第1章 绪论,0.1 电子线路的分类 0.2 线性与非线性电子线路 0.3 非线性电子线路的应用 0.4 本课程的要求,0.1 电子线路的分类,包含有源器件的网络统称为电子线路。 电子线路的分类方法: 按照工作频率分类 按照流通的信号形式分类 根据集成度的高低分类 以电子线路中所包含的元件性质分类,按照工作频率分类,低频电子线路、高频电子线路和微波电子线路。 1、低频通常指频率低于300kHz的范围: 语音的电信号、生物电信号、地震电信号、机械振 动的电信号等 都属这个范围。所有在这个频率范围 的电信号的产生、放大、变换、处理 都属于低频电 子线路的范畴。,工作频率不同，对有源器件电性能的要 求、电子线路的工艺结构都不尽相同。 随着工作频率的提高，对有源器件的上 限工作频率的要求也随之提高；器件本身 的分布参量，如晶体管的极间电容、电极 的引线电感、载流子扩散漂移的时间等因 素的影响都会逐渐地明显起来，以至变成 必须考虑的主要因素。,模拟电子线路和数字电子线路。 所有完成模拟信号产生、放大、变换、处理和传输的电子线路统称为模拟电子线路。 模拟电子线路传送的信号直观形象，但电路的抗干扰性能差，不便与计算机直接配合。 所有完成数字信号产生、放大、变换、处理及传输的电子线路统称为数字电子线路。 数字电子线路传送的信号是时间上和取值上都离散的信号。,按照流通的信号形式分类,分立电路和集成电路 随着微电子技术的发展，电子线路的集成度越来越高， 集成电路已成为电子线路的方向。 集成电路与分立电路相比，集成电路具有体积小、性 能稳定、可靠性高、维修使用方便等优点。但是，由于 频率响应和功率容量的限制，目前高频、大功率电子线 路还是以分立为主。,根据集成度的高低分类,1、由线性元件组成的电子线路叫线性电子线路。 线性电路是用线性代数方程、线性微分方程或线性差 分方程来描述的。 2、含有非线性元件的电子线路叫非线性电子线路。 非线性电路是用非线性代数方程、非线性微分方程、 非线性差分方程来描述的。,以电子线路中所包含的元件性质分类,3、由恒定参数元件组成的电子线路叫恒定参 数电子线路；描述恒定参数电路的方程式中的各 项系数是恒定不变的。 4、包含有时变参数元件的电子线路叫参变电 子线路或时变电路。描述参变电路的方程式中的 系数是变化的。,0.2 线性与非线性电子线路,本课程研究的主要是非线性电子线路。 线性电子线路具有线性特性，也就是它 具有叠加性和均匀性，适用叠加定理。,1、不具有叠加性和均匀性，不适用叠加定理。 2、在稳定状态之下，非线性电子线路输出变量中包含有输入变量中不具有的频率成分，即信号通过非线性电子线路以后可以产生出新的频率成分。 3、处于非线性状态工作的有源器件，如晶体三极管、场效应管、运算放大器等，它们的输出响应与器件工作点的选取和输入信号的大小有关。 4、描述非线性器件特性的参量有三种：静态参量；动态参量；折合参量（平均参量）。 5、数学描述是非线性方程。,非线性电子线路特点,图0.1示出了晶体三极管的转移特性。 图0.1(a)中，静态工作点取在放大区，当输入信号很小 时，可近似认为是线性工作。集电极电流的变化iC与输 入信号ui近似为线性关系。随着输入信号幅度的增大，由 于器件的非线性，集电极电流开始出现失真，以至变为余 弦脉冲形状。 图1.1(b)示出当静态偏置电压小于零，晶体管静态处于 截止状态时，随着输入信号的增加，集电极电流开始为零， 以后变为余弦脉冲的形状。,图0.1 非线性工作的晶体三极管集电极电流与静态工作点 和输入信号大小的关系 (a)静态工作点处于放大区； (b)静态工作点处于截止区,图0.1 非线性工作的晶体三极管集电极电流与静态工作点 和输入信号大小的关系 (a)静态工作点处于放大区； (b)静态工作点处于截止区,描述非线性器件特性的参量有三种：静态参量，也称 为直流参量；动态参量，也称为交流参量；折合参量， 也称为平均参量。 用这三种参量综合起来描述一个非线性器件的工 作状态。如晶体三极管在非线性状态下工作，它的跨导 要用直流跨导、交流跨导和平均跨导三个参量来表述。 直流跨导就是静态工作点的电流与静态工作点的电 压之比。如图0.2(a)所示，直流跨导,(0.21),交流跨导是在静态工作点处的电流增量与电压增量之比。如图0.2(b)所示，交流跨导,(0.22),当输入信号ui=Uimcost，晶体管的集电极电流 为余弦脉冲时(见图0.1(b)，利用傅立叶级数展开,图0.2 直流跨导与交流跨导 (a)直流跨导示意图；(b)交流跨导示意图,其中包含有直流、基波和各次谐波分量。取其中一个谐波分量的幅值Inm与输入电压幅值Uim相比，得到的比值gcn就是第n次谐波的平均跨导。如二次谐波的平均跨导为,(0.23),非线性电子线路的数学描述是非线性方程。 非线性微分方程的精确求解是一个难题，时至今日， 二阶以上的非线性微分方程还没有实用的求解方法。