器件封装形式。 由于表面贴装的器件将引脚缩至最小，所以有效地减小了器件的分布参数。 表面贴装的电阻器、电容器和电感器 2017-3-31 高频电路基础 12 电容器和电感线圈的Q值 品质因数（Q 值）的定义：无功功率与有功功率之比，即 只考虑电容器C 的损耗电阻R 时，其Q 值为： 只考虑电感线圈的损耗电阻r 时，其Q 值为： 通常情况下，电容器的Q值远高于电感线圈的Q值。 2017-3-31 高频电路基础 13 互感 同名端 or 次级感应电动势大小由互感M与初级电流变化率确定 次级感应电动势方向由两个线圈的绕向确定 2017-3-31 高频电路基础 14 互感电路的阻抗 其中： L1 和 L2 分别是互感电路原边和副边的线圈电感量（自感）； M是互感电路原边和副边之间的互感量。 节点方程（忽略电感的损耗电阻）： 2017-3-31 高频电路基础 15 解方程，从原边看进去的阻抗或导纳为： 其中 ：Z11 或 Y11 是变压器原边电感的电抗或电纳， Z12 或 Y12 是变压器副边电感和负载阻抗反射到原边的阻抗或导纳。其中反射阻抗Z12 与原边电感构成串联形式，反射导纳Y12与原边电感构成并联形式。 2017-3-31 高频电路基础 16 进一步分析反射阻抗，若 Z2 = R2 + jX2，则 反射电抗 X12 的负号表示次级回路的总