电子线路(第五版)课件.pptx

1、绪论绪论0.1非线性电子线路的作用非线性电子线路的作用0.2非线性器件的基本特点非线性器件的基本特点 0.3本课程的特点本课程的特点0.1非线性电子线路的作用非线性电子线路的作用一、线性电子电路与非线性电子电路一、线性电子电路与非线性电子电路 电子器件严格讲是非线性的，但依使用条件不同，表电子器件严格讲是非线性的，但依使用条件不同，表现的非线性程度不同。为此，有如下两种应用：现的非线性程度不同。为此，有如下两种应用：线性电路：线性电路：对信号进行处理时，尽量使用器件特性的对信号进行处理时，尽量使用器件特性的线性部分。电路基本是线性的，但存在不希望有的失真。线性部分。电路基本是线性的，但存在不希

2、望有的失真。非线性电路：非线性电路：对信号进行处理时，使用了器件特性的对信号进行处理时，使用了器件特性的非线性部分，利用器件的非线性完成振荡、频率变换等功非线性部分，利用器件的非线性完成振荡、频率变换等功能。能。器件特性与使用条件密切相关，例如：器件特性与使用条件密切相关，例如：小信号小信号条件下，输入信号小，在一定条件下电路可用条件下，输入信号小，在一定条件下电路可用线性线性等效电路表示，例如各种小信号放大器等效电路表示，例如各种小信号放大器(线性电子线线性电子线路路)中，器件的特性归属线性电子线路。中，器件的特性归属线性电子线路。大信号大信号条件下，输入信号大，必涉及器件的非线性部条件下，

3、输入信号大，必涉及器件的非线性部分，例如功率放大器。故不能用线性等效电路表示电子器分，例如功率放大器。故不能用线性等效电路表示电子器件的特征，而必须用非线性电路的分析方法。所以，功放件的特征，而必须用非线性电路的分析方法。所以，功放归属归属非线性非线性电子线路。电子线路。二、非线性电子线路在通信系统中的应用二、非线性电子线路在通信系统中的应用1通信系统的分类通信系统的分类 (1)有线通信系统：利用导线传送信息有线通信系统：利用导线传送信息(2)无线通信系统：利用电磁波传送信息无线通信系统：利用电磁波传送信息 (3)光纤通信系统：利用光导纤维传送信息光纤通信系统：利用光导纤维传送信息无线电通信发

4、展简史无线电通信发展简史 三个里程碑：三个里程碑：1907 Lee de forest1907 Lee de forest发明电子三极管发明电子三极管 1948 W.Shockley1948 W.Shockley发明晶体三极管发明晶体三极管 6060年代年代 集成电路、数字电路的出现集成电路、数字电路的出现原始手段原始手段烽火、旗语烽火、旗语有线通信有线通信电报（电报（1837 Morse1837 Morse）电话（电话（1876 Bell1876 Bell）无线通信无线通信电磁波的存在电磁波的存在1864 Maxwell1864 Maxwell（理论）（理论）1887 Hertz1887 H

5、ertz（实践）（实践）2无线通信系统无线通信系统图图 0-1-1无线无线通信系统的组成通信系统的组成 组成：组成：发射装置发射装置+接收装置接收装置+传输媒质传输媒质(1)发射装置发射装置 换能器：换能器：将被发将被发送的信息变换为电信号。送的信息变换为电信号。例例：话筒将声音变为电话筒将声音变为电信号。信号。将换能器输出的电信号变为强度足够的高将换能器输出的电信号变为强度足够的高频电振荡。频电振荡。发射机：发射机：无线通信系统的组成无线通信系统的组成 天线：天线：将高频电振荡变成将高频电振荡变成电磁波电磁波向传输媒质辐射。向传输媒质辐射。(2)接收装置接收装置 接收是发射的逆过程。接收是发

