通信電子線路第1章-緒論

1.1電子線路的分類

1、按照工作頻率可分成低頻電子線路、高頻電子線路和微波電子線路。低頻通常指頻率低于300kHz的范圍，語音的電信號、生物電信號、地震電信號、機械振動的電信號等都屬于這個范圍，所有在這個頻率范圍的電信號的產生、放大、變換、處理都屬于低頻電子線路的范疇。當前1頁，總共43頁。

高頻通常指頻率在300kHz~300MHz的范圍，廣播、電視、短波通信、移動通信等無線電設備都工作在這個頻率范圍之內。微波泛指頻率高于300MHz以上的范圍，衛(wèi)星電視、、微波中繼通信、許多雷達、導航設備都工作在這個頻率范圍(見附錄一)。當前2頁，總共43頁。

工作頻率不同，對有源器件電性能的要求、電子線路的工藝結構都不盡相同。隨著工作頻率的提高，對有源器件的上限頻率的要求也隨之提高；器件本身的分布參量，如晶體管的極間電容、電極的引線電感、載流子擴散漂移的時間等因素的影響都會逐漸地明顯起來，以至變成必須考慮的主要因素。由于頻率響應和功率容量的限制，目前高頻、大功率電子線路還是以分立為主，但許多高頻小信號電路已采用集成電路。

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2、由線性元件或工作在線性狀態(tài)的元件組成的電子線路叫線性電子線路；含有非線性元件并且工作在非線性狀態(tài)的電子線路叫非線性電子線路。線性電路用線性代數(shù)方程、線性微分方程或線性差分方程來描述。非線性電路用非線性代數(shù)方程、非線性微分方程、非線性差分方程來描述。當前4頁，總共43頁。

另外，元件參數(shù)恒定不變的電子線路叫恒定參數(shù)電子線路；元件參數(shù)隨時間變化的叫參變電子線路或時變電路；恒定參數(shù)電路的方程式中的各項系數(shù)是恒定不變的，參變電路的方程式中的系數(shù)是變化的。當前5頁，總共43頁。1.2線性與非線性電子線路

線性電子線路具有線性特性，也就是說它具有疊加性和均勻性，適用疊加定理。而非線性電子線路則不同,它具有如下特點：第一，非線性電子線路不具有疊加性和均勻性，不適用疊加定理,例如,設非線性電子系統(tǒng)輸出函數(shù)y=f(x)=x2，當x=x1+x2時y=f(x1+x2)=x12+2x1x2+x22x12+x22=f(x1)+f(x2);當前6頁，總共43頁。

并且y’(x)=2x,當x取不同值時，y’(x)是不同的（非均勻性）。第二，在穩(wěn)定狀態(tài)下，非線性電子線路輸出變量中包含有輸入變量中不具有的頻率成分，即信號通過非線性電子線路以后可以產生出新的頻率成分。仍以上述平方律關系為例，當輸入信號x=sinω1t時，輸出為y=1/2-(1/2)cos2ω1t，可見在輸入信號中僅有ω1頻率分量，而在輸出信號中則包含有直流1/2和2ω1的頻率分量，這些分量顯然是由電路的非線性產生的。當前7頁，總共43頁。

第三，處于非線性狀態(tài)工作的有源器件，如晶體三極管、場效應管、運算放大器等，它們的輸出響應與器件工作點的選取和輸入信號的大小有關。這一點，可以用圖1.1說明。圖1.1示出了晶體三極管的轉移特性。圖1.1(a)中，靜態(tài)工作點取在放大區(qū)，當輸入信號很小時，可近似認為是線性工作。集電極電流的變化ΔiC與輸入信號uBE近似為線性關系。隨著輸入信號幅度的增大，由于器件的非線性，集電極電流開始出現(xiàn)失真，以至變?yōu)槊}沖形狀。圖1.1(b)表示當靜態(tài)偏置電壓小于零，晶體管處于截止狀態(tài)時，小信號輸入時無集電極電流，隨著輸入信號的增加，產生余弦脈沖的輸出。當前8頁，總共43頁。

