1、第1章 緒論,1.1 電子線路的分類 1.2 線性與非線性電子線路 1.3 非線性電子線路的應(yīng)用 1.4 本課程的要求,1.1 電子線路的分類,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、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。高頻通常指頻率在300kHz300MHz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

2、范圍，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(見附錄一)。,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。,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、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

3、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。,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、大功率電子線路還是以分立為主。,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；包含有

4、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。,1.2 線性與非線性電子線路,由于本書研究的主要是非線性電子線路，所以必須對線性電子線路和非線性電子線路有一個正確的認(rèn)識。線性電子線路具有線性特性，也就是它具有疊加性和均勻性，適用疊加定理。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，不適用疊加定理。 第二，在穩(wěn)定狀態(tài)之下，非線性電子線路

5、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。仍以平方律關(guān)系為例，當(dāng)x=sin1t時， y=a/2-(a/2)cos21t。輸入信號中僅有1頻率分量，而輸出信號中包含有直流和21的頻率分量，這些分量都是通過非線性電路產(chǎn)生的。,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(dāng)輸入信號很小時，可近似認(rèn)為是線性工作。集電極電流的變化iC與輸入信號ui近似為線性關(guān)系。隨

6、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1.1(b)示出當(dāng)靜態(tài)偏置電壓小于零，晶體管靜態(tài)處于截止?fàn)顟B(tài)時，隨著輸入信號的增加，集電極電流開始為零，以后變?yōu)橛嘞颐}沖的形狀。,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),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),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

7、，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),(1.21),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),(1.22),當(dāng)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,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,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

8、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,(1.23),第五，非線性電子線路的數(shù)學(xué)描述是非線性方程。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)嵱谩?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。通信系統(tǒng)由發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備組成，

9、如圖1.3所示。,圖1.3 通信系統(tǒng)的框圖,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。,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,圖1.4 無線廣播

10、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,1.4 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(rèn)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(rèn)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(rèn)識問題。,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，善于應(yīng)用所學(xué)的知識進行推理。在未能進行嚴(yán)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。學(xué)會推理，分清主次，才能正確近似。,第三，非線性電路較之線性電路要復(fù)雜，它所涉及的知識面要廣，因此要注意提高知識的綜合能力。電子線路的研究，概括起來就是信號通過有源網(wǎng)絡(luò)的傳輸與變換。這樣，在對非線性電路本身特性研究的同時，必須對信號的流通、變換有正確的認(rèn)識。要做到這點，必須善于把電路分析、信號