1、第第1 1章章 緒論緒論第第1 1章章 緒論緒論1.1 電子線路的分類電子線路的分類1.2 線性與非線性電子線路線性與非線性電子線路1.3 非線性電子線路的應(yīng)用非線性電子線路的應(yīng)用 1.4 本課程的要求本課程的要求第第1 1章章 緒論緒論 包含有源器件的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為電子線路。電子線路包含有源器件的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為電子線路。電子線路的分類方法很多，按照工作頻率可分成低頻電子線路、的分類方法很多，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、地震電的范圍，語音的電信號、生物電信號、地

2、震電信號、機械振動的電信號等都屬于這個范圍。信號、機械振動的電信號等都屬于這個范圍。 1.1 電子線路的分類電子線路的分類第第1 1章章 緒論緒論所有在這個頻率范圍的電信號的產(chǎn)生、放大、變換、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。高頻通常指頻率在處理都屬于低頻電子線路的范疇。高頻通常指頻率在300kHz300MHz的范圍，廣播、電視、短波通信、移動通的范圍，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)。微波泛指頻率高于率高于300MHz以上的范圍，衛(wèi)星電視、微波中繼通信、雷以上的范圍，

3、衛(wèi)星電視、微波中繼通信、雷達、導(dǎo)航等設(shè)備都工作在這個頻率范圍達、導(dǎo)航等設(shè)備都工作在這個頻率范圍(見附錄一見附錄一)。第第1 1章章 緒論緒論工作頻率不同，對有源器件電性能的要求、電子線路工作頻率不同，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，對有源器件的上限工作頻率的要求也隨之提高；器件本身的分布參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、載流子擴散量，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，以至變成漂移的時間等因素的

4、影響都會逐漸地明顯起來，以至變成必須考慮的主要因素。必須考慮的主要因素。 第第1 1章章 緒論緒論按照流通的信號形式，電子線路又可分成模擬電子線按照流通的信號形式，電子線路又可分成模擬電子線路和數(shù)字電子線路。所有完成模擬信號產(chǎn)生、放大、變換、路和數(shù)字電子線路。所有完成模擬信號產(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。所有完成數(shù)處理和傳輸?shù)碾娮泳€路統(tǒng)稱為模擬電子線路。所有完成數(shù)字信號產(chǎn)生、放大、變換、處理及傳輸?shù)碾娮泳€路統(tǒng)稱為字信號產(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。模擬電子線路傳送的信號直觀形象，但電數(shù)字電子線路。模擬電子線路傳送的信號直觀形象，但電路的抗

5、干擾性能差，不便與計算機直接配合。數(shù)字電子線路的抗干擾性能差，不便與計算機直接配合。數(shù)字電子線路傳送的信號是時間上和取值上都離散的信號。路傳送的信號是時間上和取值上都離散的信號。 第第1 1章章 緒論緒論電子線路的第三種分類方法是根據(jù)集成度的高低分成電子線路的第三種分類方法是根據(jù)集成度的高低分成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。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相比，集成電路具有體積小、性集成電路與分立電路相比，集成電路具有體積小、性能穩(wěn)定、可靠性

6、高、維修使用方便等優(yōu)點。但是，由于頻能穩(wěn)定、可靠性高、維修使用方便等優(yōu)點。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。是以分立為主。第第1 1章章 緒論緒論電子線路的第四種分類方法是以電子線路中所包含的電子線路的第四種分類方法是以電子線路中所包含的元件性質(zhì)來分類的。由線性元件組成的電子線路叫線性電元件性質(zhì)來分類的。由線性元件組成的電子線路叫線性電子線路，含有非線性元件的電子線路叫非線性電子線路。子線路，含有非線性元件的電子線路叫非線性電子線路。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；包由恒定參數(shù)元件組成的

7、電子線路叫恒定參數(shù)電子線路；包含有時變參數(shù)元件的電子線路叫參變電子線路或時變電路。含有時變參數(shù)元件的電子線路叫參變電子線路或時變電路。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。非線性電路是用非線性代數(shù)方程、非線性微程來描述的。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。描述恒定參數(shù)電路的分方程、非線性差分方程來描述的。描述恒定參數(shù)電路的方程式中的各項系數(shù)是恒定不變的，描述參變電路的方程方程式中的各項系數(shù)是恒定不變的，描述參變電路的方程式中的系數(shù)是變化的。式中的系數(shù)是變化的。第第1 1章章 緒論緒論1

