电子线路(第五版)(1).ppt

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1、电子线路电子线路(第五版第五版)(1)2023/5/20电子线路(第五版)(1)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 电电子子器器件件严严格格讲讲是是非非线线性性的的，但但依依使使用用条条件件不不同同，表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，但存在不希望有的失真。非线性电路：非线性电路：对信号进行处理时，使

2、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：电子线路(第五版)(1)小小信信号号条条件件下下，输输入入信信号号小小，在在一一定定条条件件下下电电路路可可用用线线性性等等效效电电路路表表示示，例例如如各各种种小小信信号号放放大大器器(线线性性电电子子线线路路)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。大大信信号号条条件件下下，输输入入信信号号大大，必必涉涉及及器器件件的的非非线线性性部部分分，例例

3、如如功功率率放放大大器器。故故不不能能用用线线性性等等效效电电路路表表示示电电子子器器件件的的特特征征，而而必必须须用用非非线线性性电电路路的的分分析析方方法法。所所以以，功功放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电子线路(第五版)(1)无线电通信发展简史无线电通信发展简史三个

4、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.Shockley 1948 W.Shockley发明晶体三极管发明晶体三极管 60 60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 Hertz（实践）（实践）电

5、子线路(第五版)(1)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：将将被被发发送送的的信信息息变变换换为为电电信信号号。例例：话话筒筒将将声声音音变变为为电电信号。信号。将将换换能能器器输输出出的的电电信信号号变变为为强强度度足足够够的的高高频电振荡。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电子线路(第五版)(1)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

6、的逆过程。接收是发射的逆过程。接收天线：接收天线：高高频电频电振振荡荡电电信号信号 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：将将电电信号信号所所传传送信息送信息(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、中中波波、短波短波、超短波超短波。电子线路(第五版)(1)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大地地表表面面是是导导体体，一一部部分分电电磁磁波波会会损损耗耗掉

7、掉，频频率率越越高高，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电磁磁波波一一部部分分被被吸吸收收，另另一一部部分分被被反反射射或或折折射射到到地地面面。频频率率越越高高，被被吸吸收收的的能能量量越越小小，但但频频率率超超过过一一定定值值，电电磁磁波波会会穿穿过过电电离离层层，不不再再返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地球球表表面面是是弯弯曲曲的的，所所以以只只能限制在视线范围内能限制在视线范围内电子线路(第五版)(1)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

8、低频）VLF100000 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

9、、遥控遥测、雷达、移动通信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）段划分表电子线路(第五版)(1)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2130-21

10、45MHz。小灵通频段：小灵通频段：1880-1920MHz1880-1920MHz 电子线路(第五版)(1)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。电子线路(第五版)(1)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 电子线路(第五版)(1)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 电电磁波磁波接收天接收天线线(2)存在干扰存在干扰例例如如其其他他电电台台的的发发射射信信号号，

11、各各种种工工业业、医医学学装装置置辐辐射射电磁波，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 发发射射机机和和接接收收机机借借助助线线性性和和非非线线性性电电子子线线路路对对携携有有信信息息的的电电信信号号进进行行变变换换和和处处理理。除除放放大大外外，最最主主要要有有调调制制、解调解调。(1)调制调制由由携携有有信信息息的的电电信信号号(如如音音频频信信号号)去去控控制制高高频频振振荡荡信信号号的的某某一一参参数数(如如振振幅幅)，使使该该参参数数按按照照电电信信号号的的规规律

12、律而而变变化化(调幅调幅)。电子线路(第五版)(1)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：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 减减小小天天线线的的尺尺寸寸。音音频频范范围围：20 Hz 20 kHz，若若发发射射 100 Hz，波波长长 =c/f =3 000 km，天天线线至

13、至少少几几百百千千米米。需减少波长，提高发射频率。需减少波长，提高发射频率。选选台台。将将不不同同电电台台发发送送的的信信息息分分配配到到不不同同频频率率的的载载波波信信号号上上，使使接接收收机机可可选选择择特特定定电电台台的的信信息息而而抑抑制制其其他他电电台发送的信息和各种干扰。台发送的信息和各种干扰。电子线路(第五版)(1)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电子线路(第五版)(1)各部分作用：各部分作用：(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

14、上。(2)高频放大器高频放大器多多级级小小信信号号谐谐振振放放大大器器，放放大大振振荡荡信信号号，使使频频率率倍倍增增至至 fc，并提供足够大的载波功率。，并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多级级放放大大器器，前前几几级级为为小小信信号号放放大大器器，放放大大微微音音器器的的电电信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。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实现现调调幅幅功功能能，将将输输入入的的载载波波信信号号和和调调制制信信号号变变换换为为所所需的调幅波信号，并加到天线上。需的调幅波信号，并加到天线上。电子线路(第五版)(1)6

15、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电子线路(第五版)(1)(1)高频放大器高频放大器为小信号谐振放大器，作用：为小信号谐振放大器，作用：选选台台。利利用用可可调调谐谐的的谐谐振振系系统统选选出出有有用用信信号号，抑抑制制其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。电子线路(第五版)(1)(2)混频器混频器两路两路输输入入为：为：由高放级：由高放级：已已调调信号信号 fc。由由本机振本机振荡荡器器：本振信号本振信号 fL。作作用用：载载波波变变频频将将已已调调信信号号