在 工程上一直沿用的是近似解法，本书也将采用这种方法。 随着计算技术的发展，二阶以下的非线性微分方程可 以采用计算机数值解法，这种方法将会逐步走向实用。,0.3 非线性电子线路的应用,非线性电子线路广泛应用于无线电技术的各个领域，在通信方面的应用尤为突出。通信的任务是传送信息。信息包括语言、音乐、文字、图像、数据等各种信号。通信系统由发送设备、信道、接收设备组成，如图0.3所示。,图0.3 通信系统的框图,信道是传送信息的通道。无线通信的信道是大气空间； 有线通信的信道是传输线，如电线、电缆、光缆等。 通信的种类很多，如人们生活中常见的电话、电报、 电视、广播、传真、卫星通信、载波电话、计算机通信 等等。这些通信中应用的电子线路种类很多。,在无线电通信系统中，信道便是指大气层或外层空间。 信号在传输过程中，不可避免地会受到各种噪声的干扰。 噪声按其来源一般可分为外部噪声和内部噪声两大类。 外部噪声包括自然界存在的各种电磁波源(闪电、宇宙星 体、大气热辐射等)发出的噪声，工业上强力电机与电焊 机等工作时造成的工业噪声和其它无线电设备发射的信 号等等。内部噪声则是指系统设备本身产生的各种噪声。 接收设备把有用信号从众多情号和噪声中选取出经 换能器恢复出原始信息。以上就是通信的整个过程。,图0.4示出了无线广播发送与接收的框图，其中，图 0.4(a)示出了无线广播发射机的框图。 图0.4(b)示出了接收机的框图，天线中感生的无线电 信号，经过输入回路的选择，取出要收听的已调波信号， 经过高频放大器放大，把信号送入到混频器中。,图0.4 无线广播发送设备与接收设备框图 (a)发送设备；(b)接收设备,由天线理论可知：,要将无线电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须相 电信号的波长为同一数量级。由原始非电量信息经转换 而成的原始电信号一般是低频信号，波长很长。 例如：音频传号一般仅在15kH：以内，对应波长为20 km以上，要制造出相应的巨大天线是不现实的。 另外，即使这样巨大的天线能够制造出来，由于各个 发射台发射的均为同一频段的低频信号，在信道中会互 相重叠、干扰，接收设备也无法选择所要接收的信号。,为了有效地进行传输，必须采用几百干赫兹以上的高频 振荡信号作为运载工具，将携带信息的低频电信号“装载”到 高额振荡信号上(这一过程称为调制)，然后经天线发送出去。 到了接收端再把低频电信号从高频振荡信号上“卸取” 下来(这一过程称为解调)。其中，未经调制的高频振荡信号 称为载波信号，低频电信号称为调制信号，经过调制并携带 有低频倍息的高频振荡信号称为已调波信号。 采用调制方式以后，由于传送的是高频已调波信号， 故所需天线尺寸便可大大缩小。另外，不同的发射台可 以采用不同频率的高频振荡信号作为载波，这样在频谱 上就可以互相区分开了。,调制是指用原始电信号去控制高频振荡信号的某一 参数，使之随原始电信号的变比规律而变化。 解调就是从高频已调波中恢复原来的调制信号。若采 用正弦波信号作为高颇振荡信号由于其主要参数是振 幅、频率和相位，因而出现了振幅调制、频率调制和相 位调制(后两种台称为角度调制)等不同的调制方式。,图0.4 无线广播发送设备与接收设备框图 (a)发送设备；(b)接收设备,0.4 本课程的要求,首先，本课程的出发点是使读者在掌握典型非线性电子线路原理的基础上，学会非线性电子线路的分析方法。 各种电子线路归结起来都是有源器件与无源网络的结合，因此，对电子线路的研究就要从有源器件的特性和无源网络的传输特性两个方面入手。,各种各样的电子线路的不同之处就在于这两个方面特性的不同，相互结合的条件不同。 学习电子线路既要正确认识各种电路的共性，又要善于抓住其个性,也就是要善于正确认识各种电子线路的应用条件、特点。为此，必须学会辩证的思维方法，善于全面地、客观地认识问题。,第二，非线性电子线路的严格分析需要建立和求解非线性微分方程，因而是非常困难的，甚至是不可能的。则目前采用的多是工程近似分析方法，近似都是有条件约束的。 掌握工程近似方法，必须学会逻辑推理，善于应用所学的知识进行推理。 在未能进行严格的数学运算证明之前，能够运用所学理论进行推理，预知可能的正确结果，这点对工程技术人员来说也是一种基本能力。学会推理，分清主次，才能正确近似。,第三，非线性电路较之线性电路要复杂，它所涉及的知识面要广，因此要注意提高知识的综合能力。它是一门实验性很强的课程，但由于工作频率较高，干扰较大，制作和调试电路比较困难。 电子线路的研究，概括起来就是信号通过有源网络的传输与变换。这样，在对非线性电路本身特性研究的同时，必须对信号的流通、变换有正确的认识。 要做到这点，必须善于把电路分析、信号与系统、电子器件、低频电子线路、噪声等方面的知识综合运用。,高频电路的基础课程,电路分析 模拟电路 信号与系统 本课程主要以集成电路为主导介绍各种功能电路，同时介绍一些分离元件电路。,