非线性电子电路第一章绪论ppt课件.ppt

非线性电子电路 书山有路勤为径学海无崖苦作舟 先修课程 电路分析基础线性电子电路信号与系统等 1 1非线性电子线路的作用 绪论 一 线性电子电路与非线性电子电路 电子器件严格讲是非线性的 但依使用条件不同 表现的非线性程度不同 为此 有如下两种应用 线性电路 对信号进行处理时 尽量使用器件特性的线性部分 电路基本是线性的 但存在不希望有的失真 非线性电路 对信号进行处理时 使用了器件特性的非线性部分 利用器件的非线性完成振荡 频率变换等功能 通信电子电路主要对通信系统中的基本组成电路的基本组成 基本分析方法及电路的设计方法等进行分析讨论 而这些基本组成电路几乎都是非线性电路 因而又称非线性电子电路 二 非线性电子线路在通信系统中的应用 绪论 1 有线通信系统 利用导线传送信息 2 无线通信系统 利用电磁波传送信息 3 光纤通信系统 利用光导纤维传送信息 通信的目的 为了传输信息 通信 就是将信息从发送者送到接收者的信息传输过程 通信系统 就是能实现将信息从发送者送到接收者的信息传输系统 如 实用通信系统的实现得依靠三个方面的技术支持 传感器技术 信号处理技术 信号传输技术 进入框图 关于IEEE频谱 整个电磁频谱 包含从电波到宇宙射线的各种波 光和射线的集合 IEEE频谱从30HZ至3000GHZ将频谱进行了分段 例如 ELF极低频30 300HZ 音频300 3KHZ等等 其中不同频率段落分别命名为无线电波 3KHz 3000GHz 红外线 可见光 紫外线 X射线 射线 伽马射线 和宇宙射线 根据不同的持播特性 不同的使用业务 对整个无线电频谱进行划分 共分9段 甚低频 VLF 低频 LF 中频 MF 高频 HF 甚高频 VHF 特高频 uHF 超高频 sHF 极高频 EHF 和至高频 对应的波段从甚 超 长波 长波 中波 短波 米波 分米波 厘米波 毫米波和丝米波 后4种统称为微波 无线电波频谱分类表 绪论 关于电磁波 电磁波电磁波频率低时 主要借助有形的导电体才能传递 电磁波频率高时可以在自由空间内传递 也可以束缚在有形的导电体内传递 不需要介质也能向外传递能量 这就是一种辐射 电磁波的速度等于光速c 3 108米 每秒 在空间传播的电磁波 其电场 或磁场 随时间变化 具有周期性 在一个振荡周期中传播的距离叫波长 振荡周期的倒数 即每秒钟振动 变化 的次数称频率 三者之间的关系可通过下面的公式表示 c f无线电波在自由空间 包括空气和真空 传播的射频频段的电磁波 射频 RF 是RadioFrequency的缩写 表示可以辐射到空间的电磁频率 广义讲是适用于无线电传播的频率范围 绪论 实现通信所需的技术支持 传感器技术 是将声音 文字 图象 数据等含有信息的具体表现形式与电信号进行相互转换的技术 信息处理技术 是对电信号进行加密 交换等处理的技术 信息传输技术 是对电信号 或光信号 进行有效变换并切实传输的技术 返回 绪论 通信系统的基本模型 现代通信系统在传输信息的技术手段和方法上有了显著的进步 但通信系统仍可概括地用下图来表示 输入信息 输入变换器 发送设备 信道 接收设备 输出变换器 无线通信系统 绪论 输入信息 输入信息是指语音 文字 数据 图像等的具体表现形式 属于非电信号 返回 信号的表示方法有 数学表达式 波形图 频谱图 在以后的分析过程中我们会经常用它们来表示信号 信号是通信系统的工作对象 通信系统中所要传送的基带信号基本可以分为两类 即数字信号和模拟信号 正弦信号和脉冲矩形信号是最简单 最基本又具典型意义的信号 复杂信号也可分解为不同频率信号之和 因而在这门课中我们在分析时仍以正弦信号为例进行分析 绪论 输入 输出变换器 输入变换器的作用是将送入的信息转变为相应的电信号 输出变换器的作用是将基带信号转变为发端所传送的信息 常见的输入变换器有 