圖1.1非線性工作的晶體三極管集電極電流與靜態(tài)工作點和輸入信號大小的關系(a)靜態(tài)工作點處于放大區(qū)當前9頁，總共43頁。

圖1.1非線性工作的晶體三極管集電極電流與靜態(tài)工作點和輸入信號大小的關系(b)靜態(tài)工作點處于截止區(qū)當前10頁，總共43頁。

第四，描述非線性器件特性的參量較多:1.靜態(tài)參量（直流參量）；2.動態(tài)參量（交流參量）；3.折合參量（平均參量）。常用這三種參量綜合描述一個非線性器件的工作狀態(tài)。如晶體三極管在非線性狀態(tài)下工作，它的跨導分別要用直流跨導、交流跨導和平均跨導三個參量來表述。所謂直流跨導就是靜態(tài)工作點的輸出電流與輸入電壓之比。如圖1.2(a)所示，直流跨導定義(1.2―1)當前11頁，總共43頁。

交流跨導是在靜態(tài)工作點處的電流增量與電壓增量之比。如圖1.2(b)所示，交流跨導定義(1.2―2)

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圖1.2直流跨導與交流跨導(a)直流跨導示意圖；(b)交流跨導示意圖當前13頁，總共43頁。當工作點設置在截止區(qū),且輸入信號ui=Uimcosωt，晶體管的集電極電流為余弦脈沖時(見圖1.1(b))，利用傅立葉級數(shù)展開

其中包含有直流I0、I1基波和各次諧波分量。取其中某個電流諧波分量的幅值Inm與輸入電壓幅值Uim相比，得到的比值gcn就是關于第n次諧波的平均跨導。例如二次諧波的平均跨導為(1.2―3)當前14頁，總共43頁。

第五，非線性電子線路的數(shù)學描述是非線性代數(shù)方程、非線性微分方程、非線性差分方程。其中非線性微分方程的精確求解是一個難題，時至今日，二階以上的非線性微分方程還沒有實用的求解方法。在工程上一直沿用的是近似解法，本書也將采用這種方法。

當前15頁，總共43頁。1.3非線性電子線路的應用

非線性電子線路廣泛應用于無線電技術的各個領域，在通信方面的應用尤為突出。通信的任務是傳送信息。信息包括語言、音樂、文字、圖像、數(shù)據(jù)等各種信號形式。通信系統(tǒng)由發(fā)送設備、信道、接收設備組成，如圖1.3所示。當前16頁，總共43頁。圖1.3通信系統(tǒng)的框圖當前17頁，總共43頁。

信道是傳送信號的通道。無線通信的信道是大氣空間；有線通信的信道是傳輸線，如電線、電纜、光纜等。通信的種類很多，如人們生活中常見的電話、電報、電視、廣播、傳真、衛(wèi)星通信、載波電話、計算機通信等等。這些通信設備中應用了多種多樣的電子線路。圖1.4為無線廣播發(fā)送與接收的框圖，其中，圖(a)示出了無線廣播發(fā)射機的框圖，圖(b)示出了接收機的框圖。當前18頁，總共43頁。圖1.4無線廣播發(fā)送設備與接收設備框圖(a)發(fā)送設備當前19頁，總共43頁。圖1.4無線廣播發(fā)送設備與接收設備框圖(b)接收設備當前20頁，總共43頁。1.4本課程的要求

本課程(48學時)主要研究高頻(300KHz~300MHz)、模擬(時間連續(xù)信號)、非線性和時變(參數(shù)隨時間變化)電子線路,要求掌握典型非線性電子線路基本概念,基本原理和基本分析方法。各種電子線路歸結起來都是有源器件與無源網絡的結合，信號通過有源及無源網絡產生,傳輸與變換。因此，學習電子線路要從了解和掌握有源器件的特性和無源網絡的傳輸特性兩個方面入手。當前21頁，總共43頁。

