高頻電子線路第1章課件

通信電子線路通信工程教研室：胡宗福主要參考書：嚴(yán)國萍等編.《通信電子線路》，科學(xué)出版社，2006曾興雯等編.《通信電子線路》，科學(xué)出版社，2006張肅文主編.《高頻電子線路》，高等教育出版社，1989董尚武主編.《電子線路II》，清華大學(xué)出版社，2008電子線路的定義：包含有源器件的無源網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)稱。通信電子線路：應(yīng)用于通信系統(tǒng)中的高頻電子線路。通信電子線路通信工程教研室：胡宗福主要參1《通信電子線路》課程的目的:

為通信工程專業(yè)學(xué)生將來在通信信號(hào)發(fā)送、接收與處理設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試與使用奠定基礎(chǔ)。

1.使學(xué)生具有分析與設(shè)計(jì)高頻/非線性電子線路的能力;

2.能靈活運(yùn)用有/無源的元器件進(jìn)行高頻信號(hào)放大、調(diào)制與解調(diào)、高頻信號(hào)源功能電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；

3.高頻/非線性電子線路性能的測(cè)試與分析能力;

4.進(jìn)一步學(xué)習(xí)射頻電子線路的能力和高頻/非線性電子線路的語言表達(dá)和交流能力?！锻ㄐ烹娮泳€路》課程的目的:

為通信工程專業(yè)2第1章緒論1.1電子線路的分類1.2線性與非線性電子線路1.3非線性電子線路的應(yīng)用1.4本課程的特點(diǎn)與要求第1章緒論1.1電子線路的分類31.1電子線路的分類一.按工作頻率

1)低頻電子線路：工作頻率低于300kHz。

2)中頻電子線路：工作頻率在300kHz～6MHz。廣播

3)高頻電子線路：工作頻率在6MHz～

300MHz。電視、短波通信等。

4）微波電子線路：頻率高于300MHz。衛(wèi)星電視、微波中繼通信、導(dǎo)航等。1.1電子線路的分類一.按工作頻率4二.按信號(hào)形式1)模擬電子線路：完成模擬信號(hào)的產(chǎn)生、放大、變換、處理和傳輸?shù)碾娮泳€路。三.按集成度2）數(shù)字電子線路：完成數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生、放大、變換、處理和傳輸?shù)碾娮泳€路。1）集成電路：體積小、性能穩(wěn)定、可靠性高、維修使用方便等優(yōu)點(diǎn)。2）分立電路：高頻、大功率電子線路還是以分立為主。二.按信號(hào)形式1)模擬電子線路：完成模擬5四.按元件性質(zhì):線性性和參數(shù)恒定性1）線性電子線路：由線性元件組成的電子線路。用線性代數(shù)方程、線性微分方程或線性差分方程來描述。3)恒定參數(shù)電子線路：由恒定參數(shù)元件組成的電子線路。2）非線性電子線路：由非線性元件組成的電子線路。用非線性代數(shù)方程、非線性微分方程或非線性差分方程來描述4)變參(時(shí)變)電子線路：含有時(shí)變參數(shù)元件的電子線路。本課程：通信電子線路是高頻模擬非線性變參工作頻率和信號(hào)形式---應(yīng)用對(duì)象集成度和元件性質(zhì)---內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性四.按元件性質(zhì):線性性和參數(shù)恒定性1）線性電子線路：由線61）線性與非線性指的是輸入與輸出關(guān)系。這一輸入與輸出關(guān)系是由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)（丙類）和它的外部輸入（大信號(hào)）決定的。2)非線性---即不具有線性電子線路的線性特性：疊加性和均勻性，疊加定理不適用。從一般到具體主要有以下五點(diǎn)不同。1.2線性與非線性電子線路1）線性與非線性指的是輸入與輸出關(guān)系。1.2線性與非線性電7非線性電子線路不具有疊加性和均勻性，沒有疊加定理。非線性電子線路不具有疊加性和均勻性，沒有疊加定理。8在穩(wěn)定狀態(tài)下，非線性電子線路輸出變量中含有新的頻率分量。如：在穩(wěn)定狀態(tài)下，非線性電子線路輸出變量中含有新的頻率分量。如：93.

處于非線性狀態(tài)工作的有源器件，如晶體三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、運(yùn)算放大器等，它們的輸出響應(yīng)與輸入信號(hào)的大小和器件工作點(diǎn)的選取有關(guān)。

圖1.1非線性工作的晶體三極管集電極電流輸入信號(hào)大小的關(guān)系3.處于非線性狀態(tài)工作的有源器件，如晶體三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、10

圖1.1非線性工作的晶體三極管集電極電流與靜態(tài)工作點(diǎn)的關(guān)系。圖1.1非線性工作的晶體三極管集電極電流與靜態(tài)工作點(diǎn)114.描述非線性有源器件特性的參量有三種：1）靜態(tài)參量，也稱為直流參量；設(shè)置與設(shè)計(jì)工作2）動(dòng)態(tài)參量，也稱為交流參量；設(shè)置下的動(dòng)態(tài)特性3）折合參量，也稱為平均參量。頻率相關(guān)的參量例如：晶體三極管在非線性狀態(tài)下工作，它的跨導(dǎo)要用直流跨導(dǎo)、交流跨導(dǎo)和平均跨導(dǎo)三個(gè)參量來表述。4.描述非線性有源器件特性的參量有三種：例如：晶體三極管在12直流跨導(dǎo)就是靜態(tài)工作點(diǎn)的電流與靜態(tài)工作點(diǎn)的電壓之比。如圖1.2(a)所示

