《通信電子線路》課件1緒論

1、 第1章 緒論 1.1 電子線路的分類 1.2 通信系統(tǒng)的概念及組成 1.3 非線性器件的基本特點1.4 本課程的特點、與其它課程的關(guān)系思考題與習(xí)題 1.1 電子線路的分類模擬電路：信號在時域特性上是連續(xù)取值的電路，如語音，圖像等。數(shù)字電路：信號在時域特性上不是連續(xù)取值的電路，如電報、數(shù)據(jù)、遙控指令等。模擬電路：按照信號相對于器件伏安特性的工作范圍分： 線性電子線路和非線性電子電路。 線性：當(dāng)信號工作在元器件伏安特性微小范圍或線性范 圍。 非線性：信號很強(qiáng)，工作在伏安特性非線性范圍的電路。按照工作頻率分：高頻電路和低頻電路。 1.2 通信系統(tǒng)的概念及組成信息（如語音、文字、圖像、指令等）的傳輸

2、系統(tǒng)稱為通信系統(tǒng)本課的研究對象是圍繞信息的傳輸和處理展開信源接收機(jī)發(fā)射機(jī)傳輸信道終端信源 在實際的通信電子線路中傳輸?shù)氖歉鞣N電信號,為此就需要將各種形式的信息轉(zhuǎn)變成電信號。常見的原始信息有： 語音、音樂、圖像、數(shù)據(jù)等發(fā)射機(jī) 將基帶信號（從信源得到的信號）變換成適合信道傳輸特性的信道信號。對基帶信號進(jìn)行變換的原因： 由于要傳輸?shù)男畔⒎N類多樣，其對應(yīng)的基帶信號特性各異，這些基帶信號往往并不適合信道的直接傳輸。調(diào)幅：使載波幅度隨低頻信號變化，頻率與相位不變。調(diào)頻：使載波頻率隨低頻信號變化，振幅不變。調(diào)相：載波幅度不變，載波的瞬時相位按信號規(guī)律變化，實 際上瞬時頻率也會變化，所以從波形上無法區(qū)別調(diào)頻

3、與調(diào)相。傳輸信道 傳輸信道又稱傳輸媒質(zhì)，是傳輸信道的媒質(zhì)。不同的傳輸信道有不同的傳輸特性。如：電纜、光纜、無線電波傳輸信道可分為有線傳輸信道：雙絞線、同軸電纜、光纖電纜無線傳輸信道：無線通信以自由空間為傳輸媒質(zhì)，有地波與天波兩種。有線傳輸信道1、雙絞線 適用于短距離（小于100m）、1Mb/s數(shù)據(jù)率的通信環(huán)境。2、同軸電纜 適用于距離在幾百米、帶寬小于10Mhz、碼流率小于20Mbps的通信環(huán)境。3、光纖電纜 光纖是非常細(xì)的玻璃絲（直徑在100um以下）其衰減很?。?DB/1KM），若干光纖組成一個光纜。 特點是衰減?。ㄐ∮?db/km）、工作頻率高、信息容量大。0.2 沿地球彎曲表面?zhèn)鞑ィm

4、用于波長 =200m以上的中、長波。 由于大地表面是導(dǎo)體，當(dāng)電磁波在其表面?zhèn)鞑r，一部分能量將被損耗掉，且頻率越高，趨膚效應(yīng)越強(qiáng)，損耗越大。故頻率更高的電磁波不易沿地面?zhèn)鞑ィ饕侩婋x層。圖0.2.5 地面波的發(fā)射與接收（地面波動畫）（1）地面波：0.2無線傳輸信道 利用電離層的折射與反射，使電磁波到達(dá)電離層后，一部分能量被吸收，一部分被反射、折射到地面。當(dāng)頻率升高時，電磁波被電離層吸收的能量增加，當(dāng)頻率升高超過一定值時，電磁波將會穿過電離層，不再返回地面。所以天波適用于10m-200m的短波。 圖0.2.6 天波的發(fā)射與接收（天波動畫）（2）天波：0.2（3）空間波：圖0.2.7 空間波的