6、射的逆过程。接收天线：接收天线：高频电振荡高频电振荡 还还原原电信号电信号 接收机：接收机：将从空间接收的电磁波将从空间接收的电磁波 高频电振荡高频电振荡。换能器：换能器：将电信号将电信号 还还原原所传送信息所传送信息(3)传输媒体传输媒体电磁波电磁波电磁波传送方式，依据波长不同，可分为：电磁波传送方式，依据波长不同，可分为：长波长波、中波中波、短波短波、超短波超短波。表表 1各波段特点各波段特点波波 段段波长波长/m频率频率/MHz特特 点点说说 明明中、中、长波长波 200 1.5沿地表沿地表传播传播大地表面是导体，一部分电大地表面是导体，一部分电磁波会损耗掉，频率越高，磁波会损耗掉，频率

7、越高，损耗越大损耗越大短波短波10 2001.5 30靠电离靠电离层反射层反射传播传播电磁波一部分被吸收，另一电磁波一部分被吸收，另一部分被反射或折射到地面。部分被反射或折射到地面。频率越高，被吸收的能量越频率越高，被吸收的能量越小，但频率超过一定值，电小，但频率超过一定值，电磁波会穿过电离层，不再返磁波会穿过电离层，不再返回地面回地面超短波超短波 30沿空间沿空间直线直线传播传播地球表面是弯曲的，所以只地球表面是弯曲的，所以只能限制在视线范围内能限制在视线范围内波段（频段）波段（频段）符号符号波长范围波长范围频率范围频率范围应用范围应用范围超长波超长波（甚低频）（甚低频）VLF100000

8、10000m330KHz音频、电话、数据终端音频、电话、数据终端长波长波（低频）（低频）LF10000 1000m30300KHz电力线通信、海上导航电力线通信、海上导航中波中波（中频）（中频）MF1000 100m300KHz3MHzAM广播、业余无线电广播、业余无线电短波短波（高频）（高频）HF10010m330MHz短波广播、业余无线电短波广播、业余无线电超短波超短波（甚高频）（甚高频）VHF101m30300MHzFM广播、电视、导航、移广播、电视、导航、移动通信动通信分米波分米波（特高频）（特高频）UHF10.1m3003000MHzTV、遥控遥测、雷达、移、遥控遥测、雷达、移动通信

9、动通信厘米波厘米波（超高频）（超高频）SHF101cm330GHz微波通信、卫星通信、雷达微波通信、卫星通信、雷达毫米波毫米波（极高频）（极高频）EHF101mm30300GHz穿入大气层时的通信穿入大气层时的通信 无线电波的波（频）段划分表无线电波的波（频）段划分表 3G频段分配频段分配 中国电信中国电信（CDMA2000）：）：1920-1935MHz和和2110-2125MHz；中国移动中国移动（TD-SCDMA）：1880-1900MHz和和2010-2025MHz；中国联通中国联通(WCDMA)：1940-1955MHz和和2130-2145MHz。小灵通频段：小灵通频段：1880-

10、1920MHz1880-1920MHz 国内一般中波广播的波段为国内一般中波广播的波段为535KHz1605KHz，短波广播的波段为，短波广播的波段为224MHz，调频广播的波段为调频广播的波段为88108MHz。图图 0-1-2无线电波传播方式无线电波传播方式传播距离：传播距离：电离层电离层 地面地面 直线直线 3无线通信存在的问题无线通信存在的问题(1)接收信号微弱接收信号微弱 电磁波电磁波长长距距离离接收天线接收天线(2)存在干扰存在干扰例如其他电台的发射信号，各种工业、医学装置辐射例如其他电台的发射信号，各种工业、医学装置辐射电磁波，大气层、宇宙固有的电磁干扰等。电磁波，大气层、宇宙固

11、有的电磁干扰等。对接收装置的要求：增益高，选择性好。对接收装置的要求：增益高，选择性好。4解决方案解决方案 发射机发射机和和接收机接收机借助线性和非线性电子线路对携有信借助线性和非线性电子线路对携有信息的电信号进行变换和处理。除息的电信号进行变换和处理。除放大放大外，最主要有外，最主要有调制、调制、解调解调。(1)调制调制由携有信息的由携有信息的电信号电信号(如如音频信号音频信号)去控制高频振荡信去控制高频振荡信号的某一参数号的某一参数(如如振幅振幅)，使该参数按照电信号的规律而变，使该参数按照电信号的规律而变化化(调幅调幅)。调制信号：调制信号：携有信息的电信号。携有信息的电信号。载波信号：

