无线电技术导论前言-第一章.ppt

无线电技术基本概念无线电 用于传送信号的电磁波无线电技术 无线电信号发生 调制 发射 接收装置 系统 的设计和制造技术无线电技术应用的广泛性无线电技术应用已经渗透到国民经济的各个领域而且深入到人们的日常生活 广播 通讯 电视 导航 雷达 GPS IT 无线电技术的重要性无线电技术和计算机技术已经成为航空航天及国防装备的核心技术 前言 教学目的 内容与对象 教学目的 介绍无线电技术基础知识 为专业课学习奠定基础 教学内容 介绍无线电装置 系统 的结构 工作原理和组成无线电装置 系统 使用的电子元器件 教学对象 低年级学生 教学教材和参考书 教材 无线电技术导论 北航出版社 1991 2004 参考书 1 电子器件导论 北京理工大学出版社 2001 2 无线电元器件精汇 人民邮电出版社 2000 无线电技术导论课程安排 第一章电路基础知识第二章电子元件第三章电子器件 电子学基础知识 第四章直接耦合放大电路与集成运算放大器 第五章脉冲与数字电路 第六章无线电发送概论第七章无线电接收概论第八章近代无线电技术 选讲 第一章电路基础知识 第一节电路的基本定律电路中的主要物理量 电压和电流之间的关系遵循一定的规律 这些规律是计算和设计电路的基础 欧姆定律 克希霍夫定律第二节正弦交流电的特征和表示方法 基本概念 现代生活用电 工农业用电和科学实验用电 广泛采用交流电 其中主要是正弦交流电 正弦交流电的特征 正弦交流电的表示方法 第一节电路的基本定律 一 欧姆定律定义一个电阻元件中所通过的电流I与其两端电压V成正比 与其阻值R成反比 即 或V IR 1 1 物理含义电阻元件具有阻碍电流流动的性能 是耗能元件 电阻元件将消耗的电能 转换为热能 如 电热器 一 欧姆定律 续 电阻消耗的功率PP VI I2R V2 R欧姆定律适用于 线性电阻元件 在规定的温度范围功率下线性电阻元件 伏安特性能用线性方程表示的电阻元件 二 克希霍夫定律 1 几个基本概念 电压和电流的方向 电流的方向 在电路中 规定正电荷运动方向为电流的方向 电压VAB的正负 方向 A B与正电荷运动的方向相同为正 A B与正电荷运动的方向相反为负 电源与电动势 电源是将非电场力转化为电场力的设备 电源是专门给电路提供能量或提供信号的设备 是电路的能源或信号源 其参数具有独立性 即完全由电源内部的因素所决定 也称为独立电源 电压源 理想的电压源称为恒压源 即电动势源 电动势是表征电源将非电场力转化为电场力的物理量 其高低表征了正电荷从电源的负极经电源内部运动到电源的正极做功的能力 单位 伏特 V 电路 节点 支路与回路 电路将电源 电子元器件用导线连接起来 构成的电流通路 节点电路中三条或三条以上连接电源和电子元器件的导线的交点 回路是电路中任何一个闭合路径 2 克希霍夫定律 KirchhoffLaw 电过程是指电信号通过电路时 电路中电压电流的变化过程 为了分析电子线路中的电过程 弄清电路的输入输出关系 首先必须建立描述电过程的电路方程式 电子线路中的电过程 不管多么复杂 都得服从电子元器件的伏安特性 都得服从电荷守恒和能量守恒基本物理定律 Kirchhoff由电荷守恒定律和能量守恒定律导出了克希霍夫定律 克希霍夫第一定律 KirchhoffCurrentLaw 在任一时刻 对电路中的任一个节点 流入节点的电流总和等于流出该节点的电流总和 即 I入 I出或 I 0 1 4 在任一时刻 流经任一个节点的电流的代数和等于零 克希霍夫第二定律 KirchhoffVoltageLaw 在任一时刻 沿电路中的任一个闭合回路绕行一周 各段电压的代数和等于零 即 V 0 1 5 KVL应用示例 当电流方向与绕行方向一致时 为正电压 否则为负电压 从a经E2 R2 R1 E1回到a 则有 E2 I2R2 I1R1 E1 0 克希霍夫定律应用练习题 题1 