1、緒論0.1非線性電子線路的作用0.2非線性器件的基本特點 0.3本課程的特點0.1非線性電子線路的作用一、線性電子電路與非線性電子電路 電子器件嚴格講是非線性的，但依使用條件不同，表現(xiàn)的非線性程度不同。為此，有如下兩種應用： 線性電路：對信號進行處理時，盡量使用器件特性的線性部分。電路基本是線性的，但存在不希望有的失真。非線性電路：對信號進行處理時，使用了器件特性的非線性部分，利用器件的非線性完成振蕩、頻率變換等功能。器件特性與使用條件密切相關(guān)，例如： 小信號條件下，輸入信號小，在一定條件下電路可用線性等效電路表示，例如各種小信號放大器(線性電子線路)中，器件的特性歸屬線性電子線路。 大信號條

2、件下，輸入信號大，必涉及器件的非線性部分，例如功率放大器。故不能用線性等效電路表示電子器件的特征，而必須用非線性電路的分析方法。所以，功放歸屬非線性電子線路。 二、非線性電子線路在通信系統(tǒng)中的應用1通信系統(tǒng)的分類 (1)有線通信系統(tǒng)：利用導線傳送信息(2)無線通信系統(tǒng)：利用電磁波傳送信息 (3)光纖通信系統(tǒng)：利用光導纖維傳送信息2無線通信系統(tǒng)圖 0-1-1無線通信系統(tǒng)的組成 組成：發(fā)射裝置 + 接收裝置 + 傳輸媒體(1) 發(fā)射裝置 換能器： 將被發(fā)送的信息變換為電信號。例：話筒將聲音變?yōu)殡娦盘?。將換能器輸出的電信號變?yōu)閺姸茸銐虻母哳l電振蕩。 發(fā)射機： 無線通信系統(tǒng)的組成 天線：將高頻電振蕩變

3、成電磁波向傳輸媒質(zhì)輻射。 (2) 接收裝置 接收是發(fā)射的逆過程。 接收天線： 高頻電振蕩電信號 接收機：將從空間接收的電磁波 高頻電振蕩。 換能器：將電信號所傳送信息 (3) 傳輸媒體電磁波電磁波傳送方式，依據(jù)波長不同，可分為：長波、中波、短波、超短波。表 1各波段特點波 段波長/m頻率/MHz特 點說 明中、長波 200 1.5沿地表傳播大地表面是導體，一部分電磁波會損耗掉，頻率越高，損耗越大短波10 2001.5 30靠電離層反射傳播電磁波一部分被吸收，另一部分被反射或折射到地面。頻率越高，被吸收的能量越小，但頻率超過一定值，電磁波會穿過電離層，不再返回地面超短波 30沿空間直線傳播地球表

4、面是彎曲的，所以只能限制在視線范圍內(nèi)圖 0-1-2無線電波傳播方式傳播距離：電離層 地面 直線 3無線通信存在的問題(1)接收信號微弱 電磁波接收天線(2)存在干擾例如其他電臺的發(fā)射信號，各種工業(yè)、醫(yī)學裝置輻射電磁波，大氣層、宇宙固有的電磁干擾等。對接收裝置的要求：增益高，選擇性好。4解決方案 發(fā)射機和接收機借助線性和非線性電子線路對攜有信息的電信號進行變換和處理。除放大外，最主要有調(diào)制、解調(diào)。 (1)調(diào)制由攜有信息的電信號(如音頻信號)去控制高頻振蕩信號的某一參數(shù)(如振幅)，使該參數(shù)按照電信號的規(guī)律而變化(調(diào)幅)。 調(diào)制信號：攜有信息的電信號。 載波信號：未調(diào)制的高頻振蕩信號。 已調(diào)波：經(jīng)過

5、調(diào)制后的高頻振蕩信號。 根據(jù)受控參數(shù)：調(diào)幅、調(diào)角(調(diào)頻、調(diào)相)。 (2)解調(diào)調(diào)制的逆過程，將已調(diào)波轉(zhuǎn)換為載有信息的電信號。 (3)調(diào)制的作用 減小天線的尺寸。 音頻范圍：20 Hz 20 kHz，若發(fā)射 100 Hz，波長 = c /f = 3 000 km，天線至少幾百千米。需減少波長，提高發(fā)射頻率。 選臺。將不同電臺發(fā)送的信息分配到不同頻率的載波信號上，使接收機可選擇特定電臺的信息而抑制其他電臺發(fā)送的信息和各種干擾。 5調(diào)幅發(fā)射機組成圖 0-1-3調(diào)幅廣播發(fā)射機的組成調(diào)幅廣播發(fā)射機的組成各部分作用：(1)振蕩器產(chǎn)生 fosc 的高頻振蕩信號，幾十千赫以上。(2)高頻放大器多級小信號諧振放大

6、器，放大振蕩信號，使頻率倍增至 fc，并提供足夠大的載波功率。(3)調(diào)制信號放大器多級放大器，前幾級為小信號放大器，放大微音器的電信號；后幾級為功放，提供功率足夠的調(diào)制信號。 (4)振幅調(diào)制器實現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號和調(diào)制信號變換為所需的調(diào)幅波信號，并加到天線上。6調(diào)幅接收機 圖 0-1-4調(diào)幅廣播接收機的組成調(diào)幅廣播接收機的組成(1) 高頻放大器為小信號諧振放大器，作用： 選臺。利用可調(diào)諧的諧振系統(tǒng)選出有用信號，抑制其他頻率的干擾信號。 放大。放大選出的有用信號。 (2) 混頻器兩路輸入為： 由高放級：已調(diào)信號 fc 。 由本機振蕩器：本振信號 fL。作用：載波變頻將已調(diào)信號的載波由