圖1.2直流跨導(dǎo)與交流跨導(dǎo)(a)直流跨導(dǎo)示意圖；(b)交流跨導(dǎo)示意圖(1.2―1)直流跨導(dǎo)就是靜態(tài)工作點(diǎn)的電流與靜態(tài)工作點(diǎn)的電壓之比。如圖13(1.2―2)

當(dāng)輸入信號(hào)ui=Uimcosωt，晶體管的集電極電流為余弦脈沖時(shí)(見圖1.1(b))，利用傅立葉級(jí)數(shù)展開交流跨導(dǎo)是在靜態(tài)工作點(diǎn)處的電流增量與電壓增量之比。如圖1.2(b)所示，交流跨導(dǎo)(1.2―2)當(dāng)輸入信號(hào)ui=Uimcosωt14(1.2―3)

其中包含有直流、基波和各次諧波分量。取其中一個(gè)諧波分量的幅值Inm與輸入電壓幅值Uim相比，得到的比值gcn就是第n次諧波的平均跨導(dǎo)。如二次諧波的平均跨導(dǎo)為(1.2―3)其中包含有直流、基波和各次諧波155.非線性電子線路的數(shù)學(xué)描述是非線性方程。非線性微分方程的精確求解是一個(gè)難題，時(shí)至今日，二階以上的非線性微分方程還沒有實(shí)用的求解方法。在工程上一直沿用的是近似解法，本書也將采用這種方法。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，二階以下的非線性微分方程可以采用計(jì)算機(jī)數(shù)值解法，這種方法將會(huì)逐步走向?qū)嵱谩?.非線性電子線路的數(shù)學(xué)描述是非線性方程。非線性微分方程的精161.3非線性電子線路的應(yīng)用

非線性電子線路是通信系統(tǒng),特別是無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ),是無線通信設(shè)備的重要組成部分。

1.3.1無線通信系統(tǒng)的組成Fig.1.3發(fā)射機(jī)典型結(jié)構(gòu)1.3非線性電子線路的應(yīng)用非線性電子線路是17Fig.1.4接收機(jī)典型結(jié)構(gòu)Fig.1.4接收機(jī)典型結(jié)構(gòu)18本課程內(nèi)容緒論高頻功率放大器正弦波振蕩器噪聲與高頻小信號(hào)放大器振幅調(diào)制與解調(diào)混頻角度調(diào)制與解調(diào)反饋控制電路本課程內(nèi)容緒論191.4本課程的特點(diǎn)與要求

要求：1.理解并掌握具體功能的實(shí)現(xiàn)原理;2.

熟練掌握各有源器件和無源網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)特性;3.學(xué)會(huì)非線性電子線路的分析方法;4.清楚近似的條件。特點(diǎn)：1.高頻，非線性

2.是具體功能和性能的硬件實(shí)現(xiàn)

3.多采用工程近似分析法1.4本課程的特點(diǎn)與要求要求：1.理解并掌握具體功能20要點(diǎn)回顧：1.通信電子線路的定義；2.通信電子線路的主要特點(diǎn)，與前所學(xué)的比較；3.非線性現(xiàn)象及其數(shù)學(xué)描述；4.主要困難。要點(diǎn)回顧：21建議學(xué)習(xí)方法：1.從目標(biāo)要求---實(shí)現(xiàn)原理;再由原理確定有源器件和網(wǎng)絡(luò)及其工作狀態(tài)；2.對(duì)同一對(duì)象數(shù)學(xué)表達(dá)式，圖示和物理過程語言描述能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換；3.抓住主要矛盾進(jìn)行工程近似分析；4.課后復(fù)習(xí)，不清楚的及時(shí)提問；5.適當(dāng)獨(dú)立練習(xí)。建議學(xué)習(xí)方法：1.從目標(biāo)要求---實(shí)現(xiàn)原理;再由原理確定22無線電波的傳播特性介紹傳播特性指的是無線電信號(hào)的傳播方式、傳播距離、傳播特點(diǎn)等。無線電信號(hào)的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或波段來區(qū)分。電磁波從發(fā)射天線輻射出去后,電波的能量會(huì)擴(kuò)散,接收機(jī)只能收到其中極小的一部分。在傳播過程中,電波的能量會(huì)被地面、建筑物或高空的電離層吸收或反射,或者在大氣層中產(chǎn)生折射或散射等現(xiàn)象,從而造成到達(dá)接收機(jī)時(shí)的強(qiáng)度大大衰減。根據(jù)無線電波在傳播過程所發(fā)生的現(xiàn)象,電波的傳播方式主要有直射（視距）傳播、繞射（地波）傳播、折射和反射（天波）傳播及散射傳播等,如圖1—5所示。決定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素是無線電信號(hào)的頻率。無線電波的傳播特性介紹23

圖1—5無線電波的主要傳播方式（a）直射傳播;（b）地波傳播;（c）天波傳播;（d）散射傳播圖1—5無線241.地波：其傳播情況取決于地面條件。

1）地面對(duì)電磁波有吸收現(xiàn)象。

2）電磁波頻率越低，損耗越小。

3）電磁波具有繞射的特性。地波傳播適用于長波、中波（即中、低頻）多用于遠(yuǎn)距離通信與導(dǎo)航。2.天波：是經(jīng)過距地面60—600Km的電離層反射后，傳播到接收點(diǎn)的電磁波。主要優(yōu)點(diǎn)是用較小的功率進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。天波傳播適用于短波波段。3.散射傳播：主要發(fā)生在10—12Km范圍內(nèi)的對(duì)流層。散射特性是具有很強(qiáng)的方向性和隨機(jī)性，還有一定的散射損耗。傳播距離100—500km，適用頻率在400—600MHz。4.視距傳播：頻率較高的超短波及其更高頻率的無線電波，主要沿空間直線傳播。1.地波：其傳播情況取決于地面條件。25結(jié)論：長波信號(hào)以地波繞射為主，中波和短波信號(hào)可以以地波和天波兩種方式傳播，超短波以上頻段信號(hào)大多以直射方式傳播，也可用對(duì)流層散射的方式傳播。結(jié)論：26附：選頻網(wǎng)絡(luò)