8、.2 線性與非線性電子線路線性與非線性電子線路非線性電子線路與線性電子線路有五點不同。非線性電子線路與線性電子線路有五點不同。 第一，非線性電子線路不具有疊加性和均勻性，不適第一，非線性電子線路不具有疊加性和均勻性，不適用疊加定理。用疊加定理。第二，在穩(wěn)定狀態(tài)之下，非線性電子線路輸出變量中第二，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，即信號通過非線性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。仍以平方律關(guān)系電子線路以后可以產(chǎn)生出新的頻率成分。仍以平方律關(guān)系為例，當為例，當x=sin1t時，時， y=a/2-(a/2)c

9、os21t。輸入信號中僅有。輸入信號中僅有1頻率分量，而輸出信號中包含有直流和頻率分量，而輸出信號中包含有直流和21的頻率分量，的頻率分量，這些分量都是通過非線性電路產(chǎn)生的。這些分量都是通過非線性電路產(chǎn)生的。 第第1 1章章 緒論緒論再如，當ttx21sinsin時tatatataay)cos()cos(2cos22cos2212121第第1 1章章 緒論緒論第三，第三，處于非線性狀態(tài)工作的有源器件，如晶體三極處于非線性狀態(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

10、圖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。圖說明。圖1.1示出了晶體三極管的轉(zhuǎn)移特性。圖示出了晶體三極管的轉(zhuǎn)移特性。圖1.1(a)中，靜中，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。集電極電流的變化線性工作。集電極電流的變化iC與輸入信號與輸入信號ui近似為線性近似為線性關(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)橛嘞颐}沖形狀。圖電極電流開始出現(xiàn)失真，以至變?yōu)橛嘞颐}沖形狀。圖1.1(b)示出當靜態(tài)偏置電壓小于零，晶體管靜

11、態(tài)處于截止狀態(tài)時，示出當靜態(tài)偏置電壓小于零，晶體管靜態(tài)處于截止狀態(tài)時，隨著輸入信號的增加，集電極電流開始為零，以后變?yōu)橛嚯S著輸入信號的增加，集電極電流開始為零，以后變?yōu)橛嘞颐}沖的形狀。弦脈沖的形狀。第第1 1章章 緒論緒論圖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)； (b)靜態(tài)工作點處于截止區(qū) iCQ00 tUBEQiCuBE0iCuBEui Uimcost t(a)第第1 1章章 緒論緒論Q0iCuBEuBE00iC t tui Uimcost(b)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

12、態(tài)工作點處于放大區(qū)； (b)靜態(tài)工作點處于截止區(qū) 第第1 1章章 緒論緒論第四，描述非線性器件特性的參量有三種：一是靜態(tài)參量，也稱為直流參量；二是動態(tài)參量，也稱為交流參量；三是折合參量，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)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)工作點的電流與靜態(tài)工作點的電壓之比。如圖1.2(a)所示，直流跨導(dǎo) 0CQBEQIgU(1.21)第第1 1章章 緒論緒論交流跨導(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)012coscos2CmmiIItIt

13、(1.22) 當輸入信號ui=Uimcost，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CmQBEigu第第1 1章章 緒論緒論 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 (a)(b)iCICQQUBEQuBEtan g00UBEQ0uBEuBEiCQtan gmiCICQ第第1 1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(1.23)第第1 1章章 緒論緒論第五，非線性電子線路的數(shù)學(xué)描述是非

14、線性方程。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。隨著計算技術(shù)的發(fā)展，二階以下的非線性微分方程可以采用計算機數(shù)值解法，這種方法將會逐步走向?qū)嵱?。第? 1章章 緒論緒論1.3 非線性電子線路的應(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。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。 發(fā)端用戶發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備收端用戶圖1.3 通信系統(tǒng)的框圖 第第1 1章章 緒

15、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、電視、廣播、傳真、衛(wèi)星通信、載波電話、計算機通信等等。這些通信中應(yīng)用的電子線路種類很多。圖1.4示出了無線廣播發(fā)送與接收的框圖，其中，圖1.4(a)示出了無線廣播發(fā)射機的框圖。圖1.4(b)示出了接收機的框圖，天線中感生的無線電信號，經(jīng)過輸入回路的選擇，取出要收聽的已調(diào)波信號，經(jīng)過高頻放大器放大，把信號送入到混頻器中第第1 1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1.4 無線廣播發(fā)

16、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1 1章章 緒論緒論(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 器揚聲器fsfsfiFf1音 頻放 大圖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；(b)接收設(shè)備 第第1 1章章 緒論緒論1.4 本課程的要求本課程的要求首先，本教材編寫的出發(fā)點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)的傳輸特性兩個方面入手。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。第第1 1章章 緒論緒論第二，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，必須學(xué)會邏輯推理，善