5、發(fā)射與接收（空間波動畫） 頻率更高的電磁波（ 10m）,不再適用電離層傳播，而是沿空間直線傳播，即利用直射和反射實現(xiàn)電磁波的傳播。但只限于視頻距離范圍內(nèi)。通常，50米高的天線通信距離約50公里。0.2 接收機(jī)的作用： 接收傳送過來的信號，并進(jìn)行處理，以恢復(fù)發(fā)送端的基帶信號。對接收機(jī)的要求： 由于信號在傳輸和恢復(fù)的過程中存在著干擾和失真，接收設(shè)備要盡量減少這種失真。終端終端的作用： 接收機(jī)輸出的基帶信號變換成原來形式的信號的裝置。 還原聲音的喇叭，耳機(jī)；恢復(fù)圖象的顯象管無線電通信系統(tǒng)組成（以AM調(diào)制為例）話筒揚聲器天線開關(guān)低頻前級放大低頻功率放大主振緩沖倍頻高頻放大調(diào)制放大高頻放大混頻本地振蕩中

6、頻放大檢波低頻放大功率放大發(fā)射機(jī)組成調(diào)幅發(fā)射機(jī)組成圖 0-1-3調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成調(diào)幅廣播發(fā)射機(jī)的組成各部分作用：(1)振蕩器產(chǎn)生 fosc 的高頻振蕩信號，幾十千赫以上。(2)高頻放大器多級小信號諧振放大器，放大振蕩信號，使頻率倍增至 fc，并提供足夠大的載波功率。(3)調(diào)制信號放大器多級放大器，前幾級為小信號放大器，放大微音器的電信號；后幾級為功放，提供功率足夠的調(diào)制信號。 (4)振幅調(diào)制器實現(xiàn)調(diào)幅功能，將輸入的載波信號和調(diào)制信號變換為所需的調(diào)幅波信號，并加到天線上。接收機(jī)組成調(diào)幅接收機(jī) 圖 0-1-4調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成調(diào)幅廣播接收機(jī)的組成(1) 高頻放大器為小信號諧振放大器，作用：

7、選臺。利用可調(diào)諧的諧振系統(tǒng)選出有用信號，抑制其他頻率的干擾信號。 放大。放大選出的有用信號。 (2) 混頻器兩路輸入為： 由高放級：已調(diào)信號 fc 。 由本機(jī)振蕩器：本振信號 fL。作用：載波變頻將已調(diào)信號的載波由 fc (高頻)變換為 fI (中頻)， fI = |fc - fL |而調(diào)制波形不變。 (3)本機(jī)振蕩 產(chǎn)生頻率為 fL =|fc + fI |(或 fL = fc - fI )的高頻等幅振蕩信號。fL 可調(diào)，并能跟蹤 fc。(4)中頻放大器為多級固定調(diào)諧的小信號放大器，作用：放大中頻信號。 (5)檢波器解調(diào)，從中頻調(diào)幅波還原所傳送的調(diào)制信號。(6)低頻放大器小信號放大器 功率放大

8、器，作用：放大調(diào)制信號，向揚聲器提供所需的推動功率?？梢?，有用信號在不同頻率上進(jìn)行放大超外差接收機(jī) 。 特點：解調(diào)電路前包括混頻器、本機(jī)振蕩、中頻放大器等。 優(yōu)點： 增益高，選擇性好。直接高放接收機(jī)：解調(diào)前僅包括高放，無混頻器、本機(jī)振蕩、中頻放大器等，增益低，選擇性差。 7其他通信系統(tǒng) 調(diào)頻無線通信系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都包括上述各模塊，區(qū)別主要在于調(diào)制器和解調(diào)器上。實現(xiàn)調(diào)制的模塊頻率調(diào)制器；實現(xiàn)解調(diào)的模塊頻率檢波器或鑒頻器。 數(shù)字通信系統(tǒng)，調(diào)制信號為數(shù)字信號，相應(yīng)的調(diào)制為數(shù)字調(diào)制。 軟件無線電，用軟件的方法實現(xiàn)通信系統(tǒng)中一部分電路的功能，改變程序便可變更調(diào)制方式。 8小結(jié)(1)非線性電子線路討

9、論的范圍除小信號放大器以外的其他功能電路振蕩器、功放、調(diào)制器、解調(diào)器、混頻器、倍頻器。 (2)本課程討論的內(nèi)容三類電路 功率放大電路在輸入信號作用下，可將直流電源提供的部分功率轉(zhuǎn)換為按輸入信號規(guī)律變化的輸出信號功率，并使輸出信號的功率大于輸入信號的功率。 振蕩電路可在不加輸入信號的情況下，穩(wěn)定地產(chǎn)生特定頻率或特定頻率范圍的正弦波振蕩信號。 波形變換和頻率變換電路能在輸入信號作用下產(chǎn)生與之波形和頻譜不同的輸出信號。包括：調(diào)制電路、解調(diào)電路、混頻電路和倍頻電路。本課程主要學(xué)習(xí) 類電路。為什么要調(diào)制？無線電廣播的參數(shù)為：頻率：波長：則天線長度為：有效輻射信號的條件天線尺寸 天線尺寸與被輻射信號的波長

