第一章非線性電子(線路主要內(nèi)容：說明無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)的組成

無線電信號的特性無線電接收機框圖無線電發(fā)射機框圖高頻小信號放大器高頻功率放大器正弦波振蕩器集電極調(diào)幅與大信號檢波變?nèi)荻O管調(diào)頻鎖相環(huán)作業(yè)非線性電子電路一、線性電子電路與非線性電子電路

線性電路：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：利用器件特性的非線性特性，完成振蕩、頻率變換、放大等功能。器件特性與使用條件密切相關(guān)。1模擬電子線路：輸入、輸出均為模擬量電路由D、BJT(雙極結(jié)晶體管)、MOS、R、L、C組成12）器件一般工作在高頻段。電路特點：1）器件均工作在非線性狀態(tài)；

*注：現(xiàn)代電子設(shè)備多為交叉運用。電的傳遞路徑方式與主要分析研究方法高頻電路——廣播、電視、通訊等頻率較高,電參數(shù)集中的高頻（射頻）應(yīng)用。

顯著特點：工作頻率界于低頻電路和微波

電路之間，內(nèi)“路”外“場”。微波電路——通信、雷達(dá)、導(dǎo)航與電子對抗等

頻率高于高頻電路、集總參數(shù)應(yīng)用低頻電路——儀器、儀表、自動化控制、醫(yī)療電子、電話線等頻率較低的一般性應(yīng)用。特點：能量直接在線路上

傳遞。電磁場

——完全非“電路”傳輸，能量以“場”的形式傳遞和接收頻率由低到高強電（高低壓）——電力電子技術(shù)，發(fā)供電設(shè)備，電力拖動，大功率電器等。特點：能量以線路（電纜）形式傳遞，頻率50Hz（某些國家60Hz）弱電數(shù)字電路——自動化控制、計算機、數(shù)據(jù)通訊等模擬電路說明理論體系本課程的性質(zhì)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課；相關(guān)知識要求較高，難度超過《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》特點非純理論性課程實踐性很強以工程實踐的觀點來處理電路中的一些問題說明（續(xù)）換能器：將聲音變成電信號Microphone發(fā)射機：將電信號變成特定頻率和足夠強度的高頻信號Transmitter接收機：將高頻信號還原成攜帶有聲音的電信號Receiver換能器：將攜帶有聲音的電信號恢復(fù)成聲音SpeakerEarphone發(fā)射天線將高頻電信號變成電磁場發(fā)射Antenna接收天線將電磁場變成高頻電信號無線通信系統(tǒng)的構(gòu)成無線通信系統(tǒng)1.時間特性指信號隨時間變化快慢的特性，通常用時域波形或數(shù)學(xué)表達(dá)式（電壓或電流）來表示。要求傳輸信號電路的時間特性（如時間常數(shù)）必須與該信號的時間特性相適應(yīng)。常用的信號表示方法數(shù)學(xué)表達(dá)式法波形表達(dá)方式無線電信號的特性常用的信號表示方法1、數(shù)學(xué)表達(dá)式法如：階越函數(shù)正弦波無線電信號的特性（續(xù)1）A2、波形表達(dá)方式例如：t無線電信號的特性（續(xù)2）2.頻譜特性

任何形式的信號都可以分解為許多不同頻率、不同幅度的正弦信號之和。諧波次數(shù)越高，幅度越小，影響越小。任何信號都會占據(jù)一定的帶寬。從頻譜特性上看，帶寬就是信號能量主要部分（一般為90％以上）所占據(jù)的頻帶。無線電信號的特性（續(xù)3）無線電信號的特性（續(xù)4）由于任何復(fù)雜的信號，都可分解為許多不同頻率的正弦信號之和，因此，所謂“頻譜”即是指組成信號的各正弦分量按頻率分布的情況。為了更直觀地了解信號的頻率組成和特點，我們通常采用作圖的方法來表示頻譜。用頻率f作橫座標(biāo)，用信號的各正弦分量的相對振幅作縱座標(biāo)，通常稱之為頻譜圖。頻譜特性有幅頻特性和相頻特性兩部分，分別反映信號中各個頻率分量的振幅和相位的分布情況。脈沖信號的分解無線電信號的特性（續(xù)5）脈沖信號的頻譜f1表示脈沖重復(fù)頻率，也就是基波頻率。f3、f5、f7…分別表示三、五、七次諧波，在f軸的0點，表示直流分量，這條譜線的長度表示脈沖直流分量（即平衡值）的大小。高次諧波的譜線可以分布到很高的頻率，但其幅度已相當(dāng)小。無線電信號的特性（續(xù)6）例如：下面所示為一般語音信號的頻譜示意圖可以看到語音信號的頻譜是連續(xù)的，其主要能量集中在1000Hz左右。電壓f/Hz3003400無線電信號的特性（續(xù)7）無線電信號的特性（續(xù)8）頻率特性指無線電信號的頻率或波長。對頻率或波長進(jìn)行分段，稱為頻段或波段。不同頻段信號的產(chǎn)生、放大和接收的方法不同，傳播的方式也不同，因而它們的應(yīng)用范圍也不同。

