電子線路(第五版)課件

緒論0.1非線性電子線路的作用0.2

非線性器件的基本特點(diǎn)

0.3

本課程的特點(diǎn)緒論0.1非線性電子線路的作用0.2非線性器件的基本特10.1非線性電子線路的作用一、線性電子電路與非線性電子電路

電子器件嚴(yán)格講是非線性的，但依使用條件不同，表現(xiàn)的非線性程度不同。為此，有如下兩種應(yīng)用：

線性電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，盡量使用器件特性的線性部分。電路基本是線性的，但存在不希望有的失真。

非線性電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，使用了器件特性的非線性部分，利用器件的非線性完成振蕩、頻率變換等功能。器件特性與使用條件密切相關(guān)，例如：0.1非線性電子線路的作用一、線性電子電路與非線性電子電路2

小信號(hào)條件下，輸入信號(hào)小，在一定條件下電路可用線性等效電路表示，例如各種小信號(hào)放大器(《線性電子線路》)中，器件的特性歸屬線性電子線路。

大信號(hào)條件下，輸入信號(hào)大，必涉及器件的非線性部分，例如功率放大器。故不能用線性等效電路表示電子器件的特征，而必須用非線性電路的分析方法。所以，功放歸屬非線性電子線路。二、非線性電子線路在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用1．通信系統(tǒng)的分類

(1)有線通信系統(tǒng)：利用導(dǎo)線傳送信息(2)無(wú)線通信系統(tǒng)：利用電磁波傳送信息(3)光纖通信系統(tǒng)：利用光導(dǎo)纖維傳送信息小信號(hào)條件下，輸入信號(hào)小，在一定條件下電路可用3無(wú)線電通信發(fā)展簡(jiǎn)史三個(gè)里程碑：①1907Leedeforest發(fā)明電子三極管②1948W.Shockley發(fā)明晶體三極管③60年代集成電路、數(shù)字電路的出現(xiàn)原始手段烽火、旗語(yǔ)有線通信電報(bào)（1837Morse）電話（1876Bell）無(wú)線通信電磁波的存在1864Maxwell（理論）1887Hertz（實(shí)踐）無(wú)線電通信發(fā)展簡(jiǎn)史三個(gè)里程碑：①1907Leedefo42．無(wú)線通信系統(tǒng)圖0-1-1無(wú)線通信系統(tǒng)的組成

組成：發(fā)射裝置+接收裝置+傳輸媒質(zhì)(1)

發(fā)射裝置

①換能器：將被發(fā)送的信息變換為電信號(hào)。例：話筒將聲音變?yōu)殡娦盘?hào)。將換能器輸出的電信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)度足夠的高頻電振蕩。②發(fā)射機(jī)：

無(wú)線通信系統(tǒng)的組成2．無(wú)線通信系統(tǒng)圖0-1-1無(wú)線通信系統(tǒng)的組成5③天線：將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。

(2)

接收裝置

接收是發(fā)射的逆過(guò)程。①接收天線：高頻電振蕩電信號(hào)②接收機(jī)：將從空間接收的電磁波高頻電振蕩。③換能器：將電信號(hào)所傳送信息

(3)傳輸媒體——電磁波

電磁波傳送方式，依據(jù)波長(zhǎng)不同，可分為：長(zhǎng)波、中波、短波、超短波。③天線：將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。(2)接6表1各波段特點(diǎn)波段波長(zhǎng)/m頻率/MHz特點(diǎn)說(shuō)明中、長(zhǎng)波>200<1.5沿地表傳播大地表面是導(dǎo)體，一部分電磁波會(huì)損耗掉，頻率越高，損耗越大短波10~2001.5~30靠電離層反射傳播電磁波一部分被吸收，另一部分被反射或折射到地面。頻率越高，被吸收的能量越小，但頻率超過(guò)一定值，電磁波會(huì)穿過(guò)電離層，不再返回地面超短波<10>30沿空間直線傳播地球表面是彎曲的，所以只能限制在視線范圍內(nèi)表1各波段特點(diǎn)波段波長(zhǎng)/m頻率/MHz特點(diǎn)說(shuō)7波段（頻段）符號(hào)波長(zhǎng)范圍頻率范圍應(yīng)用范圍超長(zhǎng)波（甚低頻）VLF100000～10000m3～30KHz音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長(zhǎng)波（低頻）LF10000～1000m30～300KHz電力線通信、海上導(dǎo)航中波（中頻）MF1000～100m300KHz～3MHzAM廣播、業(yè)余無(wú)線電短波（高頻）HF100～10m3～30MHz短波廣播、業(yè)余無(wú)線電超短波（甚高頻）VHF10～1m30～300MHzFM廣播、電視、導(dǎo)航、移動(dòng)通信分米波（特高頻）UHF1～0.1m300～3000MHzTV、遙控遙測(cè)、雷達(dá)、移動(dòng)通信厘米波（超高頻）SHF10～1cm3～30GHz微波通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)毫米波（極高頻）EHF10～1mm30～300GHz穿入大氣層時(shí)的通信