1利用KCL和KVL计算图1 8电路中的各支路电流 克希霍夫定律应用示例 例题1 1利用KCL和KVL计算图1 8电路中的各支路电流 解题步骤 标上支路中的电流方向 标上节点 选绕行方向 列KCL和KVL独立方程 根据KCL 对a节点有I3 I1 I2根据KVL 对 回路有I1R1 I3R3 20 0根据KVL 对 回路有 I2R2 I3R3 40 0 第二节正弦交流电的特征和表示方法 几个基本概念直流电 电压和电流不随时变化 交流电 电压和电流随时间作周期性变化 电信号 通常是指从外部加于电路 并由电路进行处理和传输的电压变量或电流变量 或者说 信号就是变化的电压和电流 周期信号是以一定时间间隔重复的信号 是时间的函数 F t F t nT 其中n为任意数 T为信号的重复周期 f 1 T 称为信号的频率 一 正弦交流电的特征 正弦交流电是一种最简单 最常用的周期信号 可用周期性函数表示为 F t Amsin t Amsin 2 ft 式中F t 为信号的瞬时值 Am为信号的振幅 即峰值 f为信号的频率 是相应于所选时间起点 t 0 的初始相位 一个正弦交流电流可表示为 i Imsin t 1 6 Imsin 2 ft 1 6 式中 i为 t时刻 正弦交流电流的瞬时值 Im为正弦交流电电流的峰值 为正弦交流电流的角频率 单位 弧度 秒 为正弦交流电流的初始相位 单位 弧度 一 正弦交流电的特征 续 正弦交流电的特征参数Im Vm 峰值 角频率 0初始相位是表征一个正弦交流电区别于不同交流电的特征参数 1 周期与频率 角频率 周期 交流信号的重复周期 通常用T表示 单位为秒 s 表示信号变化一周所需时间 频率 为周期的倒数1 T 用f表示 单位为赫兹 Hz 表示每秒时间内信号变化的次数 f 1 T 角频率 为频率的2 倍 通常用 表示 单位为弧度 秒 表示正弦交流信号变化一个周期 对应于正弦函数变化2 弧度 2 f 正弦交流电的特征参数 续 2 相位 相位差 初始相位 初相角 相位 正弦交流电在t时刻对应于正弦函数的弧度 初始相位 正弦交流电在t 0时刻对应于正弦函数的弧度 相位差 两个同频率的正弦交流电在t时刻的相位之差 因为频率相同 所以相位差就是初始相位之差 是一个固定值 正弦交流电的特征参数 续 3 瞬时值 峰值 最大值 有效值瞬时值 正弦交流电在t时刻的值 通常用英文小写字母表示 例如 i v e峰值 正弦交流电在变化过程中出现的最大瞬时值 有效值 为峰值的倍 物理含义 对同一负载R 正弦交流电在一个周期T时间内做功能力相当于某一数值的直流电在T时间内的做功能力 峰值与有效值的关系推证 根据焦耳 楞次定律可知 交流电在周期T时间内所产生的热量 1 8 J 焦耳直流电相同时间T内所产生的热量 Q I2RT 1 9 J 焦耳根据有效值的物理含义 有 I2RT 于是 1 10 i Imsin t 所以 二 正弦交流电的表示方法 1 三角函数及曲线表示i Imsin t 2 旋转矢量表示以直角坐标系的0点为原点 取矢量的长度为Im峰值 矢量的起始位置与横轴之间的夹角为初相角 以角频率 绕原点按逆时针方向旋转 这样 矢量在旋转过程中 它在每一时刻在纵坐标轴上的投影即代表交流电流在该时刻的瞬时值 这种表示方法也形象地表示了一个正弦交流电的特征 二 正弦交流电的表示方法 续 3 复数表示设有一个正弦交流电为 i取其中电流i的峰值 最大值 Im为矢量的幅值 初相角 为矢量与横轴的夹角 a Imcos b Imsin 代数式三角式由欧拉公式知 指数式正弦交流电的复数表达形式 只考虑频率相同的量 表示的是正弦交流电的相量 因此 用复数形式对正弦交流电进行运算很方便 例题 教材例题1 4 已知正弦交流电 i1 3sin t 30o i2 4sin t 60o 利用复数表示法求 i1 i2 i1 i2 i1 i2 i1 i2解 写出复数