12、载波信号：未调制的高频振荡信号。未调制的高频振荡信号。已调波：已调波：经过调制后的高频振荡信号。经过调制后的高频振荡信号。根据受控参数根据受控参数：调幅、调角：调幅、调角(调频、调相调频、调相)。(2)解调解调调制的逆过程，将已调波转换为载有信息的电信号。调制的逆过程，将已调波转换为载有信息的电信号。(3)调制的作用调制的作用 减小天线的尺寸。减小天线的尺寸。音频范围：音频范围：20 Hz 20 kHz，若若发射发射 100 Hz，波长波长 =c/f =3 000 km，天线至少几百千天线至少几百千米米。需减少波长，提高发射频率需减少波长，提高发射频率。选台。选台。将不同电台发送的信息分配到不

13、同频率的载将不同电台发送的信息分配到不同频率的载波信号上，使接收机可选择特定电台的信息而抑制其他电波信号上，使接收机可选择特定电台的信息而抑制其他电台发送的信息和各种干扰。台发送的信息和各种干扰。5调幅调幅发射机组成发射机组成图图 0-1-3调幅广播发射机的组成调幅广播发射机的组成调幅广播发射机的组成调幅广播发射机的组成各各部分作用：部分作用：(1)振荡器振荡器产生产生 fosc 的高频振荡信号，几十千赫以上。的高频振荡信号，几十千赫以上。(2)高频放大器高频放大器多级小信号谐振放大器，放大振荡信号，使频率倍增多级小信号谐振放大器，放大振荡信号，使频率倍增至至 fc，并提供足够大的载波功率。并

14、提供足够大的载波功率。(3)调制信号放大器调制信号放大器多级放大器，前几级为小信号放大器，放大微音器的多级放大器，前几级为小信号放大器，放大微音器的电信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。电信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。(4)振幅调制器振幅调制器实现调幅功能，将输入的载波信号和调制信号变换为实现调幅功能，将输入的载波信号和调制信号变换为所需的调幅波信号，并加到天线上。所需的调幅波信号，并加到天线上。6调幅接收机调幅接收机 图图 0-1-4调幅广播接收机的组成调幅广播接收机的组成调幅广播接收机的组成调幅广播接收机的组成(1)高频放大器高频放大器为小信号谐振放大器，作用：为小信

15、号谐振放大器，作用：选台选台。利用可调谐的谐振系统选出有用信号，抑制其利用可调谐的谐振系统选出有用信号，抑制其他频率的干扰信号。他频率的干扰信号。放大放大。放大选出的有用信号。放大选出的有用信号。(2)混频器混频器两路两路输入输入为：为：由高放级：由高放级：已调信号已调信号 fc。由由本机振荡器本机振荡器：本振信号本振信号 fL。作用：载波变频作用：载波变频将将已调信号已调信号的载波由的载波由 fc(高频高频)变换变换为为 fI(中频中频)，fI =|fc -fL|而调制波形不变。而调制波形不变。(3)本机振荡本机振荡 产生频率为产生频率为 fL=|fc+fI|(或或 fL=fc-fI)的高频

16、的高频等幅等幅振荡振荡信号。信号。fL 可调，并能跟踪可调，并能跟踪 fc。(4)中频放大器中频放大器为多级固定调谐的小信号放大器，作用：放大中频信号。为多级固定调谐的小信号放大器，作用：放大中频信号。(5)检波器检波器解调，从中频调幅波还原所传送的调制信号。解调，从中频调幅波还原所传送的调制信号。(6)低频放大器低频放大器小信号放大器小信号放大器 功率放大器，作用：放大调制信号，功率放大器，作用：放大调制信号，向扬声器提供所需的推动功率。向扬声器提供所需的推动功率。可见，有用信号在不可见，有用信号在不同频率上进行放大同频率上进行放大超超外外差差接收机接收机。特点：特点：解调电路前包括解调电路