無(wú)線電波的波（頻）段劃分表波段（頻段）符號(hào)波長(zhǎng)范圍頻率范圍應(yīng)用范圍超長(zhǎng)波VLF100083G頻段分配中國(guó)電信（CDMA2000）：1920-1935MHz和2110-2125MHz；中國(guó)移動(dòng)（TD-SCDMA）

：1880-1900MHz和2010-2025MHz；中國(guó)聯(lián)通(WCDMA)：1940-1955MHz和2130-2145MHz。小靈通頻段：1880-1920MHz

3G頻段分配小靈通頻段：1880-1920MHz9國(guó)內(nèi)一般中波廣播的波段為535KHz～1605KHz，短波廣播的波段為2～24MHz，調(diào)頻廣播的波段為88～108MHz。國(guó)內(nèi)一般中波廣播的波段為535KHz～1605KHz，短波廣10圖0-1-2無(wú)線電波傳播方式傳播距離：電離層＞地面＞直線

圖0-1-2無(wú)線電波傳播方式傳播距離：電離層＞地面113．無(wú)線通信存在的問(wèn)題(1)接收信號(hào)微弱

電磁波接收天線(2)存在干擾例如其他電臺(tái)的發(fā)射信號(hào)，各種工業(yè)、醫(yī)學(xué)裝置輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾等。對(duì)接收裝置的要求：增益高，選擇性好。4．解決方案

發(fā)射機(jī)和接收機(jī)借助線性和非線性電子線路對(duì)攜有信息的電信號(hào)進(jìn)行變換和處理。除放大外，最主要有調(diào)制、解調(diào)。

(1)調(diào)制

由攜有信息的電信號(hào)(如音頻信號(hào))去控制高頻振蕩信號(hào)的某一參數(shù)(如振幅)，使該參數(shù)按照電信號(hào)的規(guī)律而變化(調(diào)幅)。

3．無(wú)線通信存在的問(wèn)題(1)接收信號(hào)微弱電磁波接收天線(212調(diào)制信號(hào)：攜有信息的電信號(hào)。

載波信號(hào)：未調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)。

已調(diào)波：經(jīng)過(guò)調(diào)制后的高頻振蕩信號(hào)。

根據(jù)受控參數(shù)：調(diào)幅、調(diào)角(調(diào)頻、調(diào)相)。

(2)解調(diào)調(diào)制的逆過(guò)程，將已調(diào)波轉(zhuǎn)換為載有信息的電信號(hào)。(3)調(diào)制的作用

①減小天線的尺寸。音頻范圍：20Hz~20kHz，若發(fā)射100Hz，波長(zhǎng)

=c

/f=3000

km，天線至少幾百千米。需減少波長(zhǎng)，提高發(fā)射頻率。

②選臺(tái)。將不同電臺(tái)發(fā)送的信息分配到不同頻率的載波信號(hào)上，使接收機(jī)可選擇特定電臺(tái)的信息而抑制其他電臺(tái)發(fā)送的信息和各種干擾。

調(diào)制信號(hào)：攜有信息的電信號(hào)。載波信號(hào)：未調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)135．調(diào)幅發(fā)射機(jī)組成圖0-1-3調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成5．調(diào)幅發(fā)射機(jī)組成圖0-1-3調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成調(diào)幅廣14各部分作用：

(1)振蕩器產(chǎn)生fosc

的高頻振蕩信號(hào)，幾十千赫以上。

(2)高頻放大器

多級(jí)小信號(hào)諧振放大器，放大振蕩信號(hào)，使頻率倍增至fc，并提供足夠大的載波功率。

(3)調(diào)制信號(hào)放大器

多級(jí)放大器，前幾級(jí)為小信號(hào)放大器，放大微音器的電信號(hào)；后幾級(jí)為功放，提供功率足夠的調(diào)制信號(hào)。

(4)振幅調(diào)制器

實(shí)現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)變換為所需的調(diào)幅波信號(hào)，并加到天線上。各部分作用：(1)振蕩器產(chǎn)生fosc的高頻振蕩信156．調(diào)幅接收機(jī)

圖0-1-4調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成6．調(diào)幅接收機(jī)圖0-1-4調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成調(diào)幅廣播16

(1)高頻放大器

為小信號(hào)諧振放大器，作用：

①

選臺(tái)。利用可調(diào)諧的諧振系統(tǒng)選出有用信號(hào)，抑制其他頻率的干擾信號(hào)。

②放大。放大選出的有用信號(hào)。(1)高頻放大器為小信號(hào)諧振放大器，作用：①17

(2)混頻器

兩路輸入為：

①

由高放級(jí)：已調(diào)信號(hào)fc

。

②由本機(jī)振蕩器：本振信號(hào)fL。

作用：載波變頻——將已調(diào)信號(hào)的載波由fc

(高頻)變換為fI(中頻)，

fI=|fc-fL

|而調(diào)制波形不變。(2)混頻器兩路輸入為：①由高放級(jí)：已調(diào)信18

(3)本機(jī)振蕩

產(chǎn)生頻率為fL=|fc+fI

|(或fL=fc-fI)的高頻等幅振蕩信號(hào)。fL可調(diào)，并能跟蹤fc。

(4)中頻放大器為多級(jí)固定調(diào)諧的小信號(hào)放大器，作用：放大中頻信號(hào)。(3)本機(jī)振蕩產(chǎn)生頻率為fL=|fc+f19