本書涉及的頻段是從中頻（MF）到超高頻（UHF）的頻率范圍。電磁波輻射的波譜很寬,如下圖1所示。

無線電波的頻段劃分、主要傳播方式和用途表如下表1所示

圖1電磁波波譜圖無線電信號的特性（續(xù)9）波段名稱波長范圍電波名稱頻率范圍傳播方式主要用途極長波>1×105m極低頻ELF<3000Hz主要靠地面波，超過幾千公里的遠(yuǎn)距離則靠天波。通訊、遠(yuǎn)洋導(dǎo)航等。超長波1×105~104m甚低頻VLF3~30KHz長波1×104~103m低頻LF30~300KHz中波1×103~102m中頻MF300~3000KHz白天靠地波，晚上天波和地波均可傳播通訊、遠(yuǎn)洋導(dǎo)航及廣播等。短波1×102~10m高頻HF3~30MHZ主要靠天波，但近距離靠地波米波10~1m甚高頻VHF30~300MHz空間波通訊、電視、調(diào)頻雷達(dá)及導(dǎo)航微波分米波10~1分米特高頻UHF0.3~3GHz空間波、對流層傳播通訊、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、天文等厘米波10~1cm超高頻SHF3~30GHz毫米波10~1mm極高頻EHF30~300GHz表1無線電波段的劃分表無線電信號的特性（續(xù)10）本課程高頻（射頻）頻率范圍：幾百KHz～幾百MHz例：300KHz～300MHz:對應(yīng)波長1000m～1m

（低）音頻電磁波：20Hz～20KHz，對應(yīng)電磁波長15000Km～15Km

中波（調(diào)幅）廣播段：531KHz

～1602KHz調(diào)頻廣播段：30MHz

～300MHz無線電信號的特性（續(xù)11）傳播特性指無線電信號的傳播方式、傳播距離、傳播特點等。不同頻段的無線電信號，其傳播特性不同。決定傳播方式和傳播特點的關(guān)鍵因素是無線電信號的頻率。沿地面?zhèn)鞑ゴ蟮責(zé)o線電波傳播方式地面波1、繞著地球表面?zhèn)鞑?、f<1500KHz;λ>200m3、中、長波段無線電信號的特性（續(xù)12）電離層大地?zé)o線電波傳播方式天波1、利用電離層折射和反射傳播2、1500KHz<f<30MHz;200m>λ>10m3、短波段4、無線廣播、通訊無線電信號的特性（續(xù)13）沿視距傳播大地?zé)o線電波傳播方式空間波（直射傳播）1、沿直線傳播2、f>30MHz;λ<10m3、超短波段、微波4、中繼通訊、調(diào)頻廣播、電視、雷達(dá)無線電信號的特性（續(xù)14）無線電信號的特性（續(xù)15）調(diào)制特性

要通過載波傳送消息，就必須使載波信號的某一個或幾個參數(shù)（振幅、頻率或相位）隨消息信號改變，這一過程就稱為調(diào)制（

Modulation）

。

三種基本調(diào)制方式是振幅調(diào)制（調(diào)幅AM）、頻率調(diào)制（調(diào)頻FM）和相位調(diào)制（調(diào)相PM），還可以有組合調(diào)制方式。一般情況下，高頻載波為單一頻率的正弦波，對應(yīng)的調(diào)制為正弦調(diào)制。若載波為一脈沖信號，則稱這種調(diào)制為脈沖調(diào)制。