選頻網(wǎng)絡(luò)---諧振回路和濾波器---的作用是選出需要的頻率分量并濾除不需要的分量。諧振回路：由電容和電感組成濾波器：石英晶體的，陶瓷的，聲表面波的等。附：選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)271）LC串聯(lián)諧振回路。下圖是最簡單的串聯(lián)振蕩回路。1）LC串聯(lián)諧振回路。下圖是最簡單的串聯(lián)振蕩回路。28a）回路阻抗：a）回路阻抗：29若在串聯(lián)振蕩回路兩端加一恒壓信號(hào)U,則發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)因阻抗最小,流過電路的電流最大,其值為

回路諧振時(shí)的感抗或容抗ρ=ω0L=1/ω0C=√L/C

稱為特性阻抗。b)諧振頻率：電抗最小，就是純電阻電感上的電壓：電容上的電壓：若在串聯(lián)振蕩回路兩端加一恒壓信號(hào)U,則發(fā)生串聯(lián)諧振30c)品質(zhì)因素：LC串聯(lián)回路為了有好的選頻特性，品質(zhì)因素都是遠(yuǎn)大于1。

在諧振時(shí)，電容和電感上的電壓將會(huì)遠(yuǎn)大于外加電壓，在選電容和電感器件的耐壓值要特別注意。因此，串聯(lián)諧振回路也稱為電壓諧振回路。c)品質(zhì)因素：LC串聯(lián)回路為了有好的選頻特性，品質(zhì)因素31串聯(lián)諧振回路的諧振曲線

在任意頻率下的回路電流I

與諧振電流之比為：串聯(lián)諧振回路的諧振曲線在任意頻率下的回路電流32廣義失諧系數(shù)則：d)廣義失諧系數(shù)ξ。當(dāng)加信號(hào)的頻率ω與回路諧振頻率ω0之差Δω=ω-ω0時(shí)所以因此廣義失諧系數(shù)則：d)廣義失諧系數(shù)ξ。所以因此33e)通頻帶(回路帶寬):當(dāng)保持外加信號(hào)的幅值不變而改變其頻率時(shí),將回路電流值下降為諧振值的1/√2

時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為回路的通頻帶，用B來表示。即ξ=±1對(duì)應(yīng)的頻寬：f)信號(hào)源內(nèi)阻與負(fù)載電阻對(duì)串聯(lián)諧振回路的影響通常把不考慮信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻時(shí)回路自身的Q值叫無載(空載)Q值。把考慮信號(hào)源內(nèi)阻RS和負(fù)載電阻RL影響時(shí)的Q值叫有載QL值。QL=ω0L/(r+RS+RL)串聯(lián)諧振回路適用于恒壓源和負(fù)載較小的電路。e)通頻帶(回路帶寬):當(dāng)保持外加信號(hào)的幅值不變而改變其342）LC并聯(lián)諧振回路圖4并聯(lián)諧振回路與諧振等效電路。a）回路阻抗2）LC并聯(lián)諧振回路圖4并聯(lián)諧振回路與諧振等效電路。a）35b）諧振頻率：使Zp的虛部為0的頻率就是諧振頻率：諧振時(shí)回路的阻抗最大，且為純阻性，稱為諧振電阻：即當(dāng)ω=ωp

時(shí)，回路為純電阻；當(dāng)ω>ωp

時(shí)，感抗大于容抗，電容支路電流大，回路呈容性；當(dāng)ω<ωp

時(shí)，容抗大于感抗，電感支路電流大，回路呈感性。b）諧振頻率：使Zp的虛部為0的頻率就是諧振頻率：諧振時(shí)回路36電容支路的電流：電感支路的電流：回路在諧振時(shí)的阻抗：c)品質(zhì)因素：所以，并聯(lián)諧振又稱為電流諧振。諧振時(shí)，諧振電阻上的電流為Is時(shí)，電容支路的電流：回路在諧振時(shí)的阻抗：c)品質(zhì)因素：所以，并37d)廣義失諧系數(shù)：e)通頻帶：得通頻帶：所以d)廣義失諧系數(shù)：e)通頻帶：得通頻帶：所以38所以當(dāng)RS

和/或RL

較大時(shí)，并聯(lián)振蕩回路QL→QP。f)信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻對(duì)并聯(lián)諧振回路的影響有載品質(zhì)因素：所以當(dāng)RS和/或RL較大時(shí)，并聯(lián)振蕩回路QL→QP39要點(diǎn)回顧：無線電波傳輸：天波與地波；濾波器：串/并聯(lián)LC回路濾波原理；串/并聯(lián)LC回路的結(jié)構(gòu)，阻抗特性和諧振頻率；串/并聯(lián)LC回路中各電壓/流之間的關(guān)系；品質(zhì)因素的意義；串/并聯(lián)LC回路的主要應(yīng)用。要點(diǎn)回顧：40例1

設(shè)一放大器以簡單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載,信號(hào)中心頻率fs=10MHz,回路電容C=50pF。試計(jì)算所需的線圈電感值。若回路品質(zhì)因數(shù)為Q=100,試計(jì)算回路諧振電阻及回路帶寬。若放大器所需的帶寬B=0.5MHz,則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求?