(5)檢波器解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原所傳送的調(diào)制信號(hào)。

(6)低頻放大器小信號(hào)放大器＋功率放大器，作用：放大調(diào)制信號(hào)，向揚(yáng)聲器提供所需的推動(dòng)功率。(5)檢波器解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原所傳送的調(diào)制信號(hào)。20可見(jiàn)，有用信號(hào)在不同頻率上進(jìn)行放大——超外差接收機(jī)。

特點(diǎn)：解調(diào)電路前包括混頻器、本機(jī)振蕩、中頻放大器等。

優(yōu)點(diǎn)：

增益高，選擇性好。

直接高放接收機(jī)：解調(diào)前僅包括高放，無(wú)混頻器、本機(jī)振蕩、中頻放大器等，增益低，選擇性差。

可見(jiàn)，有用信號(hào)在不同頻率上進(jìn)行放大——超外差接收機(jī)。217．其他通信系統(tǒng)

①調(diào)頻無(wú)線通信系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都包括上述各模塊，區(qū)別主要在于調(diào)制器和解調(diào)器上。實(shí)現(xiàn)調(diào)制的模塊——頻率調(diào)制器；實(shí)現(xiàn)解調(diào)的模塊——頻率檢波器或鑒頻器。

②數(shù)字通信系統(tǒng)，調(diào)制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)的調(diào)制為數(shù)字調(diào)制。

③軟件無(wú)線電，用軟件的方法實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中一部分電路的功能，改變程序便可變更調(diào)制方式。8．小結(jié)

(1)非線性電子線路討論的范圍除小信號(hào)放大器以外的其他功能電路——振蕩器、功放、調(diào)制器、解調(diào)器、混頻器、倍頻器。

7．其他通信系統(tǒng)①調(diào)頻無(wú)線通信系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都包22

(2)本課程討論的內(nèi)容——三類電路①功率放大電路——在輸入信號(hào)作用下，可將直流電源提供的部分功率轉(zhuǎn)換為按輸入信號(hào)規(guī)律變化的輸出信號(hào)功率，并使輸出信號(hào)的功率大于輸入信號(hào)的功率。

②振蕩電路——可在不加輸入信號(hào)的情況下，穩(wěn)定地產(chǎn)生特定頻率或特定頻率范圍的正弦波振蕩信號(hào)。③波形變換和頻率變換電路——能在輸入信號(hào)作用下產(chǎn)生與之波形和頻譜不同的輸出信號(hào)。包括：調(diào)制電路、解調(diào)電路、混頻電路和倍頻電路。本課程將順序?qū)W習(xí)這三類電路。(2)本課程討論的內(nèi)容——三類電路①功率放大電路——230.2

非線性器件的基本特點(diǎn)非線性電子線路中，上述三類功能的實(shí)現(xiàn)利用了器件的非線性特性，為此，有必要首先了解非線性器件的基本特點(diǎn)(參數(shù)、控制變量、不能用疊加定理)。一、非線性器件特性的參數(shù)

主要有三個(gè)參數(shù)：①直流參數(shù)適用于直流分析②交流參數(shù)適用于頻率變換電路的分析③平均參數(shù)適用于功率放大和振蕩電路的分析0.2非線性器件的基本特點(diǎn)非線性電子線路中，上述三類功24iv圖0-2-1例：非線性電阻：①直流電導(dǎo)（靜態(tài)電導(dǎo)）定義：

意義：伏安特性曲線上任一點(diǎn)與原點(diǎn)之間連線的斜率，它表明直流電流與直流電壓間的依存關(guān)系。特點(diǎn)：其值是

VQ(或IQ)

的非線性函數(shù)。應(yīng)用：直流分析。②交流電導(dǎo)（微變電導(dǎo)或增量電導(dǎo)）定義：

意義：伏安特性曲線上任一點(diǎn)的斜率，或該點(diǎn)上增量電流與增量電壓的比值，它表明增量電流與增量電壓間的依存關(guān)系。特點(diǎn)：其值是

VQ(或IQ)的非線性函數(shù)。應(yīng)用：交流分析。iv圖0-2-1例：非線性電阻：①直流電導(dǎo)（靜態(tài)電導(dǎo)25③

平均電導(dǎo)圖0-2-2在大信號(hào)作用下的電流波形定義：當(dāng)器件兩端加余弦電壓v=Vmcost

時(shí)，因特性的非線性，流過(guò)器件的電流必為非余弦，將其按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)：則平均電導(dǎo)即為基波電流振幅與外加電壓振幅之比：

意義：反映基波電流與外加電壓間的依存關(guān)系。特點(diǎn)：其值是

VQ(或IQ)和Vm

的非線性函數(shù)。

應(yīng)用：功放和振蕩電路分析。③平均電導(dǎo)圖0-2-2在大信號(hào)作用下的定義：當(dāng)器件26二、非線性器件特性的控制變量控制變量不同，非線性器件的特性也不同，故分析時(shí)須注明它的控制變量。1．控制量不同，特性不同iv圖0-2-1

