电子线路(第五版)课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,绪论,0.1,非线性电子线路的作用,0.2,非线性器件的基本特点,0.3,本课程的特点,绪论0.1非线性电子线路的作用0.2非线性器件的基本特,1,0.1,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,电子器件严格讲是非线性的，但依使用条件不同，表现的非线性程度不同。为此，有如下两种应用：,线性电路：,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。,非线性电路：,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、频率变换等功能。,器件特性与使用条件密切相关，例如：,0.1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,2,小信号,条件下，输入信号小，在一定条件下电路可用,线性,等效电路表示，例如各种小信号放大器,(线性电子线路),中，器件的特性归属线性电子线路。,大信号,条件下，输入信号大，必涉及器件的非线性部分，例如功率放大器。故不能用线性等效电路表示电子器件的特征，而必须用非线性电路的分析方法。所以，功放归属,非线性,电子线路。,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,(,1,)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,(,3,)光纤通信系统：利用光导纤维传送信息,小信号条件下，输入信号小，在一定条件下电路可用,3,无线电通信发展简史,三个里程碑：1907 Lee de forest发明电子三极管,1948 W.Shockley发明晶体三极管,60年代 集成电路、数字电路的出现,原始手段,烽火、旗语,有线通信,电报（1837 Morse）,电话（1876 Bell）,无线通信,电磁波的存在,1864 Maxwell（理论）,1887 Hertz（实践）,无线电通信发展简史三个里程碑：1907 Lee de fo,4,2无线通信系统,图 0-1-1无线,通信系统的组成,组成：,发射装置,+,接收装置,+,传输媒质,(,1,),发射装置,换能器：,将被发送的信息变换为电信号。例：话筒将声音变为电信号。,将换能器输出的电信号变为强度足够的高频电振荡。,发射机：,无线通信系统的组成,2无线通信系统图 0-1-1无线通信系统的组成,5,天线：,将高频电振荡变成,电磁波,向传输媒质辐射。,(,2,),接收装置,接收是发射的逆过程。,接收天线：,高频电振荡,电信号,接收机：,将从空间接收的电磁波,高频电振荡,。,换能器：,将电信号,所传送信息,(,3,),传输媒体,电磁波,电磁波传送方式，依据波长不同，可分为：,长波,、,中波,、,短波,、,超短波,。,天线：将高频电振荡变成电磁波向传输媒质辐射。(2)接,6,表 1各波段特点,波 段,波长/m,频率/MHz,特 点,说 明,中、,长波,200,1.5,沿地表传播,大地表面是导体，一部分电磁波会损耗掉，频率越高，损耗越大,短波,10 200,1.5 30,靠电离层反射传播,电磁波一部分被吸收，另一部分被反射或折射到地面。频率越高，被吸收的能量越小，但频率超过一定值，电磁波会穿过电离层，不再返回地面,超短波,30,沿空间直线,传播,地球表面是弯曲的，所以只能限制在视线范围内,表 1各波段特点波 段波长/m频率/MHz特 点说,7,波段（频段）,符号,波长范围,频率范围,应用范围,超长波,（甚低频）,VLF,100000,10000m,330KHz,音频、电话、数据终端,长波,（低频）,LF,10000,1000m,30300KHz,电力线通信、海上导航,中波,（中频）,MF,1000,100m,300KHz3MHz,AM广播、业余无线电,短波,（高频）,HF,10010m,330MHz,短波广播、业余无线电,超短波,（甚高频）,VHF,101m,30300MHz,FM广播、电视、导航、移,动通信,分米波,（特高频）,UHF,10.1m,3003000MHz,TV、遥控遥测、雷达、移,动通信,厘米波,（超高频）,SHF,101cm,330GHz,微波通信、卫星通信、雷达,毫米波,（极高频）,EHF,101mm,30300GHz,穿入大气层时的通信,无线电波的波（频）段划分表,波段（频段）符号波长范围频率范围应用范围超长波VLF1000,8,3G频段分配,中国电信,（CDMA2000）：,1920-1935MHz和2110-2125MHz；,中国移动,（TD-SCDMA）,：1880-1900MHz和2010-2025MHz；,中国联通,(WCDMA),：1940-1955MHz和2130-2145MHz。,小灵通频段：1880-1920MHz,3G频段分配小灵通频段：1880-1920MHz,9,国内一般中波广播的波段为,535KHz1605KHz,，短波广播的波段为,224MHz,，调频广播的波段为,88108MHz,。,国内一般中波广播的波段为535KHz1605KHz，短波广,10,图 0-1-2无线电波传播方式,传播距离：,电离层,地面,直线,图 0-1-2无线电波传播方式传播距离：电离层 地面,11,3无线通信存在的问题,(,1,),接收信号微弱,电磁波,接收天线,(,2,),存在干扰,例如其他电台的发射信号，各种工业、医学装置辐射电磁波，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。,4,解决方案,发射机,和,接收机,借助线性和非线性电子线路对携有信息的电信号进行变换和处理。除,放大,外，最主要有,调制、解调,。,(,1,),调制,由携有信息的,电信号(如,音频信号,)去控制高频振荡信号的某一参数(如,振幅,)，使该参数按照电信号的规律而变化(,调幅,)。,3无线通信存在的问题(1)接收信号微弱 电磁波接收天线(2,12,调制信号：,携有信息的电信号。