17、前包括混频器、本机振荡、中频放大混频器、本机振荡、中频放大器器等。等。优点：优点：增益高，选择性好。增益高，选择性好。直接高放接收机：直接高放接收机：解调前仅包括高放，无解调前仅包括高放，无混频器、本混频器、本机振荡、中频放大器机振荡、中频放大器等，增益低，选择性差。等，增益低，选择性差。7其他通信系统其他通信系统 调频无线通信系统调频无线通信系统，发射机和接收机都包括上述各，发射机和接收机都包括上述各模块，区别主要在于模块，区别主要在于调制器调制器和和解调器解调器上。上。实现调制的模块实现调制的模块频率调制器频率调制器；实现解调的模块实现解调的模块频率检波器频率检波器或或鉴频器鉴频器。数字通

18、信系统数字通信系统，调制信号为，调制信号为数字信号数字信号，相应的调制，相应的调制为为数字调制数字调制。软件无线电软件无线电，用软件的方法实现通信系统中一部分，用软件的方法实现通信系统中一部分电路的功能，改变程序便可变更调制方式。电路的功能，改变程序便可变更调制方式。8小结小结(1)非线性电子线路讨论的范围非线性电子线路讨论的范围除小信号放大器以外的其他功能电路除小信号放大器以外的其他功能电路振荡器、功振荡器、功放、调制器、解调器、混频器、倍频器放、调制器、解调器、混频器、倍频器。(2)本课程讨论的内容本课程讨论的内容三类电路三类电路 功率放大电路功率放大电路在输入信号作用下，可将直流在输入信

19、号作用下，可将直流电源提供的部分功率转换为按输入信号规律变化的输出信电源提供的部分功率转换为按输入信号规律变化的输出信号功率，并使输出信号的功率大于输入信号的功率。号功率，并使输出信号的功率大于输入信号的功率。振荡电路振荡电路可在不加输入信号的情况下，稳定可在不加输入信号的情况下，稳定地产生特定频率或特定频率范围的正弦波振荡信号。地产生特定频率或特定频率范围的正弦波振荡信号。波形变换和频率变换电路波形变换和频率变换电路能在输入信号作用能在输入信号作用下产生与之波形和频谱不同的输出信号。包括：下产生与之波形和频谱不同的输出信号。包括：调制电路、调制电路、解调电路、混频电路解调电路、混频电路和和倍

20、频电路倍频电路。本课程将顺序学习这三类电路。本课程将顺序学习这三类电路。0.2非线性器件的基本特点非线性器件的基本特点非线性电子线路中，上述非线性电子线路中，上述三类三类功能的实现利用了器件功能的实现利用了器件的非线性特性，为此，有必要首先了解非线性器件的的非线性特性，为此，有必要首先了解非线性器件的基本基本特点特点(参数、控制变量、参数、控制变量、不能用不能用叠加定理叠加定理)。一、非线性器件特性的参数一、非线性器件特性的参数 主要有三个参数：主要有三个参数：直流参数直流参数适用于直流分析适用于直流分析 交流参数交流参数适用于频率变换电路的分析适用于频率变换电路的分析 平均参数平均参数适用于

21、功率放大和振荡电路的分析适用于功率放大和振荡电路的分析 i v图图 0-2-1例：非线性电阻：例：非线性电阻：直流电导（静态电导）直流电导（静态电导）定义定义：QQQ0VIg 意义：伏安特性曲线上任一点与原点意义：伏安特性曲线上任一点与原点之间连线的斜率，它表明直流电流与直流之间连线的斜率，它表明直流电流与直流电压间的依存关系。电压间的依存关系。特点：其值是特点：其值是 VQ(或或 IQ)的非线性函数。的非线性函数。应用：直流分析。应用：直流分析。交流电导（微变电导或增量电导）交流电导（微变电导或增量电导）定义定义：QQQddvivig 意义：伏安特性曲线上任一点的斜率，或该点上增量电流意义：

22、伏安特性曲线上任一点的斜率，或该点上增量电流与增量电压的比值，它表明增量电流与增量电压间的依存关系。与增量电压的比值，它表明增量电流与增量电压间的依存关系。特点：其值是特点：其值是 VQ(或或 IQ)的非线性函数。的非线性函数。应用：交流分析。应用：交流分析。平均电导平均电导图图 0-2-2在大信号作用下的在大信号作用下的电流波形电流波形定义：定义：当器件两端加余弦电压当器件两端加余弦电压 v=Vmcos t 时，时，因因特性的非线性，特性的非线性，流过器件的电流必为非余弦，将其流过器件的电流必为非余弦，将其按按傅傅里叶级数展开：里叶级数展开：+tItIIi 2coscos2m1m0则则平均电