例1設(shè)一放大器以簡單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載,信號(hào)中心頻率41將fP以兆赫茲(MHz)為單位,Ｃ以皮法(pF)為單位,L以微亨（μH）為單位，上式可變?yōu)橐粚?shí)用計(jì)算公式:

將fP=fs=10MHz代入,得(2)回路諧振電阻和帶寬：解：(1)計(jì)算L值。將fP以兆赫茲(MHz)為單位,Ｃ以皮法(pF)為單位,42回路帶寬為(3)求滿足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻。設(shè)回路上并聯(lián)電阻為R1,并聯(lián)后的總電阻為R1∥RP,總的回路有載品質(zhì)因數(shù)為QL。由帶寬公式,有此時(shí)要求的帶寬B=0.5MHz,故回路帶寬為(3)求滿足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻。此時(shí)43

需要在回路上并聯(lián)7.97kΩ的電阻?；芈房傠娮铻椋盒枰诨芈飞喜⒙?lián)7.97kΩ的電阻?；芈房傠娮铻椋?4要點(diǎn)回顧：無線電波傳輸：天波與地波；濾波器：串/并聯(lián)LC回路濾波原理；串/并聯(lián)LC回路的結(jié)構(gòu)，阻抗特性和諧振頻率；串/并聯(lián)LC回路中各電壓/流之間的關(guān)系；品質(zhì)因素的意義；串/并聯(lián)LC回路的主要應(yīng)用。要點(diǎn)回顧：45例2一并聯(lián)振蕩回路,無載品質(zhì)因數(shù)Qp=80,諧振電阻Rp=25kΩ,諧振頻率f0=30MHz,信號(hào)源電流幅值Is=0.1mA。

(1)若信號(hào)源內(nèi)阻Rs=10kΩ,無負(fù)載電阻RL時(shí)，問通頻帶B和諧振時(shí)輸出電壓幅度是多少?(2)當(dāng)負(fù)載電阻RL=2kΩ時(shí)，問通頻帶B和諧振時(shí)輸出電壓幅度又是多少?例2一并聯(lián)振蕩回路,無載品質(zhì)因數(shù)Qp=80,諧振電阻Rp46解1）因?yàn)镽s=10kΩ，所以輸出電壓：有載Q值：所以通頻帶：2）當(dāng)RL=2kΩ,總電阻R=1/(1/25+1/10+1/2)=1.56kΩ,

所以輸出電壓：Vo=0.1×1.56=0.156V。所以通頻帶：解1）因?yàn)镽s=10kΩ，所以輸出電壓：有載Q值：所以通頻帶47一.抽頭并聯(lián)振蕩回路作用：實(shí)現(xiàn)阻抗匹配或阻抗變換。阻抗變換與阻抗匹配U—部分電抗兩端電壓UT—總電抗兩端的電壓

并聯(lián)LC回路作為負(fù)載的，且在諧振頻率附近，即帶寬內(nèi)來進(jìn)行阻抗變換，被變換對(duì)象(電阻)變換前后所消耗的功率相等。即為在一定條件下的等效變換。接入系數(shù)（或抽頭系數(shù)）p的定義：與外電路相聯(lián)的那部分電抗與本回路參與分壓的同性質(zhì)總電抗之比。也可用電壓比來表示。一.抽頭并聯(lián)振蕩回路阻抗變換與阻抗匹配U—部分電抗兩端48圖6幾種常見抽頭振蕩回路圖6幾種常見抽頭振蕩回路49假設(shè):LC諧振回路諧振時(shí)兩端的電壓是UT，C2兩端的電壓是U1，電阻R折合到諧振回路兩端的電阻R0。根據(jù)電阻上消耗的功率相等。接入系數(shù)假設(shè):LC諧振回路諧振時(shí)兩端的電壓是UT，C2兩端的電壓是50在諧振和高Q值時(shí)：L1在諧振和高Q值時(shí)：L1514)在回路失諧不大，又p不很小時(shí)：(a)(b)(c)求下面各圖從輸入端看過去的電阻4)在回路失諧不大，又p不很小時(shí)：(a)(b)(c)52圖(a)圖(b)圖(c)圖(a)圖(b)圖(c)53二.信號(hào)源的等效折合1)電壓源的折合:

U=pUT二.信號(hào)源的等效折合54諧振時(shí)的回路電流IL和IC與I的關(guān)系（假設(shè)Ri無限大）：2）電流源的折合因?yàn)槭堑刃ё儞Q，即變換前后信號(hào)源提供的功率不變諧振時(shí)的回路電流IL和IC與I的關(guān)系（假設(shè)Ri無限大）：2）553)電容的折合：3)電容的折合：56例3：如圖所示的抽頭并聯(lián)諧振回路，已知：L=100uH,C1=40pF,C2=50pF,回路空載品質(zhì)因素Q0=100,負(fù)載RL=8kΩ,CL=10pF。信號(hào)源內(nèi)阻Rs=0.6kΩ。1）要求總負(fù)載與信號(hào)源匹配時(shí)，求信號(hào)源接入點(diǎn)L2的大??；2）求回路的諧振頻率和通頻帶。解：1）負(fù)載與信號(hào)源匹配就是要求負(fù)載電阻等于信號(hào)源內(nèi)阻。所以要把負(fù)載RL和回路諧振電阻R0一起變換到信號(hào)源輸入端時(shí)應(yīng)與Rs相等。例3：如圖所示的抽頭并聯(lián)諧振回路，已知：L=100uH,57回路空載的諧振電阻：RL變換到回路上的電阻：回路兩端的總電阻：將回路兩端的總電阻變換到信號(hào)源的輸入端時(shí)應(yīng)滿足：回路空載的諧振電阻：RL變換到回路上的電阻：回路兩端的總電阻582）回路的總電容：回路的諧振頻率：回路兩端等效總電阻：有載Q值：通頻帶：2）回路的總電容：回路的諧振頻率：回路兩端等效總電阻：有載Q59例4