16、的的载载波波由由 fc(高高频频)变变换换为为 fI(中频中频)，fI =|fc -fL|而调制波形不变。而调制波形不变。电子线路(第五版)(1)(3)本机振荡本机振荡 产产生生频频率率为为 fL=|fc +fI|(或或 fL=fc -fI)的的高高频频等等幅幅振振荡荡信号。信号。fL 可可调调，并能跟踪，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。电子线路(第五版)(1)(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

17、小信信号号放放大大器器 功功率率放放大大器器，作作用用：放放大大调调制制信信号号，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。电子线路(第五版)(1)可可见见，有有用用信信号号在在不不同同频频率率上上进进行行放放大大超超外外差差接收机接收机。特特点点：解解调调电电路路前前包包括括混混频频器器、本本机机振振荡荡、中中频频放放大大器器等。等。优点：优点：增益高，选择性好。增益高，选择性好。直直接接高高放放接接收收机机：解解调调前前仅仅包包括括高高放放，无无混混频频器器、本本机机振荡、中频放大器振荡、中频放大器等，增益低，选择性差。等，增益低，选择性差。电子线路(第五版)(1)7其他通信

18、系统其他通信系统 调调频频无无线线通通信信系系统统，发发射射机机和和接接收收机机都都包包括括上上述述各各模块，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。数数字字通通信信系系统统，调调制制信信号号为为数数字字信信号号，相相应应的的调调制制为为数字调制数字调制。软软件件无无线线电电，用用软软件件的的方方法法实实现现通通信信系系统统中中一一部部分分电路的功能，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

19、非线性电子线路讨论的范围除除小小信信号号放放大大器器以以外外的的其其他他功功能能电电路路振振荡荡器器、功功放放、调制器、解调器、混频器、倍频器调制器、解调器、混频器、倍频器。电子线路(第五版)(1)(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 功功率率放放大大电电路路在在输输入入信信号号作作用用下下，可可将将直直流流电电源源提提供供的的部部分分功功率率转转换换为为按按输输入入信信号号规规律律变变化化的的输输出出信信号功率，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。振振荡荡电电路路可可在在不不加加输输入入信信号号的的情情况况下下，稳稳定定地产生

20、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。波波形形变变换换和和频频率率变变换换电电路路能能在在输输入入信信号号作作用用下下产产生生与与之之波波形形和和频频谱谱不不同同的的输输出出信信号号。包包括括：调调制制电电路路、解调电路、混频电路解调电路、混频电路和和倍频电路倍频电路。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。电子线路(第五版)(1)0.2非线性器件的基本特点非线性器件的基本特点非非线线性性电电子子线线路路中中，上上述述三三类类功功能能的的实实现现利利用用了了器器件件的的非非线线性性特特性性，为为此此，有有必必要要首首先先了了解解非

21、非线线性性器器件件的的基基本本特点特点(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电子线路(第五版)(1)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：意意义义：伏伏安安特特性性曲曲线线上上任任一一点点与与原原点点之之间间连连线线的的斜斜率率，它它

22、表表明明直直流流电电流流与与直直流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：意意义义：伏伏安安特特性性曲曲线线上上任任一一点点的的斜斜率率，或或该该点点上上增增量量电电流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。电子线路(第五版)(1)平均电导平均电导

23、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定义义：当当器器件件两两端端加加余余弦弦电电压压 v=Vmcos t 时时，因因特特性性的的非非线线性性，流流过过器器件件的的电电流流必必为为非非余余弦弦，将将其其按按傅傅里叶里叶级级数展开：数展开：则则平平均均电电导导即即为为基基波波电电流流振振幅幅与与外加电压振幅外加电压振幅之比：之比：意意义义：反反映映基基波波电电流流与与外外加加电电压压间的依存关系。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。电子线路(第五版)(1)二

24、、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控制制变变量量不不同同，非非线线性性器器件件的的特特性性也也不不同同，故故分分析析时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：二极管电电压压为为控控制制量量电电流流对对电电压压呈呈指指数数关系变化；关系变化；电电流流为为控控制制量量电电压压对对电电流流呈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电子线路(第五版)(1)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：

25、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。器器件件特特性性的的描描述述与与控控制制变变量量有有关关，并并可可能能出出现现负负参参数数，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。电子线路(第五版)(1)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

26、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。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

27、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。电子线路(第五版)(1)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=av2 v=v1+v2 注注意意，i 中中除除体体现现两两电电压压分分别别作作用用外外，还还包包含含两两电电压压乘乘积积项项产产生生的的响响应应电电流流。若若 v1=V1mcos 1t，v2=V2mcos 2t，则则 i 中中除除出出现现 1，2 两两分分量量

28、外外，还还出出现现两两电电压压乘乘积积项项产产生生的的角频率为角频率为 1 2 的新频率分量。的新频率分量。出出现现新新的的频频率率成成分分 非非线线性性电电路路可可以以实实现现频频率率加加、减减等更多等更多电电路功能。路功能。电子线路(第五版)(1)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程上采用近似分析法 非非线线性性器器件件物物理理特特性性复复杂杂，需需要要解解非非线线性性方方程程或或时时变变系数的线性微分方程。系数的线性微分方程。对对策策：对对器器件件数数学学模模型型和和电电路路工工作作条条件件进进行行合合理理近近似似，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环节，坚持理论联系实际 电子线路(第五版)(1)演讲完毕，谢谢听讲!再见，see you again3rew3rew2023/5/20电子线路(第五版)(1)