电子线路非线性部分(第四版)谢嘉奎绪论第一章标准.ppt

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绪论绪论0.1非线性电子线路的作用非线性电子线路的作用0.2非线性器件的基本特点非线性器件的基本特点0.3本课程的特点本课程的特点0.1非线性电子线路的作用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一、线性电子电路与非线性电子电路电电子子器器件件严严格格讲讲是是非非线线性性的的，但但依依使使用用条条件件不不同同，表表现的非线性程度不同。

为此，有如下两种应用：

现的非线性程度不同。

为此，有如下两种应用：

线性电路：

线性电路：

对信号进行处理时，尽量使用器件特性的对信号进行处理时，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。

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：

非线性电路：

对信号进行处理时，使用了器件特性的对信号进行处理时，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、频率变换等功非线性部分，利用器件的非线性完成振荡、频率变换等功能。

能。

器件特性与使用条件密切相关，例如：

器件特性与使用条件密切相关，例如：

小小信信号号条条件件下下，输输入入信信号号小小，在在一一定定条条件件下下电电路路可可用用线线性性等等效效电电路路表表示示，例例如如各各种种小小信信号号放放大大器器（线线性性电电子子线线路路）中，器件的特性归属线性电子线路。

中，器件的特性归属线性电子线路。

大大信信号号条条件件下下，输输入入信信号号大大，必必涉涉及及器器件件的的非非线线性性部部分分，例例如如功功率率放放大大器器。

故故不不能能用用线线性性等等效效电电路路表表示示电电子子器器件件的的特特征征，而而必必须须用用非非线线性性电电路路的的分分析析方方法法。

所所以以，功功放放归属归属非线性非线性电子线路。

电子线路。

二、非线性电子线路在通信系统中的应用二、非线性电子线路在通信系统中的应用1通信系统的分类通信系统的分类

（1）有线通信系统：

利用导线传送信息有线通信系统：

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光纤通信系统：

利用光导纤维传送信息2无线通信系统无线通信系统图图0-1-1无线无线通信系统的组成通信系统的组成组成：

组成：

发射装置发射装置+接收装置接收装置+传输媒体传输媒体

（1）发射装置发射装置换能器：

换能器：

将将被被发发送送的的信信息息变变换换为为电电信信号号。

例例：

话话筒筒将将声声音音变变为为电电信号。

信号。

将将换换能能器器输输出出的的电电信信号号变变为为强强度度足足够够的的高高频电振荡。

频电振荡。

发射机：

发射机：

无线通信系统的组成无线通信系统的组成天线：

天线：

将高频电振荡变成将高频电振荡变成电磁波电磁波向传输媒质辐射。

向传输媒质辐射。

（2）接收装置接收装置接收是发射的逆过程。

接收是发射的逆过程。

接收天线：

接收天线：

高高频电振振荡电信号信号接收机：

接收机：

将从空间接收的电磁波将从空间接收的电磁波高频电振荡高频电振荡。

换能器：

换能器：

将将电信号信号所所传送信息送信息（3）传输媒体传输媒体电磁波电磁波电磁波传送方式，依据波长不同，可分为：

电磁波传送方式，依据波长不同，可分为：

长波长波、中中波波、短波短波、超短波超短波。

表表1各波段特点各波段特点波波段段波长波长/m频率频率/MHz特特点点说说明明中、中、长波长波2001.5沿地表沿地表传播传播大大地地表表面面是是导导体体，一一部部分分电电磁磁波波会会损损耗耗掉掉，频频率率越越高高，损耗越大损耗越大短波短波102001.530靠电离靠电离层反射层反射传播传播电电磁磁波波一一部部分分被被吸吸收收，另另一一部部分分被被反反射射或或折折射射到到地地面面。

频频率率越越高高，被被吸吸收收的的能能量量越越小小，但但频频率率超超过过一一定定值值，电电磁磁波波会会穿穿过过电电离离层层，不不再再返返回地面回地面超短波超短波30沿空间沿空间直线直线传播传播地地球球表表面面是是弯弯曲曲的的，所所以以只只能限制在视线范围内能限制在视线范围内图图0-1-2无线电波传播方式无线电波传播方式传播距离：