电话机 话筒 电报机 数字终端机 摄像机 计算机等 返回 常见的输出变换器有 扬声器 显象管 打印机等 返回 绪论 信道 信道是信息传输媒介 有无线信道和有线信道之分 根据传送的信号又可分光信道和电信道 信号在信道中传输后其强度会衰减 理论和实践都证明不同信道有不同的工作频率 因而信号在送入信道前要经过一定的处理 比如调制 以适合相应的信道 这样才能有效传输 一个信道中经常有多种信号共存 信号共存是实现多路信号传输和信号处理的基础 常见的共存方式有 空分 频分 和 时分 等 返回框图 绪论 无线信道和有线信道 无线信道 是指无明显边界的电波传播空间 如无线通信的空间信号通路 无线信道中的信号是以电磁波的形式传播的 有线信道是针对边界明显 空间范围相对较窄的信号传播通路 如有线通信用的架空明线 同轴电缆 光缆 视频电缆和波导管等 信道 显然在无线信道的非封闭性和惟一性的制约下 无线信道中除了分属不同通信目标间的有用共存信号外 还共存有自然界自然产生的和人为设备产生的非通信信号 即无用信号 也称为干扰和噪声 返回 绪论 无线信道 无线信道中的信号是以电磁波的形式传播的 传播途径 电磁波传送方式 依据波长不同 可分为 长波 中波 短波 超短波 各波段特点 绪论 电磁波的传播途径 返回信道 图无线电波传播方式 传播距离 电离层 地面 直线 电磁波的传播路径分为直线传播 绕射传播和反射与折射传播三种形式利用电波的直线传播可以将含信息的电磁波从甲地沿直线传播到乙地 第二种是利用电波的绕射传播方式 即沿地球表面来传播信息另一种传播方式是利用电离层的反射和折射实现信号传输的 绪论 空分 频分 时分 所谓 空分 是指利用不同的空间来实现多路信号的实时传送和处理 所谓 频分 是指利用同一空间下的不同频率范围来实现多路信号的实时传送和处理 所谓 时分 是将实时传送和处理的信号通过压缩 突发和反压缩的方法 在同一空间 同一频段内采用不同时间间隔 即时隙 实现多路信号的实时传送和处理 信号共存的共同点是 具有可实现性 以及共存信号的可提取性 或识别性 信道 返回框图 绪论 发送设备和接收设备 发送设备的作用是完成各种功能 如调制 滤波 发射等 使信号变化成符合特定信道传输的形式 接收设备的作用是从信道中取出已调信号并进行各种处理 如放大 解调等 以便恢复原基带信号 由于信道中的噪声和干扰的存在 接收设备所恢复的基带信号与原基带信号必然会存在差异 这一差异称为失真 通信电子电路主要研究通信系统中发送设备和接收设备中的一些基本组成电路 并对这些电路的基本组成 基本原理 基本分析方法进行讨论 下面我们用一具有典型意义的无线电调幅广播信号的发送和接收过程来阐明各部分电子线路的作用 以便对通信电子电路和通信系统的内容有一初步的认识 返回 绪论 无线通信系统 图无线通信系统的组成 组成 发射装置 接收装置 传输媒体 1 发射装置 换能器 将被发送的信息变换为电信号 例 话筒将声音变为电信号 将换能器输出的电信号变为强度足够的高频电振荡 发射机 天线 将高频电振荡变成电磁波向传输媒质辐射 2 接收装置 接收是发射的逆过程 接收天线 高频电振荡 电信号 接收机 将从空间接收的电磁波 高频电振荡 换能器 将电信号 所传送信息 3 传输媒体 电磁波 绪论 无线通信系统存在问题及解决方案 无线通信存在的问题 1 接收信号微弱 电磁波 接收天线 2 存在干扰 例如其他电台的发射信号 各种工业 医学装置辐射电磁波 大气层 宇宙固有的电磁干扰等 对接收装置的要求 增益高 选择性好 解决方案 发射机和接收机借助线性和非线性电子线路对携有信息的电信号进行变换和处理 除放大外 最主要有调制 解调 调制是远距离传输的基础 在通信系统中起着至关重要的作用 它的主要技术作用是将基带信号变换成符合特定信道传输要求的信号形式 同时 也是为在一个物理通路中传输多路信号 实现信道多路复用 