例1：二極管

電壓為控制量——電流對(duì)電壓呈指數(shù)關(guān)系變化；

電流為控制量——電壓對(duì)電流呈對(duì)數(shù)關(guān)系變化。2．特性為非單調(diào)時(shí)——多值和負(fù)值二、非線性器件特性的控制變量控制變量不同，非線性器件的特27例2

：隧道二極管圖0-2-3伏安特性曲線(1)控制變量電壓：電流為單值電流：電壓為多值

——壓控非線性器件(2)直流電導(dǎo)

g0＞0，在曲線上任一點(diǎn)均為正。(3)交流電導(dǎo)

g(a,b)<0，即在

a、b

段為負(fù)電導(dǎo)。

器件特性的描述與控制變量有關(guān)，并可能出現(xiàn)負(fù)參數(shù)，尤其特性非單調(diào)變化時(shí)——非線性與線性器件的重要區(qū)別。例2：隧道二極管圖0-2-3伏安特性曲線(1)控制變28補(bǔ)充：隧道二極管特點(diǎn)：PN結(jié)兩邊的P區(qū)和N區(qū)摻雜濃度極高，空間電荷區(qū)極窄而且很傾斜，當(dāng)正向電壓超過(guò)起始電壓后產(chǎn)生負(fù)阻效應(yīng)，而反向由于空間電荷區(qū)極窄，所以幾乎稍有電壓就發(fā)生齊納擊穿。主要用途是低噪聲放大、振蕩及超高速開(kāi)關(guān)，例如負(fù)阻振蕩器等。圖0-2-3伏安特性曲線圖0-2-3給出典型的隧道二極管伏安特性。在V

<0區(qū)域內(nèi)，電流隨電壓?jiǎn)握{(diào)上升。在V

＞0區(qū)域，電流隨外加正的電壓增加上升到峰值（a點(diǎn)）以后，隨外加正向電壓增加而減小，出現(xiàn)負(fù)阻現(xiàn)象。電流降至谷值（b點(diǎn)）后又隨電壓增大而上升。補(bǔ)充：隧道二極管特點(diǎn)：PN結(jié)兩邊的P區(qū)和N區(qū)摻雜濃度極高，空29三、不滿足疊加定理若

i=f(v)，v=v1+v2則

i=f(v1+v2)

但i

f(v1)+f(v2)例

i=av2

v=v1+v2

注意，i中除體現(xiàn)兩電壓分別作用外，還包含兩電壓乘積項(xiàng)產(chǎn)生的響應(yīng)電流。若v1=V1mcos1t，v2=V2mcos2t，則i中除出現(xiàn)1，2兩分量外，還出現(xiàn)兩電壓乘積項(xiàng)產(chǎn)生的角頻率為12的新頻率分量。

出現(xiàn)新的頻率成分

非線性電路可以實(shí)現(xiàn)頻率加、減等更多電路功能。

三、不滿足疊加定理若i=f(300.3

本課程的特點(diǎn)1．工程上采用近似分析法

非線性器件物理特性復(fù)雜，需要解非線性方程或時(shí)變系數(shù)的線性微分方程。

對(duì)策：對(duì)器件數(shù)學(xué)模型和電路工作條件進(jìn)行合理近似，用近似分析方法獲得具有實(shí)用意義的結(jié)果。2．功能與電路形式多

對(duì)策：抓本質(zhì)——功能再多也是借助器件的非線性；抓基本電路——種類雖多，但都是在為數(shù)不多的基本電路上發(fā)展起來(lái)的。3．重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際0.3本課程的特點(diǎn)1．工程上采用近似分析法非線性器件31本書內(nèi)容安排的三個(gè)層次：