7、fc (高頻)變換為 fI (中頻)， fI = |fc - fL |而調(diào)制波形不變。 (3)本機振蕩 產(chǎn)生頻率為 fL =|fc + fI |(或 fL = fc - fI )的高頻等幅振蕩信號。fL 可調(diào)，并能跟蹤 fc。(4)中頻放大器為多級固定調(diào)諧的小信號放大器，作用：放大中頻信號。 (5)檢波器解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原所傳送的調(diào)制信號。(6)低頻放大器小信號放大器 功率放大器，作用：放大調(diào)制信號，向揚聲器提供所需的推動功率。可見，有用信號在不同頻率上進行放大超外差接收機 。 特點：解調(diào)電路前包括混頻器、本機振蕩、中頻放大器等。 優(yōu)點： 增益高，選擇性好。直接高放接收機：解調(diào)前僅包括高放

8、，無混頻器、本機振蕩、中頻放大器等，增益低，選擇性差。 7其他通信系統(tǒng) 調(diào)頻無線通信系統(tǒng)，發(fā)射機和接收機都包括上述各模塊，區(qū)別主要在于調(diào)制器和解調(diào)器上。實現(xiàn)調(diào)制的模塊頻率調(diào)制器；實現(xiàn)解調(diào)的模塊頻率檢波器或鑒頻器。 數(shù)字通信系統(tǒng)，調(diào)制信號為數(shù)字信號，相應的調(diào)制為數(shù)字調(diào)制。 軟件無線電，用軟件的方法實現(xiàn)通信系統(tǒng)中一部分電路的功能，改變程序便可變更調(diào)制方式。 8小結(jié)(1)非線性電子線路討論的范圍除小信號放大器以外的其他功能電路振蕩器、功放、調(diào)制器、解調(diào)器、混頻器、倍頻器。 (2)本課程討論的內(nèi)容三類電路 功率放大電路在輸入信號作用下，可將直流電源提供的部分功率轉(zhuǎn)換為按輸入信號規(guī)律變化的輸出信號功率，

9、并使輸出信號的功率大于輸入信號的功率。 振蕩電路可在不加輸入信號的情況下，穩(wěn)定地產(chǎn)生特定頻率或特定頻率范圍的正弦波振蕩信號。 波形變換和頻率變換電路能在輸入信號作用下產(chǎn)生與之波形和頻譜不同的輸出信號。包括：調(diào)制電路、解調(diào)電路、混頻電路和倍頻電路。本課程將順序?qū)W習這三類電路。0.2非線性器件的基本特點非線性電子線路中，上述三類功能的實現(xiàn)利用了器件的非線性特性，為此，有必要首先了解非線性器件的基本特點(參數(shù)、控制變量、不能用疊加定理)。 一、非線性器件特性的參數(shù) 主要有三個參數(shù)： 直流參數(shù)適用于直流分析 交流參數(shù)適用于頻率變換電路的分析 平均參數(shù)適用于功率放大和振蕩電路的分析iv圖 0-2-1例：

10、非線性電阻： 直流電導定義： 意義：表明直流電流與直流電壓間的依存關(guān)系。特點：其值是 VQ(或 IQ) 的非線性函數(shù)。應用：直流分析。 交流電導定義：意義：伏安特性曲線上任一點的斜率，或該點上增量電流與增量電壓的比值。特點：其值是 VQ(或 IQ)的非線性函數(shù)。應用：交流分析。 平均電導圖 0-2-2在大信號作用下的電流波形定義：當器件兩端加余弦電壓 v = Vmcos t 時，因特性的非線性，流過器件的電流必為非余弦，將其按傅里葉級數(shù)展開：則平均電導即為基波電流振幅與外加電壓振幅之比： 意義：反映基波電流與外加電壓間的依存關(guān)系。特點：其值是 VQ(或 IQ) 的非線性函數(shù)。 應用：功放和振蕩

11、電路分析。二、非線性器件特性的控制變量控制變量不同，非線性器件的特性也不同，故分析時須注明它的控制變量。1控制量不同，特性不同iv圖 0-2-1例 1：二極管電壓為控制量電流對電壓呈指數(shù)關(guān)系變化；電流為控制量電壓對電流呈對數(shù)關(guān)系變化。2特性為非單調(diào)時多值和負值例 2 ：隧道二極管圖 0-2-3伏安特性曲線(1)控制變量電壓：電流為單值電流：電壓為多值 壓控非線性器件(2)直流電導 g0 0，在曲線上任一點均為正。 (3)交流電導 g(a, b) 0，即在 a、b 段為負電導。 器件特性的描述與控制變量有關(guān)，并可能出現(xiàn)負參數(shù)，尤其特性非單調(diào)變化時非線性與線性器件的重要區(qū)別。三、不滿足疊加定理 若 i = f(v)，v = v1 + v2則 i = f(v1 + v2)但 i f(v1)+ f(v2)例 i = av2 v = v1 + v2 注意，i 中除體現(xiàn)兩電壓分別作用外，還包含兩電壓乘積項產(chǎn)生的響應電流。若 v1 = V1mcos 1t， v2 = V2mcos 2t ，則 i 中除出現(xiàn) 1，2 兩分量外，還出現(xiàn)兩電壓乘積項產(chǎn)生的角頻率為 1 2 的新頻率分量。出現(xiàn)新的頻率成分 非線性電路可以實現(xiàn)頻率加、減等更多電路功能。 0.3本課程的特點1工程上采用近似分析法 非線性器件物理特性復雜，需要解非線性方程或時變系數(shù)的線性微分方程。 對策：對器件數(shù)學模型和電