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(chǎn)生、放大、變換、處理都屬于低頻電子線路的范疇。當前第1頁\共有43頁\編于星期日\16點

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(shè)備都工作在這個頻率范圍之內(nèi)。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(dǎo)航設(shè)備都工作在這個頻率范圍(見附錄一)。當前第2頁\共有43頁\編于星期日\16點

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(jié)構(gòu)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(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，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。當前第4頁\共有43頁\編于星期日\16點

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。當前第5頁\共有43頁\編于星期日\16點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(shè)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);當前第6頁\共有43頁\編于星期日\16點

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(chǎn)生出新的頻率成分。仍以上述平方律關(guān)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(chǎn)生的。當前第7頁\共有43頁\編于星期日\16點

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(yīng)管、運算放大器等，它們的輸出響應(yīng)與器件工作點的選取和輸入信號的大小有關(guān)。這一點，可以用圖1.1說明。圖1.1示出了晶體三極管的轉(zhuǎn)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(guān)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(chǎn)生余弦脈沖的輸出。當前第8頁\共有43頁\編于星期日\16點

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(guān)系(a)靜態(tài)工作點處于放大區(qū)當前第9頁\共有43頁\編于星期日\16點

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(guān)系(b)靜態(tài)工作點處于截止區(qū)當前第10頁\共有43頁\編于星期日\16點

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(dǎo)分別要用直流跨導(dǎo)、交流跨導(dǎo)和平均跨導(dǎo)三個參量來表述。所謂直流跨導(dǎo)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(dǎo)定義(1.2―1)當前第11頁\共有43頁\編于星期日\16點

交流跨導(dǎo)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(dǎo)定義(1.2―2)

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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)示意圖當前第13頁\共有43頁\編于星期日\16點當工作點設(shè)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(guān)于第n次諧波的平均跨導(dǎo)。例如二次諧波的平均跨導(dǎo)為(1.2―3)當前第14頁\共有43頁\編于星期日\16點

第五，非線性電子線路的數(shù)學(xué)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。

當前第15頁\共有43頁\編于星期日\16點1.3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)等各種信號形式。通信系統(tǒng)由發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備組成，如圖1.3所示。當前第16頁\共有43頁\編于星期日\16點圖1.3通信系統(tǒng)的框圖當前第17頁\共有43頁\編于星期日\16點

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(shè)備中應(yīng)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。當前第18頁\共有43頁\編于星期日\16點圖1.4無線廣播發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備框圖(a)發(fā)送設(shè)備當前第19頁\共有43頁\編于星期日\16點圖1.4無線廣播發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備框圖(b)接收設(shè)備當前第20頁\共有43頁\編于星期日\16點1.4本課程的要求

本課程(48學(xué)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(jié)起來都是有源器件與無源網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，信號通過有源及無源網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生,傳輸與變換。因此，學(xué)習(xí)電子線路要從了解和掌握有源器件的特性和無源網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性兩個方面入手。當前第21頁\共有43頁\編于星期日\16點

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(jié)合的條件不同。學(xué)習(xí)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(yīng)用條件、特點。為此，必須學(xué)會辯證的思維方法，善于全面地、客觀地認識問題。當前第22頁\共有43頁\編于星期日\16點

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(xué)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(xué)運算證明之前，能夠運用所學(xué)理論進行推理，預(yù)知可能的正確結(jié)果，這點對工程技術(shù)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(fù)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(xué)和物理等方面的知識。第四,注意概括和總結(jié),防止見樹不見林。

當前第23頁\共有43頁\編于星期日\16點1.5預(yù)備知識

電抗元件的品質(zhì)因素Q=

1.電感元件的Q值串聯(lián)形式定義:Q==

LReo

I當前第24頁\共有43頁\編于星期日\16點并聯(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當前第25頁\共有43頁\編于星期日\16點2.電容元件的Q值串聯(lián)形式:Q=CReoI當前第26頁\共有43頁\編于星期日\16點并聯(lián)形式:Q=Reo的含義同電感UReoC當前第27頁\共有43頁\編于星期日\16點二.串并聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換公式阻抗Z的倒數(shù)稱為導(dǎo)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(zhuǎn)換要求轉(zhuǎn)換前后端導(dǎo)納相等,以串并為例,

YsXsRsYpXpRp當前第28頁\共有43頁\編于星期日\16點化簡并根據(jù)復(fù)數(shù)相等為實部與虛部應(yīng)分別相等的概念,得:當前第29頁\共有43頁\編于星期日\16點三.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(shè)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’當前第30頁\共有43頁\編于星期日\16點解得:2.自耦合變壓器USN1N2RLUL接入點當前第31頁\共有43頁\編于星期日\16點3.雙電容抽頭耦合根據(jù)功率等效原理得:C1C2RLRSISUsULR’LRSISI當前第32頁\共有43頁\編于星期日\16點4.雙電感抽頭耦和(L1,L2之間無互感)ISRSUSL1L2RLULR’L當前第33頁\共有43頁\編于星期日\16點四.電流源或電壓源經(jīng)自耦合變壓器的等效折算因為PS=ISUS=I’sUL=PL所以

ISRSRLUSN2N1UL123I’SR’S123RLUL當前第34頁\共有43頁\編于星期日\16點五.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(dǎo)納ISCLReoICILUIRZ當前第35頁\共有43頁\編于星期日\16點阻抗諧振特性: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.當前第36頁\共有43頁\編于星期日\16點諧振回路的品質(zhì)因素Q1.空載時(不考慮信號源內(nèi)阻和回路負載)Q=Qeo=2.有載時(考慮信號源內(nèi)阻和回路負載的影響)Q=Qe=諧振矢量圖:UIcILIR當前第37頁\共有43頁\編于星期日\16點失諧特性,當ω