①由電路功能的基本原理導(dǎo)出基本電路。

②合理近似，引出對(duì)電路的工程近似分析。

③根據(jù)分析結(jié)果，提出對(duì)電路的設(shè)計(jì)原則及改進(jìn)電路性能的基本途徑。本書內(nèi)容安排的三個(gè)層次：①由電路功能的基本原理導(dǎo)出基本電32樹(shù)立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。11月-2211月-22Saturday,November5,2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。00:13:1000:13:1000:1311/5/202212:13:10AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。11月-2200:13:1000:13Nov-2205-Nov-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。00:13:1000:13:1000:13Saturday,November5,2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。11月-2211月-2200:13:1000:13:10November5,2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年11月5日12:13上午11月-2211月-22追求至善憑技術(shù)開(kāi)拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹(shù)立形象。05十一月202212:13:10上午00:13:1011月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十一月2212:13上午11月-2200:13November5,2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/11/50:13:1000:13:1005November2022好的事情馬上就會(huì)到來(lái)，一切都是最好的安排。12:13:10上午12:13上午00:13:1011月-22一馬當(dāng)先，全員舉績(jī)，梅開(kāi)二度，業(yè)績(jī)保底。11月-2211月-2200:1300:13:1000:13:10Nov-22牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2022/11/50:13:10Saturday,November5,2022相信相信得力量。11月-222022/11/50:13:1011月-22謝謝大家！樹(shù)立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。11月-2211月-2233樹(shù)立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。11月-2211月-22Saturday,November5,2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。00:13:1000:13:1000:1311/5/202212:13:10AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。11月-2200:13:1000:13Nov-2205-Nov-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。00:13:1000:13:1000:13Saturday,November5,2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。11月-2211月-2200:13:1000:13:10November5,2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年11月5日12:13上午11月-2211月-22追求至善憑技術(shù)開(kāi)拓市場(chǎng)，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹(shù)立形象。05十一月202212:13:10上午00:13:1011月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十一月2212:13上午11月-2200:13November5,2022作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2022/11/50:13:1000:13:1005November2022好的事情馬上就會(huì)到來(lái)，一切都是最好的安排。12:13:10上午12:13上午00:13:1011月-22一馬當(dāng)先，全員舉績(jī)，梅開(kāi)二度，業(yè)績(jī)保底。11月-2211月-2200:1300:13:1000:13:10Nov-22牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2022/11/50:13:10Saturday,November5,2022相信相信得力量。11月-222022/11/50:13:1011月-22謝謝大家！樹(shù)立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。11月-2211月-2234緒論0.1非線性電子線路的作用0.2

非線性器件的基本特點(diǎn)

0.3

本課程的特點(diǎn)緒論0.1非線性電子線路的作用0.2非線性器件的基本特350.1非線性電子線路的作用一、線性電子電路與非線性電子電路

電子器件嚴(yán)格講是非線性的，但依使用條件不同，表現(xiàn)的非線性程度不同。為此，有如下兩種應(yīng)用：

線性電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，盡量使用器件特性的線性部分。電路基本是線性的，但存在不希望有的失真。

非線性電路：對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，使用了器件特性的非線性部分，利用器件的非線性完成振蕩、頻率變換等功能。器件特性與使用條件密切相關(guān)，例如：0.1非線性電子線路的作用一、線性電子電路與非線性電子電路36

小信號(hào)條件下，輸入信號(hào)小，在一定條件下電路可用線性等效電路表示，例如各種小信號(hào)放大器(《線性電子線路》)中，器件的特性歸屬線性電子線路。

大信號(hào)條件下，輸入信號(hào)大，必涉及器件的非線性部分，例如功率放大器。故不能用線性等效電路表示電子器件的特征，而必須用非線性電路的分析方法。所以，功放歸屬非線性電子線路。二、非線性電子線路在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用1．通信系統(tǒng)的分類

(1)有線通信系統(tǒng)：利用導(dǎo)線傳送信息(2)無(wú)線通信系統(tǒng)：利用電磁波傳送信息(3)光纖通信系統(tǒng)：利用光導(dǎo)纖維傳送信息小信號(hào)條件下，輸入信號(hào)小，在一定條件下電路可用37無(wú)線電通信發(fā)展簡(jiǎn)史三個(gè)里程碑：①1907Leedeforest發(fā)明電子三極管②1948W.Shockley發(fā)明晶體三極管③60年代集成電路、數(shù)字電路的出現(xiàn)原始手段烽火、旗語(yǔ)有線通信電報(bào)（1837Morse）電話（1876Bell）無(wú)線通信電磁波的存在1864Maxwell（理論）1887Hertz（實(shí)踐）無(wú)線電通信發(fā)展簡(jiǎn)史三個(gè)里程碑：①1907Leedefo382．無(wú)線通信系統(tǒng)圖0-1-1無(wú)線通信系統(tǒng)的組成

組成：發(fā)射裝置+接收裝置+傳輸媒質(zhì)(1)

發(fā)射裝置

①換能器：將被發(fā)送的信息變換為電信號(hào)。例：話筒將聲音變?yōu)殡娦盘?hào)。將換能器輸出的電信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)度足夠的高頻電振蕩。②發(fā)射機(jī)：

無(wú)線通信系統(tǒng)的組成2．無(wú)線通信系統(tǒng)圖0-1-1無(wú)線通信系統(tǒng)的組成39③天線：將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。

(2)

接收裝置

接收是發(fā)射的逆過(guò)程。①接收天線：高頻電振蕩電信號(hào)②接收機(jī)：將從空間接收的電磁波高頻電振蕩。③換能器：將電信號(hào)所傳送信息