各種各樣的電子線路的不同之處就在于這兩個方面特性的不同，相互結合的條件不同。學習電子線路既要正確認識各種電路的共性，又要善于抓住其個性,也就是要善于正確認識各種電子線路的應用條件、特點。為此，必須學會辯證的思維方法，善于全面地、客觀地認識問題。當前22頁，總共43頁。

第二，非線性電子線路目前采用的多是工程近似分析方法，近似都是有條件約束的。掌握工程近似方法，必須注意近似條件,分清主次，學會邏輯推理，防止刻舟求劍的錯誤;在未能進行嚴格的數(shù)學運算證明之前，能夠運用所學理論進行推理，預知可能的正確結果，這點對工程技術人員來說也是一種基本能力。第三，非線性電路比線性電路要復雜，它所涉及的知識面較廣，必須善于綜合運用電路分析、信號與系統(tǒng)、電子器件、低頻電子線路、數(shù)學和物理等方面的知識。第四,注意概括和總結,防止見樹不見林。

當前23頁，總共43頁。1.5預備知識

電抗元件的品質因素Q=

1.電感元件的Q值串聯(lián)形式定義:Q==

LReo

I當前24頁，總共43頁。并聯(lián)形式:Q=

注意:Reo表示電抗元件中的損耗電阻,但兩種形式中的Reo數(shù)值上不相等.geoLU當前25頁，總共43頁。2.電容元件的Q值串聯(lián)形式:Q=CReoI當前26頁，總共43頁。并聯(lián)形式:Q=Reo的含義同電感UReoC當前27頁，總共43頁。二.串并聯(lián)阻抗轉換公式阻抗Z的倒數(shù)稱為導納Y,電抗X(感抗XL=ωL,容抗XC=-1/ωC)的倒數(shù)稱電納(感納和容納).等效轉換要求轉換前后端導納相等,以串并為例,

YsXsRsYpXpRp當前28頁，總共43頁?；啿⒏鶕?jù)復數(shù)相等為實部與虛部應分別相等的概念,得:當前29頁，總共43頁。三.阻抗變換1.互感變壓器接信號源的線圈稱為原邊(初級),接負載的線圈稱為副邊(次級),設變壓器為無損耗理想變壓器,則滿足功率等效,即源提供的輸入功率PS等于負載消耗的功率PL.PS=U2/RL’PL=UL2/RLUPS=PL即U2/RL’=UL2/RLN1N2ULRLRL’當前30頁，總共43頁。解得:2.自耦合變壓器USN1N2RLUL接入點當前31頁，總共43頁。3.雙電容抽頭耦合根據(jù)功率等效原理得:C1C2RLRSISUsULR’LRSISI當前32頁，總共43頁。4.雙電感抽頭耦和(L1,L2之間無互感)ISRSUSL1L2RLULR’L當前33頁，總共43頁。四.電流源或電壓源經自耦合變壓器的等效折算因為PS=ISUS=I’sUL=PL所以

ISRSRLUSN2N1UL123I’SR’S123RLUL當前34頁，總共43頁。五.并聯(lián)諧振回路的阻抗頻率特性如圖所示由LC及表示回路損耗的電阻Reo組成的并諧回路,其導納ISCLReoICILUIRZ當前35頁，總共43頁。阻抗諧振特性:當ω=ωo時,容納(抗)恰好等于感納(抗),發(fā)生諧振.即有ωoC=1/ωoL,此時,Z=Reo(諧振電阻),φ=0諧振頻率ωo=特性阻抗ρ:發(fā)生諧振時的容抗或感抗.當前36頁，總共43頁。諧振回路的品質因素Q1.空載時(不考慮信號源內阻和回路負載)Q=Qeo=2.有載時(考慮信號源內阻和回路負載的影響)Q=Qe=諧振矢量圖:UIcILIR當前37頁，