第0章 緒論

1、第第0 0章章 緒論緒論第第0章章 緒論緒論0.1 電子線路的分類電子線路的分類0.2 線性與非線性電子線路線性與非線性電子線路0.3 非線性電子線路的應(yīng)用非線性電子線路的應(yīng)用 0.4 本課程的要求本課程的要求第第0 0章章 緒論緒論0.1 電子線路的分類電子線路的分類 包含有源器件的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為電子線路。 電子線路的分類方法: 按照工作頻率分類 按照流通的信號(hào)形式分類 根據(jù)集成度的高低分類 以電子線路中所包含的元件性質(zhì)分類第第0 0章章 緒論緒論按照工作頻率分類按照工作頻率分類 低頻電子線路、高頻電子線路和微波電子線路。 1、低頻通常指頻率低于300kHz的范圍: 語音的電信號(hào)、生物電信號(hào)、地

2、震電信號(hào)、機(jī)械振動(dòng)的電信號(hào)等 都屬這個(gè)范圍。所有在這個(gè)頻率范圍的電信號(hào)的產(chǎn)生、放大、變換、處理 都屬于低頻電子線路的范疇。第第0 0章章 緒論緒論 2、高頻通常指頻率在300kHz300MHz的范圍: 廣播、電視、短波通信、移動(dòng)通信等無線電設(shè)備都工作在這個(gè)頻率范圍之內(nèi)。 3、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、雷達(dá)、導(dǎo)航等設(shè)備都工作在這個(gè)頻率范圍。第第0 0章章 緒論緒論 工作頻率不同，對(duì)有源器件電性能的要求、電子線路的工藝結(jié)構(gòu)都不盡相同。 隨著工作頻率的提高，對(duì)有源器件的上限工作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

3、擴(kuò)散漂移的時(shí)間等因素的影響都會(huì)逐漸地明顯起來，以至變成必須考慮的主要因素。 第第0 0章章 緒論緒論模擬電子線路和數(shù)字電子線路。 所有完成模擬信號(hào)產(chǎn)生、放大、變換、處理和傳輸?shù)碾娮泳€路統(tǒng)稱為模擬電子線路。 模擬電子線路傳送的信號(hào)直觀形象，但電路的抗干擾性能差，不便與計(jì)算機(jī)直接配合。 所有完成數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生、放大、變換、處理及傳輸?shù)碾娮泳€路統(tǒng)稱為數(shù)字電子線路。 數(shù)字電子線路傳送的信號(hào)是時(shí)間上和取值上都離散的信號(hào)。 按照流通的信號(hào)形式分類按照流通的信號(hào)形式分類第第0 0章章 緒論緒論分立電路和集成電路 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電子線路的集成度越來越高，集成電路已成為電子線路的方向。 集成電路與分立電路

4、相比，集成電路具有體積小、性能穩(wěn)定、可靠性高、維修使用方便等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于頻率響應(yīng)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。根據(jù)集成度的高低分類第第0 0章章 緒論緒論 1、由線性元件組成的電子線路叫線性電子線路。 線性電路是用線性代數(shù)方程、線性微分方程或線性差分方程來描述的。 2、含有非線性元件的電子線路叫非線性電子線路。 非線性電路是用非線性代數(shù)方程、非線性微分方程、非線性差分方程來描述的。以電子線路中所包含的元件性質(zhì)分類第第0 0章章 緒論緒論 3、由恒定參數(shù)元件組成的電子線路叫恒定參數(shù)電子線路；描述恒定參數(shù)電路的方程式中的各項(xiàng)系數(shù)是恒定不變的。 4、包含有時(shí)變參數(shù)元件

5、的電子線路叫參變電子線路或時(shí)變電路。描述參變電路的方程式中的系數(shù)是變化的。第第0 0章章 緒論緒論0.2 線性與非線性電子線路線性與非線性電子線路 本課程研究的主要是非線性電子線路。 線性電子線路具有線性特性，也就是它具有疊加性和均勻性，適用疊加定理。第第0 0章章 緒論緒論1、不具有疊加性和均勻性，不適用疊加定理。 2、在穩(wěn)定狀態(tài)之下，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(hào)通過非線性電子線路以后可以產(chǎn)生出新的頻率成分。3、處于非線性狀態(tài)工作的有源器件，如晶體三極管、場效應(yīng)管、運(yùn)算放大器等，它們的輸出響應(yīng)與器件工作點(diǎn)的選取和輸入信號(hào)的大小有關(guān)。4、描述非線性器件特性的