传播距离：

电离层电离层地面地面直线直线3无线通信存在的问题无线通信存在的问题

（1）接收信号微弱接收信号微弱电磁波磁波接收天接收天线

（2）存在干扰存在干扰例例如如其其他他电电台台的的发发射射信信号号，各各种种工工业业、医医学学装装置置辐辐射射电磁波，大气层、宇宙固有的电磁干扰等。

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。

对接收装置的要求：

增益高，选择性好。

4解决方案解决方案发发射射机机和和接接收收机机借借助助线线性性和和非非线线性性电电子子线线路路对对携携有有信信息息的的电电信信号号进进行行变变换换和和处处理理。

除除放放大大外外，最最主主要要有有调调制制、解调解调。

（1）调制调制由由携携有有信信息息的的电电信信号号（如如音音频频信信号号）去去控控制制高高频频振振荡荡信信号号的的某某一一参参数数（如如振振幅幅），使使该该参参数数按按照照电电信信号号的的规规律律而而变变化化（调幅调幅）。

调制信号：

调制信号：

携有信息的电信号。

携有信息的电信号。

载波信号：

载波信号：

未调制的高频振荡信号。

未调制的高频振荡信号。

已调波：

已调波：

经过调制后的高频振荡信号。

经过调制后的高频振荡信号。

根据受控参数根据受控参数：

调幅、调角：

调幅、调角（调频、调相调频、调相）。

（2）解调解调调制的逆过程，将已调波转换为载有信息的电信号。

调制的逆过程，将已调波转换为载有信息的电信号。

（3）调制的作用调制的作用减减小小天天线线的的尺尺寸寸。

音音频频范范围围：

20Hz20kHz，若若发发射射100Hz，波波长长=c/f=3000km，天天线线至至少少几几百百千千米米。

需减少波长，提高发射频率需减少波长，提高发射频率。

选选台台。

将将不不同同电电台台发发送送的的信信息息分分配配到到不不同同频频率率的的载载波波信信号号上上，使使接接收收机机可可选选择择特特定定电电台台的的信信息息而而抑抑制制其其他他电电台发送的信息和各种干扰。

台发送的信息和各种干扰。

5调幅调幅发射机组成发射机组成图图0-1-3调幅广播发射机的组成调幅广播发射机的组成调幅广播发射机的组成调幅广播发射机的组成各各部分作用：

部分作用：

（1）振荡器振荡器产生产生fosc的高频振荡信号，几十千赫以上。

的高频振荡信号，几十千赫以上。

（2）高频放大器高频放大器多多级级小小信信号号谐谐振振放放大大器器，放放大大振振荡荡信信号号，使使频频率率倍倍增增至至fc，并提供足够大的载波功率。

并提供足够大的载波功率。

（3）调制信号放大器调制信号放大器多多级级放放大大器器，前前几几级级为为小小信信号号放放大大器器，放放大大微微音音器器的的电电信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。