(3)傳輸媒體——電磁波

電磁波傳送方式，依據(jù)波長(zhǎng)不同，可分為：長(zhǎng)波、中波、短波、超短波。③天線：將高頻電振蕩變成電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。(2)接40表1各波段特點(diǎn)波段波長(zhǎng)/m頻率/MHz特點(diǎn)說(shuō)明中、長(zhǎng)波>200<1.5沿地表傳播大地表面是導(dǎo)體，一部分電磁波會(huì)損耗掉，頻率越高，損耗越大短波10~2001.5~30靠電離層反射傳播電磁波一部分被吸收，另一部分被反射或折射到地面。頻率越高，被吸收的能量越小，但頻率超過(guò)一定值，電磁波會(huì)穿過(guò)電離層，不再返回地面超短波<10>30沿空間直線傳播地球表面是彎曲的，所以只能限制在視線范圍內(nèi)表1各波段特點(diǎn)波段波長(zhǎng)/m頻率/MHz特點(diǎn)說(shuō)41波段（頻段）符號(hào)波長(zhǎng)范圍頻率范圍應(yīng)用范圍超長(zhǎng)波（甚低頻）VLF100000～10000m3～30KHz音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長(zhǎng)波（低頻）LF10000～1000m30～300KHz電力線通信、海上導(dǎo)航中波（中頻）MF1000～100m300KHz～3MHzAM廣播、業(yè)余無(wú)線電短波（高頻）HF100～10m3～30MHz短波廣播、業(yè)余無(wú)線電超短波（甚高頻）VHF10～1m30～300MHzFM廣播、電視、導(dǎo)航、移動(dòng)通信分米波（特高頻）UHF1～0.1m300～3000MHzTV、遙控遙測(cè)、雷達(dá)、移動(dòng)通信厘米波（超高頻）SHF10～1cm3～30GHz微波通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)毫米波（極高頻）EHF10～1mm30～300GHz穿入大氣層時(shí)的通信

無(wú)線電波的波（頻）段劃分表波段（頻段）符號(hào)波長(zhǎng)范圍頻率范圍應(yīng)用范圍超長(zhǎng)波VLF1000423G頻段分配中國(guó)電信（CDMA2000）：1920-1935MHz和2110-2125MHz；中國(guó)移動(dòng)（TD-SCDMA）

：1880-1900MHz和2010-2025MHz；中國(guó)聯(lián)通(WCDMA)：1940-1955MHz和2130-2145MHz。小靈通頻段：1880-1920MHz

3G頻段分配小靈通頻段：1880-1920MHz43國(guó)內(nèi)一般中波廣播的波段為535KHz～1605KHz，短波廣播的波段為2～24MHz，調(diào)頻廣播的波段為88～108MHz。國(guó)內(nèi)一般中波廣播的波段為535KHz～1605KHz，短波廣44圖0-1-2無(wú)線電波傳播方式傳播距離：電離層＞地面＞直線

圖0-1-2無(wú)線電波傳播方式傳播距離：電離層＞地面453．無(wú)線通信存在的問(wèn)題(1)接收信號(hào)微弱

電磁波接收天線(2)存在干擾例如其他電臺(tái)的發(fā)射信號(hào)，各種工業(yè)、醫(yī)學(xué)裝置輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾等。對(duì)接收裝置的要求：增益高，選擇性好。4．解決方案

發(fā)射機(jī)和接收機(jī)借助線性和非線性電子線路對(duì)攜有信息的電信號(hào)進(jìn)行變換和處理。除放大外，最主要有調(diào)制、解調(diào)。

(1)調(diào)制

由攜有信息的電信號(hào)(如音頻信號(hào))去控制高頻振蕩信號(hào)的某一參數(shù)(如振幅)，使該參數(shù)按照電信號(hào)的規(guī)律而變化(調(diào)幅)。

3．無(wú)線通信存在的問(wèn)題(1)接收信號(hào)微弱電磁波接收天線(246調(diào)制信號(hào)：攜有信息的電信號(hào)。

載波信號(hào)：未調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)。

已調(diào)波：經(jīng)過(guò)調(diào)制后的高頻振蕩信號(hào)。

根據(jù)受控參數(shù)：調(diào)幅、調(diào)角(調(diào)頻、調(diào)相)。

(2)解調(diào)調(diào)制的逆過(guò)程，將已調(diào)波轉(zhuǎn)換為載有信息的電信號(hào)。(3)調(diào)制的作用

①減小天線的尺寸。音頻范圍：20Hz~20kHz，若發(fā)射100Hz，波長(zhǎng)

=c

/f=3000

km，天線至少幾百千米。需減少波長(zhǎng)，提高發(fā)射頻率。

②選臺(tái)。將不同電臺(tái)發(fā)送的信息分配到不同頻率的載波信號(hào)上，使接收機(jī)可選擇特定電臺(tái)的信息而抑制其他電臺(tái)發(fā)送的信息和各種干擾。

調(diào)制信號(hào)：攜有信息的電信號(hào)。載波信號(hào)：未調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)475．調(diào)幅發(fā)射機(jī)組成圖0-1-3調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成5．調(diào)幅發(fā)射機(jī)組成圖0-1-3調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成調(diào)幅廣48各部分作用：

(1)振蕩器產(chǎn)生fosc

的高頻振蕩信號(hào)，幾十千赫以上。

(2)高頻放大器

多級(jí)小信號(hào)諧振放大器，放大振蕩信號(hào)，使頻率倍增至fc，并提供足夠大的載波功率。

(3)調(diào)制信號(hào)放大器

多級(jí)放大器，前幾級(jí)為小信號(hào)放大器，放大微音器的電信號(hào)；后幾級(jí)為功放，提供功率足夠的調(diào)制信號(hào)。

(4)振幅調(diào)制器

實(shí)現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)變換為所需的調(diào)幅波信號(hào)，并加到天線上。各部分作用：(1)振蕩器產(chǎn)生fosc的高頻振蕩信496．調(diào)幅接收機(jī)