23、导平均电导即为即为基波电流振幅基波电流振幅与与外加电压振幅外加电压振幅之比：之比：mm1,QavmVIgV 意义：反映意义：反映基波电流基波电流与与外加电压外加电压间的依存关系。间的依存关系。特点：其值是特点：其值是 VQ(或或 IQ)和和Vm 的非线性函数。的非线性函数。应应用：功放和振荡电路分析。用：功放和振荡电路分析。二、非线性器件特性的控制变量二、非线性器件特性的控制变量控制变量不同，非线性器件的特性也不同，故分析时控制变量不同，非线性器件的特性也不同，故分析时须注明它的须注明它的控制变量控制变量。1控制量不同，特性不同控制量不同，特性不同 i v图图 0-2-1例例 1：二极管：二极

24、管电压电压为控制量为控制量电流电流对电压呈对电压呈指指数数关系变化；关系变化；电流电流为控制量为控制量电压电压对电流呈对电流呈对对数数关系变化。关系变化。2特性为非单调时特性为非单调时多值和负值多值和负值例例 2：隧道二极管隧道二极管图图 0-2-3伏安特性曲线伏安特性曲线(1)控制变量控制变量电压：电压：电流为电流为单值单值电流：电流：电压为电压为多值多值 压控非线性器件压控非线性器件(2)直流电导直流电导 g0 0，在曲线上任一点均为正。在曲线上任一点均为正。(3)交流电导交流电导 g(a,b)0，即在即在 a、b 段为段为负电导负电导。器件特性的描述与控制变量有关，并可能出现负参数，器件

25、特性的描述与控制变量有关，并可能出现负参数，尤其特性非单调变化时尤其特性非单调变化时非线性与线性器件的重要区别。非线性与线性器件的重要区别。补充：隧道二极管特点：特点：PNPN结两边的结两边的P P区和区和N N区掺杂浓区掺杂浓度极高，空间电荷区极窄而且很倾度极高，空间电荷区极窄而且很倾斜，当正向电压超过起始电压后产斜，当正向电压超过起始电压后产生生负阻效应负阻效应，而反向由于空间电荷，而反向由于空间电荷区极窄，所以几乎稍有电压就发生区极窄，所以几乎稍有电压就发生齐纳击穿。主要用途是低噪声放大、齐纳击穿。主要用途是低噪声放大、振荡及超高速开关，例如负阻振荡振荡及超高速开关，例如负阻振荡器等器等

26、。图图 0-2-3伏安特性曲线伏安特性曲线图图0-2-3给出典型的隧道二极管伏安特性。在给出典型的隧道二极管伏安特性。在V 0 区域内，电流随电压单调上升。在区域内，电流随电压单调上升。在 V 0区域，电区域，电流随外加正的电压增加上升到峰值（流随外加正的电压增加上升到峰值（a点）以后，点）以后，随外加正向电压增加而减小，出现负阻现象。电流随外加正向电压增加而减小，出现负阻现象。电流降至谷值（降至谷值（b点点）后又随电压增大而上升。）后又随电压增大而上升。三、不满足叠加定理三、不满足叠加定理 若若 i=f(v)，v=v1+v2则则 i=f(v1+v2)但但 i f(v1)+f(v2)例例 i=

27、av2 v=v1+v2 22212122212avavvavavavi+注意，注意，i 中除体现两电压分别作用外，还包含两电压乘中除体现两电压分别作用外，还包含两电压乘积项产生的响应电流。若积项产生的响应电流。若 v1=V1mcos 1t，v2=V2mcos 2t，则则 i 中除出现中除出现 1，2 两分量外，还出现两电压乘积项产生两分量外，还出现两电压乘积项产生的角频率为的角频率为 1 2 的新频率分量。的新频率分量。出现新的频率成出现新的频率成分分 非线性电路非线性电路可以可以实现频率加、减实现频率加、减等更多电路功能。等更多电路功能。0.3本课程的特点本课程的特点1工程上采用近似分析法工