“高頻電子線路”課程主要討論模擬消息（調(diào)制）信號和正弦載波的模擬調(diào)制。無線電發(fā)射機框圖及信號變化波形無線電發(fā)射機將音頻信號“裝載”到高頻振蕩中的方法有好幾種，如調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相等。電視中圖象是調(diào)幅，伴音是調(diào)頻。廣播電臺中常用的方法是調(diào)幅與調(diào)頻。AM發(fā)射機最簡單的接收機無線電超外差式接收機框圖及信號變化波形超外差接收機各處波形示意圖AM接收機高頻小信號放大器

1、原理圖1-1所示電路為共發(fā)射極接法的晶體管高頻小信號調(diào)諧放大器。它不僅要放大高頻信號，而且還要有一定的選頻作用，因此晶體管的集電極負(fù)載為LC并聯(lián)諧振回路。在高頻情況下，晶體管本身的極間電容及連接導(dǎo)線的分布參數(shù)等會影響放大器輸出信號的頻率和相位。晶體管的靜態(tài)工作點由電阻RB1，RB2及RE決定，其計算方法與低頻單管放大器相同。

圖1-1小信號調(diào)諧放大器高頻小信號放大器

圖1-2放大器的高頻等效回路高頻小信號放大器2、調(diào)諧放大器的性能指標(biāo)及測量方法表征高頻小信號調(diào)諧放大器的主要性能指標(biāo)有諧振頻率，諧振電壓放大倍數(shù)，放大器的通頻帶BW及選擇性（通常用矩形系數(shù)來表示）等。放大器各項性能指標(biāo)及測量方法如下：（1）諧振頻率放大器的調(diào)諧回路諧振時所對應(yīng)的頻率稱為放大器的諧振頻率，對于圖1-1所示電路（也是以下各項指標(biāo)所對應(yīng)電路），的表達(dá)式為式中，L為調(diào)諧回路電感線圈的電感量；

高頻小信號放大器為調(diào)諧回路的總電容，的表達(dá)式為式中，Coe為晶體管的輸出電容；Cie為晶體管的輸入電容。諧振頻率的測量方法是：用掃頻儀作為測量儀器，用掃頻儀測出電路的幅頻特性曲線，調(diào)變壓器T的磁

芯，使電壓諧振曲線的峰值出現(xiàn)在規(guī)定的諧振頻率點。高頻小信號放大器（2）電壓放大倍數(shù)AV0的測量方法是：在諧振回路已處于諧振狀態(tài)時，用高頻電壓表測量圖1-1中RL兩端的電壓u0及輸入信號ui的大小，則電壓放大倍數(shù)AV0由下式計算：

dB高頻小信號放大器（3）通頻帶由于諧振回路的選頻作用，當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率時，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，習(xí)慣上稱電壓放大倍數(shù)AV下降到諧振電壓放大倍數(shù)AV0的0.707倍時所對應(yīng)的頻率偏移稱為放大器的通頻帶BW，其表達(dá)式為式中，QL為諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。分析表明，放大器的諧振電壓放大倍數(shù)與通頻帶BW的關(guān)系為(1-15)

高頻小信號放大器

通頻帶BW的測量方法：是通過測量放大器的諧振曲線來求通頻帶。測量方法可以是掃頻法，也可以是逐點法。逐點法的測量步驟是：先調(diào)諧放大器的諧振回路使其諧振，記下此時的諧振頻率及電壓放大倍數(shù)然后改變高頻信號發(fā)生器的頻率（保持其輸出電壓uS不變），并測出對應(yīng)的電壓放大倍數(shù)。由于回路失諧后電壓放大倍數(shù)下降，所以放大器的諧振曲線如圖1-3所示。通頻帶越寬放大器的電壓放大倍數(shù)越小。要想得到一定寬度的通頻寬，同時又能提高放大器的電壓增益，由式（1-15）可知，除了選用yfe較大的晶體管外，還應(yīng)盡量減小調(diào)諧回路的總電容量CΣ。如果放大器只用來放大來自接收天線的某一固定頻率的微弱信號，則可減小通頻帶，盡量提高放大器的增益。