6、參量有三種：靜態(tài)參量；動(dòng)態(tài)參量；折合參量（平均參量）。5、數(shù)學(xué)描述是非線性方程。非線性電子線路特點(diǎn)第第0 0章章 緒論緒論 圖0.1示出了晶體三極管的轉(zhuǎn)移特性。 圖0.1(a)中，靜態(tài)工作點(diǎn)取在放大區(qū)，當(dāng)輸入信號(hào)很小時(shí)，可近似認(rèn)為是線性工作。集電極電流的變化iC與輸入信號(hào)ui近似為線性關(guān)系。隨著輸入信號(hào)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)橛嘞颐}沖形狀。 圖1.1(b)示出當(dāng)靜態(tài)偏置電壓小于零，晶體管靜態(tài)處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，隨著輸入信號(hào)的增加，集電極電流開始為零，以后變?yōu)橛嘞颐}沖的形狀。第第0 0章章 緒論緒論 圖0.1 非線性工作的晶體三極管集電極電流與靜態(tài)工作點(diǎn) 和輸入

7、信號(hào)大小的關(guān)系 (a)靜態(tài)工作點(diǎn)處于放大區(qū)； (b)靜態(tài)工作點(diǎn)處于截止區(qū) iCQ00 tUBEQiCuBE0iCuBEui Uimcost t(a)第第0 0章章 緒論緒論 圖0.1 非線性工作的晶體三極管集電極電流與靜態(tài)工作點(diǎn) 和輸入信號(hào)大小的關(guān)系 (a)靜態(tài)工作點(diǎn)處于放大區(qū)； (b)靜態(tài)工作點(diǎn)處于截止區(qū) Q0iCuBEuBE00iC t tui Uimcost(b)第第0 0章章 緒論緒論 描述非線性器件特性的參量有三種：靜態(tài)參量，也稱為直流參量；動(dòng)態(tài)參量，也稱為交流參量；折合參量，也稱為平均參量。 用這三種參量綜合起來描述一個(gè)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(dǎo)

8、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。 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0.2(a)所示，直流跨導(dǎo) 0CQBEQIgU(0.21)第第0 0章章 緒論緒論 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0.2(b)所示，交流跨導(dǎo) CmQBEigu(0.22) 當(dāng)輸入信號(hào)ui=Uimcost，晶體管的集電極電流為余弦脈沖時(shí)(見圖0.1(b)，利用傅立葉級(jí)數(shù)展開012coscos2CmmiIItIt第第0 0章章 緒論緒論 圖0.2 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 (a)(b)iCICQQUBEQuBEtan g00UBEQ0

9、uBEuBEiCQtan gmiCICQ第第0 0章章 緒論緒論 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22mcimIgU(0.23)第第0 0章章 緒論緒論 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?。第? 0章章 緒論緒論0.3 非線性電子

10、線路的應(yīng)用非線性電子線路的應(yīng)用 非線性電子線路廣泛應(yīng)用于無線電技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，在通信方面的應(yīng)用尤為突出。通信的任務(wù)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(hào)。通信系統(tǒng)由發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備組成，如圖0.3所示。 第第0 0章章 緒論緒論圖0.3 通信系統(tǒng)的框圖 發(fā) 端用 戶發(fā) 送設(shè) 備信 道接 收設(shè) 備收 端用 戶第第0 0章章 緒論緒論 信道是傳送信息的通道。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(bào)、電視、廣播、傳真、衛(wèi)星通信、載波電話、計(jì)算機(jī)通信等等。這些通信中應(yīng)用的電子線路種類很多。第第0

11、0章章 緒論緒論 在無線電通信系統(tǒng)中，信道便是指大氣層或外層空間。信號(hào)在傳輸過程中，不可避免地會(huì)受到各種噪聲的干擾。 噪聲按其來源一般可分為外部噪聲和內(nèi)部噪聲兩大類。外部噪聲包括自然界存在的各種電磁波源(閃電、宇宙星體、大氣熱輻射等)發(fā)出的噪聲，工業(yè)上強(qiáng)力電機(jī)與電焊機(jī)等工作時(shí)造成的工業(yè)噪聲和其它無線電設(shè)備發(fā)射的信號(hào)等等。內(nèi)部噪聲則是指系統(tǒng)設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲。 接收設(shè)備把有用信號(hào)從眾多情號(hào)和噪聲中選取出經(jīng)換能器恢復(fù)出原始信息。以上就是通信的整個(gè)過程。第第0 0章章 緒論緒論 圖0.4示出了無線廣播發(fā)送與接收的框圖，其中，圖0.4(a)示出了無線廣播發(fā)射機(jī)的框圖。 圖0.4(b)示出了接收機(jī)的