28、程上采用近似分析法 非线性器件物理特性复杂，需要解非线性方程或时变非线性器件物理特性复杂，需要解非线性方程或时变系数的线性微分方程。系数的线性微分方程。对策：对策：对器件数学模型和电路工作条件进行对器件数学模型和电路工作条件进行合理近似合理近似，用用近近似似分析方法分析方法获得具有实用意义的结果。获得具有实用意义的结果。2功能与电路形式多功能与电路形式多对策：对策：抓抓本质本质功能再多也是借助器件的非线性；功能再多也是借助器件的非线性；抓抓基本电路基本电路种类虽多，但都是在为数种类虽多，但都是在为数不多的基本电路上发展起来的。不多的基本电路上发展起来的。3重视实验环节，坚持理论联系实际重视实验

29、环节，坚持理论联系实际 本书内容安排的本书内容安排的三个层次三个层次：由电路功能的由电路功能的基本原理基本原理导出导出基本电路基本电路。合理近似，引出对电路的工程合理近似，引出对电路的工程近似分析近似分析。根据分析结果，提出对电路的设计原则及改进电路根据分析结果，提出对电路的设计原则及改进电路性能的基本途径。性能的基本途径。树立质量法制观念、提高全员质量意识。22.11.1822.11.18Friday,November 18,2022人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。21:57:4021:57:4021:5711/18/2022 9:57:40 PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦

30、绷。22.11.1821:57:4021:57Nov-2218-Nov-22加强交通建设管理，确保工程建设质量。21:57:4021:57:4021:57Friday,November 18,2022安全在于心细，事故出在麻痹。22.11.1822.11.1821:57:4021:57:40November 18,2022踏实肯干，努力奋斗。2022年11月18日下午9时57分22.11.1822.11.18追求至善凭技术开拓市场，凭管理增创效益，凭服务树立形象。2022年11月18日星期五下午9时57分40秒21:57:4022.11.18严格把控质量关，让生产更加有保障。2022年11月下

31、午9时57分22.11.1821:57November 18,2022作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2022年11月18日星期五21时57分40秒21:57:4018 November 2022好的事情马上就会到来，一切都是最好的安排。下午9时57分40秒下午9时57分21:57:4022.11.18一马当先，全员举绩，梅开二度，业绩保底。22.11.1822.11.1821:5721:57:4021:57:40Nov-22牢记安全之责，善谋安全之策，力务安全之实。2022年11月18日星期五21时57分40秒Friday,November 18,2022相信相信得力量。22.11.1820

32、22年11月18日星期五21时57分40秒22.11.18谢谢大家！谢谢大家！树立质量法制观念、提高全员质量意识。22.11.1822.11.18Friday,November 18,2022人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。21:57:4021:57:4021:5711/18/2022 9:57:40 PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。22.11.1821:57:4021:57Nov-2218-Nov-22加强交通建设管理，确保工程建设质量。21:57:4021:57:4021:57Friday,November 18,2022安全在于心细，事故出在麻痹。22.11.1822

33、.11.1821:57:4021:57:40November 18,2022踏实肯干，努力奋斗。2022年11月18日下午9时57分22.11.1822.11.18追求至善凭技术开拓市场，凭管理增创效益，凭服务树立形象。2022年11月18日星期五下午9时57分40秒21:57:4022.11.18严格把控质量关，让生产更加有保障。2022年11月下午9时57分22.11.1821:57November 18,2022作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2022年11月18日星期五21时57分40秒21:57:4018 November 2022好的事情马上就会到来，一切都是最好的安排。下午9时57分40秒下午9时57分21:57:4022.11.18一马当先，全员举绩，梅开二度，业绩保底。22.11.1822.11.1821:5721:57:4021:57:40Nov-22牢记安全之责，善谋安全之策，力务安全之实。2022年11月18日星期五21时57分40秒Friday,November 18,2022相信相信得力量。22.11.182022年11月18日星期五21时57分40秒22.11.18谢谢大家！谢谢大家！