圖1-3諧振曲線高頻小信號放大器（4）選擇性——矩形系數(shù)調(diào)諧放大器的選擇性可用諧振曲線的矩形系數(shù)Kv0.1時來表示，如圖（1-3）所示的諧振曲線，矩形系數(shù)Kv0.1為電壓放大倍數(shù)下降到0.1AV0時對應(yīng)的頻率偏移與電壓放大倍數(shù)下降到0.707AV0時對應(yīng)的頻率偏移之比，即上式表明，矩形系數(shù)Kv0.1越小，諧振曲線的形狀越接近矩形，選擇性越好，反之亦然。一般單級調(diào)諧放大器的選擇性較差（矩形系數(shù)Kv0.1遠(yuǎn)大于1），為提高放大器的選擇性，通常采用多級單調(diào)諧回路的諧振放大器?？梢酝ㄟ^測量調(diào)諧放大器的諧振曲線來求矩形系數(shù)Kv0.1。高頻諧振功率放大器電路的基本原理利用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路的功率放大器稱為諧振功率放大器，這是無線電發(fā)射機中的重要組成部分。根據(jù)放大器電流導(dǎo)通角θ的范圍可分為甲類、乙類、丙類及丁類等不同類型的功率放大器。電流導(dǎo)通角θ愈小，放大器的效率η愈高。如甲類功放的θ=180，效率η最高也只能達(dá)到50%，而丙類功放的θ<90o，效率η可達(dá)到80%，甲類功率放大器適合作為中間級或輸出功率較小的末級功率放大器。丙類功率放大器通常作為末級功放以獲得較大的輸出功率和較高的效率。高頻諧振功率放大器

圖3-1高頻功率放大器圖3-1為由兩級功率放大器組成的高頻功率放大器電路，其中晶體管Q1組成甲類功率放大器，晶體管Q2組成丙類諧振功率放大器，這兩種功率放大器的應(yīng)用十分廣泛，下面介紹它們的工作原理及基本關(guān)系式。高頻諧振功率放大器1、甲類功率放大器(1）靜態(tài)工作點如圖3-1所示，晶體管Q1組成甲類功率放大器，工作在線性放大狀態(tài)。其中RB1、RB2為基極偏置電阻；RE1為直流負(fù)反饋電阻，以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點。RF1為交流負(fù)反饋電阻，可以提高放大器的輸入阻抗，穩(wěn)定增益。電路的靜態(tài)工作點由下列關(guān)系式確定：

式中，RF1一般為幾歐至幾十歐

高頻諧振功率放大器(2）負(fù)載特性如圖3-1所示，甲類功率放大器的輸出負(fù)載由丙類功放的輸入阻抗決定,兩級間通過變壓器進(jìn)行耦合，因此甲類功放的交流輸出功率P0可表示為：式中，PH′為輸出負(fù)載上的實際功率，ηB為變壓器的傳輸效率，一般為ηB=0.75～0.85。

圖3-2甲類功放的負(fù)載特性高頻諧振功率放大器圖3-2為甲類功放的負(fù)載特性。為獲得最大不失真輸出功率，靜態(tài)工作點Q應(yīng)選在交流負(fù)載線AB的中點，此時集電極的負(fù)載電阻RH稱為最佳負(fù)載電阻。集電極的輸出功率PC的表達(dá)式為：式中，ucm為集電極輸出的交流電壓振幅，Icm為交流電流的振幅，它們的表達(dá)式分別為ucm=ucc-ICQRE1-uCES式中，uCES稱為飽和壓降，約1VIcm≈ICQ 如果變壓器的初級線圈匝數(shù)為N1，次級線圈匝數(shù)為N2，則式中，RH′為變壓器次級接入的負(fù)載電阻，即下級丙類功放的輸入阻抗高頻諧振功率放大器（3）功率增益與電壓放大器不同的是功率放大器應(yīng)有一定的功率增益，對于圖3.1所示電路，甲類功率放大器不僅要為下一級功放提供一定的激勵功率，而且還要將前級輸入的信號，進(jìn)行功率放大，功率增益Ap的表達(dá)式為其中，Pi為放大器的輸入功率，它與放大器的輸入電壓uim及輸入電阻Ri的關(guān)系為式中，Ri又可以表示為式中，hie為共發(fā)接法晶體管的輸入電阻，高頻工作時，可認(rèn)為它近似等于晶體管的基極體電阻rbb1。hfe為晶體管共發(fā)接法電流放大系數(shù)，在高頻情況下它是復(fù)數(shù)，為方便起見可取晶體管直流放大系數(shù)β。