,载波信号：,未调制的高频振荡信号。,已调波：,经过调制后的高频振荡信号。,根据受控参数,：调幅、调角,(,调频、调相,),。,(,2,)解调,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,减小天线的尺寸。,音频范围：,20 Hz 20 kHz,，若发射,100 Hz,，,波长,=,c,/f =,3 000,km，,天线至少几百千米,。需减少波长，提高发射频率,。,选台。,将不同电台发送的信息分配到不同频率的载波信号上，使接收机可选择特定电台的信息而抑制其他电台发送的信息和各种干扰。,调制信号：携有信息的电信号。载波信号：未调制的高频振荡信号,13,5,调幅,发射机组成,图 0-1-3调幅广播发射机的组成,调幅广播发射机的组成,5调幅发射机组成图 0-1-3调幅广播发射机的组成调幅广,14,各部分作用：,(,1,),振荡器,产生,f,osc,的高频振荡信号，几十千赫以上。,(,2,),高频放大器,多级小信号谐振放大器，放大振荡信号，使频率倍增至,f,c,，并提供足够大的载波功率。,(,3,),调制信号放大器,多级放大器，前几级为小信号放大器，放大微音器的电信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。,(,4,),振幅调制器,实现调幅功能，将输入的载波信号和调制信号变换为所需的调幅波信号，并加到天线上。,各部分作用：(1)振荡器产生 fosc 的高频振荡信,15,6,调幅接收机,图 0-1-4调幅广播接收机的组成,调幅广播接收机的组成,6调幅接收机 图 0-1-4调幅广播接收机的组成调幅广播,16,(,1,),高频放大器,为小信号谐振放大器，作用：,选台,。,利用可调谐的谐振系统选出有用信号，抑制其他频率的干扰信号。,放大,。,放大选出的有用信号。,(1)高频放大器为小信号谐振放大器，作用：,17,(,2,),混频器,两路,输入,为：,由高放级：,已调信号,f,c,。,由,本机振荡器,：,本振信号,f,L,。,作用：载波变频将,已调信号,的载波由,f,c,(高频),变换为,f,I,(中频),，,f,I,=,|,f,c,-,f,L,|,而调制波形不变。,(2)混频器两路输入为：由高放级：已调信,18,(,3,),本机振荡,产生频率为,f,L,=,|,f,c,+,f,I,|,(,或,f,L,=,f,c,-,f,I,),的高频,等幅,振荡信号。,f,L,可调，并能跟踪,f,c,。,(,4,),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。,(3)本机振荡 产生频率为 fL=|fc+f,19,(,5,),检波器,解调，从中频调幅波还原所传送的调制信号。,(,6,),低频放大器,小信号放大器 功率放大器，作用：放大调制信号，向扬声器提供所需的推动功率。,(5)检波器解调，从中频调幅波还原所传送的调制信号。,20,可见，有用信号在不同频率上进行放大,超,外,差,接收机,。,特点：,解调电路前包括,混频器、本机振荡、中频放大器,等。,优点：,增益高，选择性好。,直接高放接收机：,解调前仅包括高放，无,混频器、本机振荡、中频放大器,等，增益低，选择性差。,可见，有用信号在不同频率上进行放大超外差接收机。,21,7其他通信系统,调频无线通信系统,，发射机和接收机都包括上述各模块，区别主要在于,调制器,和,解调器,上。,实现调制的模块,频率调制器,；,实现解调的模块,频率检波器,或,鉴频器,。,数字通信系统,，调制信号为,数字信号,，相应的调制为,数字调制,。,软件无线电,，用软件的方法实现通信系统中一部分电路的功能，改变程序便可变更调制方式。,8小结,(,1,)非线性电子线路讨论的范围,除小信号放大器以外的其他功能电路,振荡器、功放、调制器、解调器、混频器、倍频器,。,7其他通信系统 调频无线通信系统，发射机和接收机都包,22,(,2,),本课程讨论的内容,三类电路,功率放大电路,在输入信号作用下，可将直流电源提供的部分功率转换为按输入信号规律变化的输出信号功率，并使输出信号的功率大于输入信号的功率。,振荡电路,可在不加输入信号的情况下，稳定地产生特定频率或特定频率范围的正弦波振荡信号。,波形变换和频率变换电路,能在输入信号作用下产生与之波形和频谱不同的输出信号。包括：,调制电路、解调电路、混频电路,和,倍频电路,。,本课程将顺序学习这三类电路。,(2)本课程讨论的内容三类电路 功率放大电路,23,0.2,非线性器件的基本特点,非线性电子线路中，上述,三类,功能的实现利用了器件的非线性特性，为此，有必要首先了解非线性器件的,基本特点,(,参数、控制变量、,不能用,叠加定理,)。,一、非线性器件特性的参数,主要有三个参数：,直流参数,适用于直流分析,交流参数,适用于频率变换电路的分析,平均参数,适用于功率放大和振荡电路的分析,0.2非线性器件的基本特点非线性电子线路中，上述三类功,24,i,v,图 0,-,2,-,1,例：非线性电阻：,直流电导（静态电导）,定义：,意义：伏安特性曲线上任一点与原点之间连线的斜率，它表明直流电流与直流电压间的依存关系。,特点：其值是,V,Q,(,或,I,Q,),的非线性函数。,应用：直流分析。,交流电导（微变电导或增量电导）,定义：,意义：伏安特性曲线上任一点的斜率，或该点上增量电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。,特点：其值是,V,Q,(,或,I,Q,)的非线性函数。,应用：交流分析。,iv图 0-2-1例：非线性电阻：直流电导（静态电导,25,平均电导,图 0,-,2,-,2在大信号作用下的,电流波形,定义：,当器件两端加余弦电压,v,=,V,m,cos,t,时，,因,特性的非线性，流过器件的电流必为非余弦，将其按,傅,里叶级数展开：,则,平均电导,即为,基波电流振幅,与,外加电压振幅,之比：,意义：反映,基波电流,与,外加电压,间的依存关系。,特点：其值是,V,Q,(,或,I,Q,)和,V,m,的非线性函数。,应,用：功放和振荡电路分析。,平均电导图 0-2-2在大信号作用下的定义：当器件,26,二、非线性