10、相比擬時，信號才能被天線有效的輻射出去。對于音頻范圍20Hz20kHz來說，這樣的天線不可能實現(xiàn)。信號選擇 如果直接發(fā)射，多家電臺的發(fā)射信號頻率范圍大致相同，接收機(jī)無法區(qū)分。 1.3 非線性器件的基本特點非線性電子線路中，上述三類功能的實現(xiàn)利用了器件的非線性特性，為此，有必要首先了解非線性器件的基本特點(參數(shù)、控制變量、不能用疊加定理)。 一、非線性器件特性的參數(shù) 主要有三個參數(shù)： 直流參數(shù)適用于直流分析 交流參數(shù)適用于頻率變換電路的分析 平均參數(shù)適用于功率放大和振蕩電路的分析0.2iv圖 0-2-1例：非線性電阻： 直流電導(dǎo)定義： 意義：表明直流電流與直流電壓間的依存關(guān)系。特點：其值是 VQ

11、(或 IQ) 的非線性函數(shù)。應(yīng)用：直流分析。 交流電導(dǎo)定義：意義：伏安特性曲線上任一點的斜率，或該點上增量電流與增量電壓的比值。特點：其值是 VQ(或 IQ)的非線性函數(shù)。應(yīng)用：交流分析。 平均電導(dǎo)圖 0-2-2在大信號作用下的電流波形定義：當(dāng)器件兩端加余弦電壓 v = Vmcos t 時，因特性的非線性，流過器件的電流必為非余弦，將其按傅里葉級數(shù)展開：則平均電導(dǎo)即為基波電流振幅與外加電壓振幅之比： 意義：反映基波電流與外加電壓間的依存關(guān)系。特點：其值是 VQ(或 IQ) 的非線性函數(shù)。 應(yīng)用：功放和振蕩電路分析。0.2二、非線性器件特性的控制變量控制變量不同，非線性器件的特性也不同，故分析時

12、須注明它的控制變量。1控制量不同，特性不同iv圖 0-2-1例 1：二極管電壓為控制量電流對電壓呈指數(shù)關(guān)系變化；電流為控制量電壓對電流呈對數(shù)關(guān)系變化。2特性為非單調(diào)時多值和負(fù)值0.2例 2 ：隧道二極管圖 0-2-3伏安特性曲線(1)控制變量電壓：電流為單值電流：電壓為多值 壓控非線性器件(2)直流電導(dǎo) g0 0，在曲線上任一點均為正。 (3)交流電導(dǎo) g(a, b) 0，即在 a、b 段為負(fù)電導(dǎo)。 器件特性的描述與控制變量有關(guān)，并可能出現(xiàn)負(fù)參數(shù)，尤其特性非單調(diào)變化時非線性與線性器件的重要區(qū)別。0.2三、不滿足疊加定理 若 i = f(v)，v = v1 + v2則 i = f(v1 + v2

13、)但 i f(v1)+ f(v2)例 i = av2 v = v1 + v2 注意，i 中除體現(xiàn)兩電壓分別作用外，還包含兩電壓乘積項產(chǎn)生的響應(yīng)電流。若 v1 = V1mcos 1t， v2 = V2mcos 2t ，則 i 中除出現(xiàn) 1，2 兩分量外，還出現(xiàn)兩電壓乘積項產(chǎn)生的角頻率為 1 2 的新頻率分量。出現(xiàn)新的頻率成分 非線性電路可以實現(xiàn)頻率加、減等更多電路功能。 一、課程特點：1.合理的近似：工程特性2.基本原理及基本電路結(jié)構(gòu)及其內(nèi)在聯(lián)系。3.理論聯(lián)系實際，重視實驗。二、與其它課程的關(guān)系：1.它是電路基礎(chǔ)、信號與系統(tǒng)、低頻電子線路和數(shù)字電路等課程的后繼課程。2.它是通信原理、雷達(dá)原理和遙控遙測原理等課程的前修課程。 1.4 本課程的特點、與其它課程的關(guān)