如圖，抽頭回路由電流源激勵(lì),忽略回路本身的固有損耗,試求回路兩端電壓u(t)和輸出電壓u1(t)的表示式及回路帶寬。例4如圖，抽頭回路由電流源激勵(lì),忽略回路本身的固有損60

諧振角頻率為電阻R1的接入系數(shù)等效到回路兩端的電阻為解由于忽略了回路本身的固有損耗,因此可以認(rèn)為Q→∞。由圖可知,回路電容為諧振角頻率為電阻R1的接入系數(shù)等效到回路兩端的電阻為解61輸出電壓為

回路有載品質(zhì)因數(shù)回路帶寬回路兩端電壓u(t)與i(t)同相,電壓振幅U=IR=2V,故輸出電壓為回路有載品質(zhì)因數(shù)回路帶寬回路兩端電壓u(t62例5：電路如圖所示，其中L=0.8uH,空載Q值Q0＝100，C=5pF，C1＝20pF，C2＝20pF，RL＝5kΩ，R=10kΩ

。試求回路的諧振頻率最大電阻。由左圖可畫出右圖的等效電路（1）回路的諧振頻率回路總電容例5：電路如圖所示，其中L=0.8uH,空載Q值Q0＝1063諧振頻率：（2）將RL

折合到回路兩端時(shí)的接入系數(shù)p為RL折合到回路兩端的電導(dǎo)：電感L的電導(dǎo)產(chǎn)生的諧振電導(dǎo)：總電導(dǎo)：諧振電阻：諧振頻率：（2）將RL折合到回路兩端時(shí)的接入系數(shù)p為RL折64課堂練習(xí)：w0=2.5*108rad/s,Rp=Q*w0L=Q√L/c=20kΩ1）一LC并聯(lián)諧振回路，其中L=0.8uH,電容C＝20pF，

Q＝100。試求回路的諧振頻率、諧振電阻Rp。2）如圖所示為一等效電路，其中L=1.0uH,空載Q值Q0＝

100，C=6pF，C1＝10pF，C2＝10pF，RL＝5kΩ，w0=3.02*108rad/s

R=10kΩ

。試求回路的諧振頻率、諧振電阻Rp。R//RL`//R0=R//RL`//R0=10//30.20//20=5.45kΩ課堂練習(xí)：w0=2.5*108rad/s,Rp=Q*w0L65通信電子線路通信工程教研室：胡宗福主要參考書：嚴(yán)國萍等編.《通信電子線路》，科學(xué)出版社，2006曾興雯等編.《通信電子線路》，科學(xué)出版社，2006張肅文主編.《高頻電子線路》，高等教育出版社，1989董尚武主編.《電子線路II》，清華大學(xué)出版社，2008電子線路的定義：包含有源器件的無源網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)稱。通信電子線路：應(yīng)用于通信系統(tǒng)中的高頻電子線路。通信電子線路通信工程教研室：胡宗福主要參66《通信電子線路》課程的目的:

為通信工程專業(yè)學(xué)生將來在通信信號(hào)發(fā)送、接收與處理設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試與使用奠定基礎(chǔ)。

1.使學(xué)生具有分析與設(shè)計(jì)高頻/非線性電子線路的能力;

2.能靈活運(yùn)用有/無源的元器件進(jìn)行高頻信號(hào)放大、調(diào)制與解調(diào)、高頻信號(hào)源功能電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；

3.高頻/非線性電子線路性能的測(cè)試與分析能力;

4.進(jìn)一步學(xué)習(xí)射頻電子線路的能力和高頻/非線性電子線路的語言表達(dá)和交流能力?！锻ㄐ烹娮泳€路》課程的目的:

為通信工程專業(yè)67第1章緒論1.1電子線路的分類1.2線性與非線性電子線路1.3非線性電子線路的應(yīng)用1.4本課程的特點(diǎn)與要求第1章緒論1.1電子線路的分類681.1電子線路的分類一.按工作頻率

1)低頻電子線路：工作頻率低于300kHz。

2)中頻電子線路：工作頻率在300kHz～6MHz。廣播

3)高頻電子線路：工作頻率在6MHz～

300MHz。電視、短波通信等。

4）微波電子線路：頻率高于300MHz。衛(wèi)星電視、微波中繼通信、導(dǎo)航等。1.1電子線路的分類一.按工作頻率69二.按信號(hào)形式1)模擬電子線路：完成模擬信號(hào)的產(chǎn)生、放大、變換、處理和傳輸?shù)碾娮泳€路。三.按集成度2）數(shù)字電子線路：完成數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生、放大、變換、處理和傳輸?shù)碾娮泳€路。1）集成電路：體積小、性能穩(wěn)定、可靠性高、維修使用方便等優(yōu)點(diǎn)。2）分立電路：高頻、大功率電子線路還是以分立為主。二.按信號(hào)形式1)模擬電子線路：完成模擬70四.按元件性質(zhì):線性性和參數(shù)恒定性1）線性電子線路：由線性元件組成的電子線路。用線性代數(shù)方程、線性微分方程或線性差分方程來描述。3)恒定參數(shù)電子線路：由恒定參數(shù)元件組成的電子線路。2）非線性電子線路：由非線性元件組成的電子線路。用非線性代數(shù)方程、非線性微分方程或非線性差分方程來描述4)變參(時(shí)變)電子線路：含有時(shí)變參數(shù)元件的電子線路。本課程：通信電子線路是高頻模擬非線性變參工作頻率和信號(hào)形式---應(yīng)用對(duì)象集成度和元件性質(zhì)---內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性四.按元件性質(zhì):線性性和參數(shù)恒定性1）線性電子線路：由線711）線性與非線性指的是輸入與輸出關(guān)系。這一輸入與輸出關(guān)系是由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)（丙類）和它的外部輸入（大信號(hào)）決定的。2)非線性---即不具有線性電子線路的線性特性：疊加性和均勻性，疊加定理不適用。從一般到具體主要有以下五點(diǎn)不同。1.2線性與非線性電子線路1）線性與非線性指的是輸入與輸出關(guān)系。1.2線性與非線性電72非線性電子線路不具有疊加性和均勻性，沒有疊加定理。非線性電子線路不具有疊加性和均勻性，沒有疊加定理。73在穩(wěn)定狀態(tài)下，非線性電子線路輸出變量中含有新的頻率分量。如：在穩(wěn)定狀態(tài)下，非線性電子線路輸出變量中含有新的頻率分量。如：743.