圖0-1-4調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成6．調(diào)幅接收機(jī)圖0-1-4調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成調(diào)幅廣播50

(1)高頻放大器

為小信號(hào)諧振放大器，作用：

①

選臺(tái)。利用可調(diào)諧的諧振系統(tǒng)選出有用信號(hào)，抑制其他頻率的干擾信號(hào)。

②放大。放大選出的有用信號(hào)。(1)高頻放大器為小信號(hào)諧振放大器，作用：①51

(2)混頻器

兩路輸入為：

①

由高放級(jí)：已調(diào)信號(hào)fc

。

②由本機(jī)振蕩器：本振信號(hào)fL。

作用：載波變頻——將已調(diào)信號(hào)的載波由fc

(高頻)變換為fI(中頻)，

fI=|fc-fL

|而調(diào)制波形不變。(2)混頻器兩路輸入為：①由高放級(jí)：已調(diào)信52

(3)本機(jī)振蕩

產(chǎn)生頻率為fL=|fc+fI

|(或fL=fc-fI)的高頻等幅振蕩信號(hào)。fL可調(diào)，并能跟蹤fc。

(4)中頻放大器為多級(jí)固定調(diào)諧的小信號(hào)放大器，作用：放大中頻信號(hào)。(3)本機(jī)振蕩產(chǎn)生頻率為fL=|fc+f53

(5)檢波器解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原所傳送的調(diào)制信號(hào)。

(6)低頻放大器小信號(hào)放大器＋功率放大器，作用：放大調(diào)制信號(hào)，向揚(yáng)聲器提供所需的推動(dòng)功率。(5)檢波器解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原所傳送的調(diào)制信號(hào)。54可見(jiàn)，有用信號(hào)在不同頻率上進(jìn)行放大——超外差接收機(jī)。

特點(diǎn)：解調(diào)電路前包括混頻器、本機(jī)振蕩、中頻放大器等。

優(yōu)點(diǎn)：

增益高，選擇性好。

直接高放接收機(jī)：解調(diào)前僅包括高放，無(wú)混頻器、本機(jī)振蕩、中頻放大器等，增益低，選擇性差。

可見(jiàn)，有用信號(hào)在不同頻率上進(jìn)行放大——超外差接收機(jī)。557．其他通信系統(tǒng)

①調(diào)頻無(wú)線通信系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都包括上述各模塊，區(qū)別主要在于調(diào)制器和解調(diào)器上。實(shí)現(xiàn)調(diào)制的模塊——頻率調(diào)制器；實(shí)現(xiàn)解調(diào)的模塊——頻率檢波器或鑒頻器。

②數(shù)字通信系統(tǒng)，調(diào)制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)的調(diào)制為數(shù)字調(diào)制。

③軟件無(wú)線電，用軟件的方法實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)中一部分電路的功能，改變程序便可變更調(diào)制方式。8．小結(jié)

(1)非線性電子線路討論的范圍除小信號(hào)放大器以外的其他功能電路——振蕩器、功放、調(diào)制器、解調(diào)器、混頻器、倍頻器。

7．其他通信系統(tǒng)①調(diào)頻無(wú)線通信系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都包56

(2)本課程討論的內(nèi)容——三類電路①功率放大電路——在輸入信號(hào)作用下，可將直流電源提供的部分功率轉(zhuǎn)換為按輸入信號(hào)規(guī)律變化的輸出信號(hào)功率，并使輸出信號(hào)的功率大于輸入信號(hào)的功率。

②振蕩電路——可在不加輸入信號(hào)的情況下，穩(wěn)定地產(chǎn)生特定頻率或特定頻率范圍的正弦波振蕩信號(hào)。③波形變換和頻率變換電路——能在輸入信號(hào)作用下產(chǎn)生與之波形和頻譜不同的輸出信號(hào)。包括：調(diào)制電路、解調(diào)電路、混頻電路和倍頻電路。本課程將順序?qū)W習(xí)這三類電路。(2)本課程討論的內(nèi)容——三類電路①功率放大電路——570.2

非線性器件的基本特點(diǎn)非線性電子線路中，上述三類功能的實(shí)現(xiàn)利用了器件的非線性特性，為此，有必要首先了解非線性器件的基本特點(diǎn)(參數(shù)、控制變量、不能用疊加定理)。一、非線性器件特性的參數(shù)

主要有三個(gè)參數(shù)：①直流參數(shù)適用于直流分析②交流參數(shù)適用于頻率變換電路的分析③平均參數(shù)適用于功率放大和振蕩電路的分析0.2非線性器件的基本特點(diǎn)非線性電子線路中，上述三類功58iv圖0-2-1例：非線性電阻：①直流電導(dǎo)（靜態(tài)電導(dǎo)）定義：

意義：伏安特性曲線上任一點(diǎn)與原點(diǎn)之間連線的斜率，它表明直流電流與直流電壓間的依存關(guān)系。特點(diǎn)：其值是

VQ(或IQ)