信号；后几级为功放，提供功率足够的调制信号。

（4）振幅调制器振幅调制器实实现现调调幅幅功功能能，将将输输入入的的载载波波信信号号和和调调制制信信号号变变换换为为所所需的调幅波信号，并加到天线上。

需的调幅波信号，并加到天线上。

6调幅接收机调幅接收机图图0-1-4调幅广播接收机的组成调幅广播接收机的组成调幅广播接收机的组成调幅广播接收机的组成

（1）高频放大器高频放大器为小信号谐振放大器，作用：

为小信号谐振放大器，作用：

选选台台。

利利用用可可调调谐谐的的谐谐振振系系统统选选出出有有用用信信号号，抑抑制制其其他频率的干扰信号。

他频率的干扰信号。

放大放大。

放大选出的有用信号。

放大选出的有用信号。

（2）混频器混频器两路两路输入入为：

为：

由高放级：

由高放级：

已已调信号信号fc。

由由本机振本机振荡器器：

本振信号本振信号fL。

作作用用：

载载波波变变频频将将已已调信信号号的的载载波波由由fc（高高频频）变换为fI（中频中频），fI=|fcfL|而调制波形不变。

而调制波形不变。

（3）本机振荡本机振荡产生生频率率为fL=|fc+fI|（或或fL=fcfI）的的高高频等等幅幅振振荡信号。

信号。

fL可可调，并能跟踪，并能跟踪fc。

（4）中频放大器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。

为多级固定调谐的小信号放大器，作用：

放大中频信号。

（5）检波器检波器解调，从中频调幅波还原所传送的调制信号。

解调，从中频调幅波还原所传送的调制信号。

（6）低频放大器低频放大器小小信信号号放放大大器器功功率率放放大大器器，作作用用：

放放大大调调制制信信号号，向扬声器提供所需的推动功率。

向扬声器提供所需的推动功率。

可可见见，有有用用信信号号在在不不同同频频率率上上进进行行放放大大超超外外差差接收机接收机。

特特点点：

解解调调电电路路前前包包括括混混频频器器、本本机机振振荡荡、中中频频放放大大器器等。

等。

优点：

优点：

增益高，选择性好。

增益高，选择性好。

直直接接高高放放接接收收机机：

解解调调前前仅仅包包括括高高放放，无无混混频频器器、本本机机振荡、中频放大器振荡、中频放大器等，增益低，选择性差。

等，增益低，选择性差。

7其他通信系统其他通信系统调调频频无无线线通通信信系系统统，发发射射机机和和接接收收机机都都包包括括上上述述各各模块，区别主要在于模块，区别主要在于调制器调制器和和解调器解调器上。

上。

实现调制的模块实现调制的模块频率调制器频率调制器；实现解调的模块实现解调的模块频率检波器频率检波器或或鉴频器鉴频器。

数数字字通通信信系系统统，调调制制信信号号为为数数字字信信号号，相相应应的的调调制制为为数字调制数字调制。

软软件件无无线线电电，用用软软件件的的方方法法实实现现通通信信系系统统中中一一部部分分电路的功能，改变程序便可变更调制方式。

电路的功能，改变程序便可变更调制方式。

8小结小结

（1）非线性电子线路讨论的范围非线性电子线路讨论的范围除除小小信信号号放放大大器器以以外外的的其其他他功功能能电电路路振振荡荡器器、功功放放、调制器、解调器、混频器、倍频器调制器、解调器、混频器、倍频器。

（2）本课程讨论的内容本课程讨论的内容三类电路三类电路功功率率放放大大电电路路在在输输入入信信号号作作用用下下，可可将将直直流流电电源源提提供供的的部部分分功功率率转转换换为为按按输输入入信信号号规规律律变变化化的的输输出出信信号号功率，并使输出信号的功率大于输入信号的功率。

功率，并使输出信号的功率大于输入信号的功率。

振振荡荡电电路路可可在在不不加加输输入入信信号号的的情情况况下下，稳稳定定地地产生特定频率或特定频率范围的正弦波振荡信号。

产生特定频率或特定频率范围的正弦波振荡信号。

波波形形变变换换和和频频率率变变换换电电路路能能在在输输入入信信号号作作用用下下产产生生与与之之波波形形和和频频谱谱不不同同的的输输出出信信号号。

包包括括：

调调制制电电路路、解调电路、混频电路解调电路、混频电路和和倍频电路倍频电路。

本课程将顺序学习这三类电路。

本课程将顺序学习这三类电路。

0.2非线性器件的基本特点非线性器件的基本特点非非线线性性电电子子线线路路中中，上上述述三三类类功功能能的的实实现现利利用用了了器器件件的的非非线线性性特特性性，为为此此，有有必必要要首首先先了了解解非非线线性性器器件件的的基基本本特点特点（参数、控制变量、参数、控制变量、不能用不能用叠加定理叠加定理）。

一、非线性器件特性的参数一、非线性器件特性的参数主要有三个参数：

主要有三个参数：

直流参数直流参数适用于直流分析适用于直流分析交流参数交流参数适用于频率变换电路的分析适用于频率变换电路的分析平均参数平均参数适用于功率放大和振荡电路的分析适用于功率放大和振荡电路的分析iv图图0-2-1例：

非线性电阻：

例：

非线性电阻：

直流电导直流电导定义定义：

意意义义：

表表明明直直流流电电流流与与直直流流电电压压间间的依存关系。

的依存关系。

特点：

其值是特点：

其值是VQ（或或IQ）的非线性函数。

的非线性函数。

应用：

直流分析。

应用：

直流分析。

交流电导交流电导定义定义：

意意义义：

伏伏安安特特性性曲曲线线上上任任一