處于非線性狀態(tài)工作的有源器件，如晶體三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、運(yùn)算放大器等，它們的輸出響應(yīng)與輸入信號(hào)的大小和器件工作點(diǎn)的選取有關(guān)。

圖1.1非線性工作的晶體三極管集電極電流輸入信號(hào)大小的關(guān)系3.處于非線性狀態(tài)工作的有源器件，如晶體三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、75

圖1.1非線性工作的晶體三極管集電極電流與靜態(tài)工作點(diǎn)的關(guān)系。圖1.1非線性工作的晶體三極管集電極電流與靜態(tài)工作點(diǎn)764.描述非線性有源器件特性的參量有三種：1）靜態(tài)參量，也稱為直流參量；設(shè)置與設(shè)計(jì)工作2）動(dòng)態(tài)參量，也稱為交流參量；設(shè)置下的動(dòng)態(tài)特性3）折合參量，也稱為平均參量。頻率相關(guān)的參量例如：晶體三極管在非線性狀態(tài)下工作，它的跨導(dǎo)要用直流跨導(dǎo)、交流跨導(dǎo)和平均跨導(dǎo)三個(gè)參量來表述。4.描述非線性有源器件特性的參量有三種：例如：晶體三極管在77直流跨導(dǎo)就是靜態(tài)工作點(diǎn)的電流與靜態(tài)工作點(diǎn)的電壓之比。如圖1.2(a)所示

圖1.2直流跨導(dǎo)與交流跨導(dǎo)(a)直流跨導(dǎo)示意圖；(b)交流跨導(dǎo)示意圖(1.2―1)直流跨導(dǎo)就是靜態(tài)工作點(diǎn)的電流與靜態(tài)工作點(diǎn)的電壓之比。如圖78(1.2―2)

當(dāng)輸入信號(hào)ui=Uimcosωt，晶體管的集電極電流為余弦脈沖時(shí)(見圖1.1(b))，利用傅立葉級(jí)數(shù)展開交流跨導(dǎo)是在靜態(tài)工作點(diǎn)處的電流增量與電壓增量之比。如圖1.2(b)所示，交流跨導(dǎo)(1.2―2)當(dāng)輸入信號(hào)ui=Uimcosωt79(1.2―3)

其中包含有直流、基波和各次諧波分量。取其中一個(gè)諧波分量的幅值Inm與輸入電壓幅值Uim相比，得到的比值gcn就是第n次諧波的平均跨導(dǎo)。如二次諧波的平均跨導(dǎo)為(1.2―3)其中包含有直流、基波和各次諧波805.非線性電子線路的數(shù)學(xué)描述是非線性方程。非線性微分方程的精確求解是一個(gè)難題，時(shí)至今日，二階以上的非線性微分方程還沒有實(shí)用的求解方法。在工程上一直沿用的是近似解法，本書也將采用這種方法。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，二階以下的非線性微分方程可以采用計(jì)算機(jī)數(shù)值解法，這種方法將會(huì)逐步走向?qū)嵱谩?.非線性電子線路的數(shù)學(xué)描述是非線性方程。非線性微分方程的精811.3非線性電子線路的應(yīng)用

非線性電子線路是通信系統(tǒng),特別是無線通信系統(tǒng)的基礎(chǔ),是無線通信設(shè)備的重要組成部分。

1.3.1無線通信系統(tǒng)的組成Fig.1.3發(fā)射機(jī)典型結(jié)構(gòu)1.3非線性電子線路的應(yīng)用非線性電子線路是82Fig.1.4接收機(jī)典型結(jié)構(gòu)Fig.1.4接收機(jī)典型結(jié)構(gòu)83本課程內(nèi)容緒論高頻功率放大器正弦波振蕩器噪聲與高頻小信號(hào)放大器振幅調(diào)制與解調(diào)混頻角度調(diào)制與解調(diào)反饋控制電路本課程內(nèi)容緒論841.4本課程的特點(diǎn)與要求

要求：1.理解并掌握具體功能的實(shí)現(xiàn)原理;2.

熟練掌握各有源器件和無源網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)特性;3.學(xué)會(huì)非線性電子線路的分析方法;4.清楚近似的條件。特點(diǎn)：1.高頻，非線性

2.是具體功能和性能的硬件實(shí)現(xiàn)