的非線性函數(shù)。應(yīng)用：直流分析。②交流電導(dǎo)（微變電導(dǎo)或增量電導(dǎo)）定義：

意義：伏安特性曲線上任一點(diǎn)的斜率，或該點(diǎn)上增量電流與增量電壓的比值，它表明增量電流與增量電壓間的依存關(guān)系。特點(diǎn)：其值是

VQ(或IQ)的非線性函數(shù)。應(yīng)用：交流分析。iv圖0-2-1例：非線性電阻：①直流電導(dǎo)（靜態(tài)電導(dǎo)59③

平均電導(dǎo)圖0-2-2在大信號(hào)作用下的電流波形定義：當(dāng)器件兩端加余弦電壓v=Vmcost

時(shí)，因特性的非線性，流過(guò)器件的電流必為非余弦，將其按傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)：則平均電導(dǎo)即為基波電流振幅與外加電壓振幅之比：

意義：反映基波電流與外加電壓間的依存關(guān)系。特點(diǎn)：其值是

VQ(或IQ)和Vm

的非線性函數(shù)。

應(yīng)用：功放和振蕩電路分析。③平均電導(dǎo)圖0-2-2在大信號(hào)作用下的定義：當(dāng)器件60二、非線性器件特性的控制變量控制變量不同，非線性器件的特性也不同，故分析時(shí)須注明它的控制變量。1．控制量不同，特性不同iv圖0-2-1

例1：二極管

電壓為控制量——電流對(duì)電壓呈指數(shù)關(guān)系變化；

電流為控制量——電壓對(duì)電流呈對(duì)數(shù)關(guān)系變化。2．特性為非單調(diào)時(shí)——多值和負(fù)值二、非線性器件特性的控制變量控制變量不同，非線性器件的特61例2

：隧道二極管圖0-2-3伏安特性曲線(1)控制變量電壓：電流為單值電流：電壓為多值

——壓控非線性器件(2)直流電導(dǎo)

g0＞0，在曲線上任一點(diǎn)均為正。(3)交流電導(dǎo)

g(a,b)<0，即在

a、b

段為負(fù)電導(dǎo)。

器件特性的描述與控制變量有關(guān)，并可能出現(xiàn)負(fù)參數(shù)，尤其特性非單調(diào)變化時(shí)——非線性與線性器件的重要區(qū)別。例2：隧道二極管圖0-2-3伏安特性曲線(1)控制變62補(bǔ)充：隧道二極管特點(diǎn)：PN結(jié)兩邊的P區(qū)和N區(qū)摻雜濃度極高，空間電荷區(qū)極窄而且很傾斜，當(dāng)正向電壓超過(guò)起始電壓后產(chǎn)生負(fù)阻效應(yīng)，而反向由于空間電荷區(qū)極窄，所以幾乎稍有電壓就發(fā)生齊納擊穿。主要用途是低噪聲放大、振蕩及超高速開(kāi)關(guān)，例如負(fù)阻振蕩器等。圖0-2-3伏安特性曲線圖0-2-3給出典型的隧道二極管伏安特性。在V

<0區(qū)域內(nèi)，電流隨電壓?jiǎn)握{(diào)上升。在V

＞0區(qū)域，電流隨外加正的電壓增加上升到峰值（a點(diǎn)）以后，隨外加正向電壓增加而減小，出現(xiàn)負(fù)阻現(xiàn)象。電流降至谷值（b點(diǎn)）后又隨電壓增大而上升。補(bǔ)充：隧道二極管特點(diǎn)：PN結(jié)兩邊的P區(qū)和N區(qū)摻雜濃度極高，空63三、不滿足疊加定理若

i=f(v)，v=v1+v2則

i=f(v1+v2)

但i

f(v1)+f(v2)例

i=av2

v=v1+v2

注意，i中除體現(xiàn)兩電壓分別作用外，還包含兩電壓乘積項(xiàng)產(chǎn)生的響應(yīng)電流。若v1=V1mcos1t，v2=V2mcos2t，則i中除出現(xiàn)1，2兩分量外，還出現(xiàn)兩電壓乘積項(xiàng)產(chǎn)生的角頻率為12的新頻率分量。

出現(xiàn)新的頻率成分

非線性電路可以實(shí)現(xiàn)頻率加、減等更多電路功能。

三、不滿足疊加定理若i=f(640.3

本課程的特點(diǎn)1．工程上采用近似分析法

非線性器件物理特性復(fù)雜，需要解非線性方程或時(shí)變系數(shù)的線性微分方程。

對(duì)策：對(duì)器件數(shù)學(xué)模型和電路工作條件進(jìn)行合理近似，用近似分析方法獲得具有實(shí)用意義的結(jié)果。2．功能與電路形式多

對(duì)策：抓本質(zhì)——功能再多也是借助器件的非線性；抓基本電路——種類雖多，但都是在為數(shù)不多的基本電路上發(fā)展起來(lái)的。3．重視實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際0.3本課程的特點(diǎn)1．工程上采用近似分析法非線性器件65本書內(nèi)容安排的三個(gè)層次：

①由電