12、框圖，天線中感生的無線電信號(hào)，經(jīng)過輸入回路的選擇，取出要收聽的已調(diào)波信號(hào)，經(jīng)過高頻放大器放大，把信號(hào)送入到混頻器中。 第第0 0章章 緒論緒論(a)主振蕩器倍頻放大調(diào)制器功放f0nf0 fpfp音頻放大聲音拾音器F圖0.4 無線廣播發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備框圖 (a)發(fā)送設(shè)備；(b)接收設(shè)備 第第0 0章章 緒論緒論 由天線理論可知：由天線理論可知： 要將無線電信號(hào)有效地發(fā)射出去，天線的尺寸必須相電信號(hào)的波長為同一數(shù)量級(jí)。由原始非電量信息經(jīng)轉(zhuǎn)換而成的原始電信號(hào)一般是低頻信號(hào)，波長很長。 例如：音頻傳號(hào)一般僅在15kH：以內(nèi)，對(duì)應(yīng)波長為20 km以上，要制造出相應(yīng)的巨大天線是不現(xiàn)實(shí)的。 另外，即使這樣

13、巨大的天線能夠制造出來，由于各個(gè)發(fā)射臺(tái)發(fā)射的均為同一頻段的低頻信號(hào)，在信道中會(huì)互相重疊、干擾，接收設(shè)備也無法選擇所要接收的信號(hào)。第第0 0章章 緒論緒論 為了有效地進(jìn)行傳輸，必須采用幾百干赫茲以上的高頻振蕩信號(hào)作為運(yùn)載工具，將攜帶信息的低頻電信號(hào)“裝載”到高額振蕩信號(hào)上(這一過程稱為調(diào)制)，然后經(jīng)天線發(fā)送出去。 到了接收端再把低頻電信號(hào)從高頻振蕩信號(hào)上“卸取”下來(這一過程稱為解調(diào))。其中，未經(jīng)調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)稱為載波信號(hào)，低頻電信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過調(diào)制并攜帶有低頻倍息的高頻振蕩信號(hào)稱為已調(diào)波信號(hào)。 采用調(diào)制方式以后，由于傳送的是高頻已調(diào)波信號(hào)，故所需天線尺寸便可大大縮小。另外，不同的發(fā)射

14、臺(tái)可以采用不同頻率的高頻振蕩信號(hào)作為載波，這樣在頻譜上就可以互相區(qū)分開了。 第第0 0章章 緒論緒論 調(diào)制是指用原始電信號(hào)去控制高頻振蕩信號(hào)的某一參數(shù)，使之隨原始電信號(hào)的變比規(guī)律而變化。 解調(diào)就是從高頻已調(diào)波中恢復(fù)原來的調(diào)制信號(hào)。若采用正弦波信號(hào)作為高頗振蕩信號(hào)由于其主要參數(shù)是振幅、頻率和相位，因而出現(xiàn)了振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制(后兩種臺(tái)稱為角度調(diào)制)等不同的調(diào)制方式。第第0 0章章 緒論緒論圖0.4 無線廣播發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備框圖 (a)發(fā)送設(shè)備；(b)接收設(shè)備 (b)輸入回路高頻放大器混頻中頻放大器檢波fsfi fl fs本地振蕩器揚(yáng)聲器fsfsfiFf1音頻放大第第0 0章章 緒論緒

15、論0.4 本課程的要求本課程的要求 首先，本課程的出發(fā)點(diǎn)是使讀者在掌握典型非線性電子線路原理的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)非線性電子線路的分析方法。 各種電子線路歸結(jié)起來都是有源器件與無源網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，因此，對(duì)電子線路的研究就要從有源器件的特性和無源網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性兩個(gè)方面入手。 第第0 0章章 緒論緒論 各種各樣的電子線路的不同之處就在于這兩個(gè)方面特性的不同，相互結(jié)合的條件不同。 學(xué)習(xí)電子線路既要正確認(rèn)識(shí)各種電路的共性，又要善于抓住其個(gè)性,也就是要善于正確認(rèn)識(shí)各種電子線路的應(yīng)用條件、特點(diǎn)。為此，必須學(xué)會(huì)辯證的思維方法，善于全面地、客觀地認(rèn)識(shí)問題。第第0 0章章 緒論緒論 第二，非線性電子線路的嚴(yán)格分析需要建立和求解非線性微分方程，因而是非常困難的，甚至是不可能的。則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，必須學(xué)會(huì)邏輯推理，善于應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行推理。 在未能進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)運(yùn)算證明之前，能夠運(yùn)用所學(xué)理論進(jìn)行推理，預(yù)知可能的正確結(jié)果，這點(diǎn)對(duì)工程技術(shù)人員來說也是一種基本能力。學(xué)會(huì)推理，分清主次，才能正確近似。 第第0 0章章 緒論緒論 第三，非線性電路較之線性電路要復(fù)雜，它所涉及的知識(shí)面要廣，因此要