3.多采用工程近似分析法1.4本課程的特點(diǎn)與要求要求：1.理解并掌握具體功能85要點(diǎn)回顧：1.通信電子線路的定義；2.通信電子線路的主要特點(diǎn)，與前所學(xué)的比較；3.非線性現(xiàn)象及其數(shù)學(xué)描述；4.主要困難。要點(diǎn)回顧：86建議學(xué)習(xí)方法：1.從目標(biāo)要求---實(shí)現(xiàn)原理;再由原理確定有源器件和網(wǎng)絡(luò)及其工作狀態(tài)；2.對(duì)同一對(duì)象數(shù)學(xué)表達(dá)式，圖示和物理過程語言描述能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換；3.抓住主要矛盾進(jìn)行工程近似分析；4.課后復(fù)習(xí)，不清楚的及時(shí)提問；5.適當(dāng)獨(dú)立練習(xí)。建議學(xué)習(xí)方法：1.從目標(biāo)要求---實(shí)現(xiàn)原理;再由原理確定87無線電波的傳播特性介紹傳播特性指的是無線電信號(hào)的傳播方式、傳播距離、傳播特點(diǎn)等。無線電信號(hào)的傳播特性主要根據(jù)其所處的頻段或波段來區(qū)分。電磁波從發(fā)射天線輻射出去后,電波的能量會(huì)擴(kuò)散,接收機(jī)只能收到其中極小的一部分。在傳播過程中,電波的能量會(huì)被地面、建筑物或高空的電離層吸收或反射,或者在大氣層中產(chǎn)生折射或散射等現(xiàn)象,從而造成到達(dá)接收機(jī)時(shí)的強(qiáng)度大大衰減。根據(jù)無線電波在傳播過程所發(fā)生的現(xiàn)象,電波的傳播方式主要有直射（視距）傳播、繞射（地波）傳播、折射和反射（天波）傳播及散射傳播等,如圖1—5所示。決定傳播方式和傳播特點(diǎn)的關(guān)鍵因素是無線電信號(hào)的頻率。無線電波的傳播特性介紹88

圖1—5無線電波的主要傳播方式（a）直射傳播;（b）地波傳播;（c）天波傳播;（d）散射傳播圖1—5無線891.地波：其傳播情況取決于地面條件。

1）地面對(duì)電磁波有吸收現(xiàn)象。

2）電磁波頻率越低，損耗越小。

3）電磁波具有繞射的特性。地波傳播適用于長波、中波（即中、低頻）多用于遠(yuǎn)距離通信與導(dǎo)航。2.天波：是經(jīng)過距地面60—600Km的電離層反射后，傳播到接收點(diǎn)的電磁波。主要優(yōu)點(diǎn)是用較小的功率進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。天波傳播適用于短波波段。3.散射傳播：主要發(fā)生在10—12Km范圍內(nèi)的對(duì)流層。散射特性是具有很強(qiáng)的方向性和隨機(jī)性，還有一定的散射損耗。傳播距離100—500km，適用頻率在400—600MHz。4.視距傳播：頻率較高的超短波及其更高頻率的無線電波，主要沿空間直線傳播。1.地波：其傳播情況取決于地面條件。90結(jié)論：長波信號(hào)以地波繞射為主，中波和短波信號(hào)可以以地波和天波兩種方式傳播，超短波以上頻段信號(hào)大多以直射方式傳播，也可用對(duì)流層散射的方式傳播。結(jié)論：91附：選頻網(wǎng)絡(luò)

選頻網(wǎng)絡(luò)---諧振回路和濾波器---的作用是選出需要的頻率分量并濾除不需要的分量。諧振回路：由電容和電感組成濾波器：石英晶體的，陶瓷的，聲表面波的等。附：選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)921）LC串聯(lián)諧振回路。下圖是最簡單的串聯(lián)振蕩回路。1）LC串聯(lián)諧振回路。下圖是最簡單的串聯(lián)振蕩回路。93a）回路阻抗：a）回路阻抗：94若在串聯(lián)振蕩回路兩端加一恒壓信號(hào)U,則發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)因阻抗最小,流過電路的電流最大,其值為

回路諧振時(shí)的感抗或容抗ρ=ω0L=1/ω0C=√L/C

稱為特性阻抗。b)諧振頻率：電抗最小，就是純電阻電感上的電壓：電容上的電壓：若在串聯(lián)振蕩回路兩端加一恒壓信號(hào)U,則發(fā)生串聯(lián)諧振95c)品質(zhì)因素：LC串聯(lián)回路為了有好的選頻特性，品質(zhì)因素都是遠(yuǎn)大于1。

在諧振時(shí)，電容和電感上的電壓將會(huì)遠(yuǎn)大于外加電壓，在選電容和電感器件的耐壓值要特別注意。因此，串聯(lián)諧振回路也稱為電壓諧振回路。c)品質(zhì)因素：LC串聯(lián)回路為了有好的選頻特性，品質(zhì)因素96串聯(lián)諧振回路的諧振曲線

在任意頻率下的回路電流I

與諧振電流之比為：串聯(lián)諧振回路的諧振曲線在任意頻率下的回路電流97廣義失諧系數(shù)則：d)廣義失諧系數(shù)ξ。當(dāng)加信號(hào)的頻率ω與回路諧振頻率ω0之差Δω=ω-ω0時(shí)所以因此廣義失諧系數(shù)則：d)廣義失諧系數(shù)ξ。所以因此98e)通頻帶(回路帶寬):當(dāng)保持外加信號(hào)的幅值不變而改變其頻率時(shí),將回路電流值下降為諧振值的1/√2

時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為回路的通頻帶，用B來表示。即ξ=±1對(duì)應(yīng)的頻寬：f)信號(hào)源內(nèi)阻與負(fù)載電阻對(duì)串聯(lián)諧振回路的影響通常把不考慮信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻時(shí)回路自身的Q值叫無載(空載)Q值。把考慮信號(hào)源內(nèi)阻RS和負(fù)載電阻RL影響時(shí)的Q值叫有載QL值。QL=ω0L/(r+RS+RL)串聯(lián)諧振回路適用于恒壓源和負(fù)載較小的電路。e)通頻帶(回路帶寬):當(dāng)保持外加信號(hào)的幅值不變而改變其992）LC并聯(lián)諧振回路圖4并聯(lián)諧振回路與諧振等效電路。a）回路阻抗2）LC并聯(lián)諧振回路圖4并聯(lián)諧振回路與諧振等效電路。a）100b）諧振頻率：使Zp的虛部為0的頻率就是諧振頻率：諧振時(shí)回路的阻抗最大，且為純阻性，稱為諧振電阻：即當(dāng)ω=ωp