以及提高信号抗干扰能力的技术基础 绪论 调制 所谓调制 就是将要传送的电信号 即携带有信息的信号 一般频率较低 称调制信号 装载到高频振荡上 用电信号去控制高频振荡信号 象运载信息的工具一样 称载波信号 的某一参数 使这一参数按照电信号的变化规律而变化的一种处理方式 调制的方法 连续波 即正弦波 调制和脉冲调制 连续波调制 就是用调制信号去控制载波 即正弦波 的振幅或频率或相位 使其随调制信号的规律而变化的一种处理方式 因而又分为振幅调制 简称调幅 频率调制 简称调频 相位调制 简称调相 脉冲调制 属于数字调制 即先用信号去控制脉冲序列中各脉冲参数 然后再利用这已调的脉冲序列去对载波进行调制 返回 调制的必要性 绪论 调制的必要性 思考 不经调制能否进行信息传输 对有线通信来说是可能的 如基带信号在有线信道内可直接传输 称基带传输 如常用的实线电话 有线广播 这种传输系统简单 但应用场合有限 实际上 大量的通信系统都是建立在各种调制基础上的 对无线通信来必须经过调制才能进行信息传输 原因有二 调制 返回发 接设备 返回调制器 减小天线的尺寸 音频范围 20Hz 20kHz 若发射100Hz 波长 c f 3000km 天线至少几百千米 需减少波长 提高发射频率 选台 将不同电台发送的信息分配到不同频率的载波信号上 使接收机可选择特定电台的信息而抑制其他电台发送的信息和各种干扰 绪论 调幅发射机的组成 产生fosc的高频振荡信号 几十kHz以上 多级小信号谐振放大器 放大振荡信号 使频率倍增至fc 并提供足够大的载波功率 多级放大器 前几级为小信号放大器 放大微音器的电信号 后几级为功放 提供功率足够的调制信号 实现调幅功能 将输入的载波信号和调制信号变换为所需的调幅波信号 并加到天线上 绪论 调幅接收机的组成框图 第一章绪论 为小信号谐振放大器 作用 选频 选有用抑制无用信号 放大 有用信号 产生频率为fL fc fI 或fL fc fI 的高频等幅振荡信号 fL可调 并能跟踪fc 两路输入信号 高频已调幅信号 高频本振信号 作用 载波变频 将已调信号的载波由fc 高频 变换为fI 中频 fI fc fL 而调制波形不变 为多级固定调谐的小信号放大器 作用 放大中频信号 解调 从中频调幅波还原所传送的调制信号 小信号放大器 功率放大器 作用 放大调制信号 向扬声器提供所需的推动功率 可见 有用信号在不同频率上进行放大 超外差接收机 其它通信系统 调频无线通信系统 发射机和接收机都包括上述各模块 区别主要在于调制器和解调器上 实现调制的模块 频率调制器 实现解调的模块 频率检波器或鉴频器 数字通信系统 调制信号为数字信号 相应的调制为数字调制 软件无线电 用软件的方法实现通信系统中一部分电路的功能 改变程序便可变更调制方式 小结 1 非线性电子线路讨论的范围 除小信号放大器以外的其他功能电路 振荡器 功放 调制器 解调器 混频器 倍频器 绪论 1 2本课程的主要内容 返回主界面 学习特点 2 本课程讨论的内容 三类电路 功率放大电路 在输入信号作用下 可将直流电源提供的部分功率转换为按输入信号规律变化的输出信号功率 并使输出信号的功率大于输入信号的功率 振荡电路 可在不加输入信号的情况下 稳定地产生特定频率或特定频率范围的正弦波振荡信号 波形变换和频率变换电路 能在输入信号作用下产生与之波形和频谱不同的输出信号 包括 调制电路 解调电路 混频电路和倍频电路 绪论 1 3通信电子电路的学习特点 返回主界面 1 工程上采用近似分析法 非线性器件物理特性复杂 需要解非线性方程或时变系数的线性微分方程 对策 对器件数学模型和电路工作条件进行合理近似 用近似分析方法获得具有实用意义的结果 2 功能与电路形式多 对策 抓本质 功能再多也是借助器件的非线性 抓基本电路 种类虽多 但都是在为数不多的基本电路上发展起来的 3 重