高頻諧振功率放大器2、丙類功率放大器

（1）基本關(guān)系式如圖3-1所示，丙類功率放大器的基極偏置電壓uBE是利用發(fā)射極電流的直流分量IEO（≈ICO）在射極電阻RE2上產(chǎn)生的壓降來提供的，故稱為自給偏壓電路。當(dāng)放大器的輸入信號為正弦波時，則集電極的輸出電流ic為余弦脈沖波。利用諧振回路L2C3的選頻作用可輸出基波諧振電壓uc1,電流ic1。圖3-3畫出了丙類功率放大器的基極與集電極間的電流、電壓波形關(guān)系。分析可得下列基本關(guān)系式：式中,為集電極輸出的諧振電壓即基波電壓的振幅；為集電極基波電流振幅；Ro為集電極回路的諧振阻抗

圖3-3丙類功放的基極、集電極電流和電壓

高頻諧振功率放大器高頻諧振功率放大器為集電極基波電流振幅；Ro為集電極回路的諧振阻抗式中，PC為集電極輸出功率式中，PD為電源供給的直流功率ICO為集電極電流脈沖ic的直流分量。高頻諧振功率放大器當(dāng)輸入電壓ube大于導(dǎo)通電壓uj時，晶體管導(dǎo)通，工作在放大狀態(tài)，則基極電流脈沖Ibm與集電極電流脈沖Icm成線性關(guān)系，即滿足uj為晶體管導(dǎo)通電壓（硅管約為0.6V，鍺管約為0.3V）放大器的功率增益Ap為丙類功率放大器的輸出回路采用了變壓器耦合方式，其等效電路如圖3-6諧振頻率為圖3-6變壓器耦合電路高頻諧振功率放大器3、主要技術(shù)指標(biāo)及測試方法(1)輸出功率正弦波振蕩器原理正弦波振蕩器是指振蕩波形接近理想正弦波的振蕩器，這是應(yīng)用非常廣泛的一類電路，產(chǎn)生正弦信號的振蕩電路形式很多，但歸納起來，不外是RC、LC和晶體振蕩器三種形式。1、電容三端式振蕩器

圖4-2共基組態(tài)的“考華茲”振蕩器正弦波振蕩器2.振蕩管工作狀態(tài)對振蕩器性能的影響(a)工作點偏高(b)工作點偏低圖4-4振蕩管工作態(tài)對性能的影響正弦波振蕩器圖4-4（a）工作點偏高，振蕩管工作范圍易進(jìn)入飽和區(qū)，輸出阻抗的降低將會使振蕩波形嚴(yán)重失真，嚴(yán)重時，甚至使振蕩器停振。圖4-4（b）中工作點偏低，避免了晶體管工作范圍進(jìn)入飽和區(qū)，對于小功率振蕩器，一般都取在靠近截止區(qū)，但是不能取得太低，否則不易起振。圖４－５自給偏壓形成正弦波振蕩器3.振蕩器的頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度是振蕩器的一項十分重要的技術(shù)指標(biāo)，這表示在一定的時間范圍內(nèi)或一定的溫度、濕度、電源、電壓等變化范圍內(nèi)振蕩頻率的相對變化程度、振蕩頻率的相對變化量越小，則表明振蕩器的頻率穩(wěn)定度越高。提高振蕩回路標(biāo)準(zhǔn)性除了采用穩(wěn)定性好和高Q的回路電容和電感外，還可以采用與正溫度系數(shù)電感作相反變化的具有負(fù)溫度系數(shù)的電容，以實現(xiàn)溫度補償作用，或采用部分接入的方法以減小不穩(wěn)定的晶體管極間電容和分布電容對振蕩頻率的影響。石英晶體具有十分穩(wěn)定的物理和化學(xué)特性，在諧振頻率附近，晶體的等效參量Lq很大，Cq很小，Rq也不大，因此晶體Q值可達(dá)百萬數(shù)量級，所以晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度比LC振蕩器高很多。集電極調(diào)幅與大信號檢波1、原理(1)集電極調(diào)幅的工作原理集電極調(diào)幅是利用低頻調(diào)制電壓去控制晶體管的集電極電壓，通過集