時(shí)，回路為純電阻；當(dāng)ω>ωp

時(shí)，感抗大于容抗，電容支路電流大，回路呈容性；當(dāng)ω<ωp

時(shí)，容抗大于感抗，電感支路電流大，回路呈感性。b）諧振頻率：使Zp的虛部為0的頻率就是諧振頻率：諧振時(shí)回路101電容支路的電流：電感支路的電流：回路在諧振時(shí)的阻抗：c)品質(zhì)因素：所以，并聯(lián)諧振又稱為電流諧振。諧振時(shí)，諧振電阻上的電流為Is時(shí)，電容支路的電流：回路在諧振時(shí)的阻抗：c)品質(zhì)因素：所以，并102d)廣義失諧系數(shù)：e)通頻帶：得通頻帶：所以d)廣義失諧系數(shù)：e)通頻帶：得通頻帶：所以103所以當(dāng)RS

和/或RL

較大時(shí)，并聯(lián)振蕩回路QL→QP。f)信號(hào)源內(nèi)阻和負(fù)載電阻對(duì)并聯(lián)諧振回路的影響有載品質(zhì)因素：所以當(dāng)RS和/或RL較大時(shí)，并聯(lián)振蕩回路QL→QP104要點(diǎn)回顧：無線電波傳輸：天波與地波；濾波器：串/并聯(lián)LC回路濾波原理；串/并聯(lián)LC回路的結(jié)構(gòu)，阻抗特性和諧振頻率；串/并聯(lián)LC回路中各電壓/流之間的關(guān)系；品質(zhì)因素的意義；串/并聯(lián)LC回路的主要應(yīng)用。要點(diǎn)回顧：105例1

設(shè)一放大器以簡單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載,信號(hào)中心頻率fs=10MHz,回路電容C=50pF。試計(jì)算所需的線圈電感值。若回路品質(zhì)因數(shù)為Q=100,試計(jì)算回路諧振電阻及回路帶寬。若放大器所需的帶寬B=0.5MHz,則應(yīng)在回路上并聯(lián)多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求?

例1設(shè)一放大器以簡單并聯(lián)振蕩回路為負(fù)載,信號(hào)中心頻率106將fP以兆赫茲(MHz)為單位,Ｃ以皮法(pF)為單位,L以微亨（μH）為單位，上式可變?yōu)橐粚?shí)用計(jì)算公式:

將fP=fs=10MHz代入,得(2)回路諧振電阻和帶寬：解：(1)計(jì)算L值。將fP以兆赫茲(MHz)為單位,Ｃ以皮法(pF)為單位,107回路帶寬為(3)求滿足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻。設(shè)回路上并聯(lián)電阻為R1,并聯(lián)后的總電阻為R1∥RP,總的回路有載品質(zhì)因數(shù)為QL。由帶寬公式,有此時(shí)要求的帶寬B=0.5MHz,故回路帶寬為(3)求滿足0.5MHz帶寬的并聯(lián)電阻。此時(shí)108

需要在回路上并聯(lián)7.97kΩ的電阻。回路總電阻為：需要在回路上并聯(lián)7.97kΩ的電阻。回路總電阻為：109要點(diǎn)回顧：無線電波傳輸：天波與地波；濾波器：串/并聯(lián)LC回路濾波原理；串/并聯(lián)LC回路的結(jié)構(gòu)，阻抗特性和諧振頻率；串/并聯(lián)LC回路中各電壓/流之間的關(guān)系；品質(zhì)因素的意義；串/并聯(lián)LC回路的主要應(yīng)用。要點(diǎn)回顧：110例2一并聯(lián)振蕩回路,無載品質(zhì)因數(shù)Qp=80,諧振電阻Rp=25kΩ,諧振頻率f0=30MHz,信號(hào)源電流幅值Is=0.1mA。

(1)若信號(hào)源內(nèi)阻Rs=10kΩ,無負(fù)載電阻RL時(shí)，問通頻帶B和諧振時(shí)輸出電壓幅度是多少?(2)當(dāng)負(fù)載電阻RL=2kΩ時(shí)，問通頻帶B和諧振時(shí)輸出電壓幅度又是多少?例2一并聯(lián)振蕩回路,無載品質(zhì)因數(shù)Qp=80,諧振電阻Rp111解1）因?yàn)镽s=10kΩ，所以輸出電壓：有載Q值：所以通頻帶：2）當(dāng)RL=2kΩ,總電阻R=1/(1/25+1/10+1/2)=1.56kΩ,

所以輸出電壓：Vo=0.1×1.56=0.156V。所以通頻帶：解1）因?yàn)镽s=10kΩ，所以輸出電壓：有載Q值：所以通頻帶112一.抽頭并聯(lián)振蕩回路作用：實(shí)現(xiàn)阻抗匹配或阻抗變換。阻抗變換與阻抗匹配U—部分電抗兩端電壓UT—總電抗兩端的電壓

并聯(lián)LC回路作為負(fù)載的，且在諧振頻率附近，即帶寬內(nèi)來進(jìn)行阻抗變換，被變換對(duì)象(電阻)變換前后所消耗的功率相等。即為在一定條件下的等效變換。接入系數(shù)（或抽頭系數(shù)）p的定義：與外電路相聯(lián)的那部分電抗與本回路參與分壓的同性質(zhì)總電抗之比。也可用電壓比來表示。一.抽頭并聯(lián)振蕩回路阻抗變換與阻抗匹配U—部分電抗兩端113圖6幾種常見抽頭振蕩回路圖6幾種常見抽頭振蕩回路114假設(shè):LC諧振回路諧振時(shí)兩端的電壓是UT，C2兩端的電壓是U1，電阻