电子线路.ppt

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1、电 子 线 路非线性部分绪 论0.1 非线性电子线路的作用 各种电子器件都是非线性的；各种放大器都要求不失真地放大信号；非线性电子线路广泛用于通信系统和各类电子设备中；从广泛的涵义讲，一切将信号从发送者传送到接收者的过程，都可以看作为通信，实现这种信息传送过程的系统，称为通信系统。其中，利用导线传送信息的系统，称为有线通信系统；利用电磁波传送信息的系统，称为无线通信系统；利用光导纤维传送信息的系统，称为光纤通信系统。以无线通信系统为例，它是由发射装置、接收装置和传输媒质所组成。换能器发射机换能器接收机发射装置接收装置发射天线发射天线传输媒质 传输媒质是自由空间。根据电磁波的波长活频率范围不同，

2、电磁波在自由空间的传播方式也不同。波长在200m以上，即频率在1500kHz以下的中、长波段的电磁波主要沿地球表面传播（a）。因为大地表面是导体，当电磁波在其上传播时，一部分电磁波能量被损耗掉。并且，频率越高，趋肤效应越严重，损耗就越大。所以频率更高的电磁波不适合沿地面传播。波长为10200m频率为1500kHz30MHz的短波段，电磁波主要靠电离层传播（b）。波长在10m以下，即频率在30MHz以上的超短波段，电磁波主要沿空间直线传播（c）。沿地面传输大地a电离层大地 b直线传输大地 c 信息传播损耗很大；大气层和宇宙空间存在电磁干扰；为了适应电磁波的传输特点，通信系统必须借助各种线性和非线

3、性电子线路对携有信息的电信号进行变换和处理。主要是放大和调制、解调。调制：由携带信息的电信号去控制高频振荡信号的某一参数，使该参数按照电信号的规律变化的一种处理方式。通常讲携有信息的电信号称为调制信号，未调制的高频振荡信号称为载波信号，经调制的高频振荡信号称为已调波信号。如，受控的参数是高频振荡的振幅，这种调制为调幅。相应的已调波信号称为调幅波信号；如果受控的参数是高频振荡的频率或相位，则称为调频或调相，调幅波或调相波信号统称为调角波信号。而解调，就是调制的逆过程，为恢复原始电信号。在系统中除了小信号放大器以外，其它如振荡器、功率放大器、调制器、解调器、混频器和倍频器等都属于本书讨论范围内的非

4、线性电子线路。就电路功能而言，各种非线性电子线路归纳为三类：1.实现功率放大功能的电路。功率放大器与小信号放大器的区别在于小信号放大器的要求主要是体现在增益、频率响应和稳定性方面。而功率放大器的要求除了增益、频率响应和稳定性外最主要的是在保证功率管安全工作的条件下，高效率地输出尽可能大且失真在允许范围内的功率。2.实现振荡功能的电路。3.实现波形变换和频率变换功能的电路。0.2 非线性器件的基本特点 各种非线性电子线路都是利用器件的非线性特性，来实现前面的三种功能。各种晶体二极管、三极管以及场效应管等电子器件，都是非线性器件。一、非线性器件特性的参数一、非线性器件特性的参数 非线性器件有多种含

5、义不同的参数，而且这些参数都是随激励量的大小而变化的。例如非线性电阻器件，它的伏安特性如图。直流电导 g0=IQ/VQ 交流电导 g=di/dv二、非线性器件特性的控制变量二、非线性器件特性的控制变量 分析非线性器件的响应特性时，必须注明它的控制变量。控制变量不同，描述非线性器件特性的函数也不同。例如，晶体二极管，当控制变量为电压时，流过二极管的电流对电压的关系是指数律的；而当控制变量为电流时，在二极管两端产生的电压对电流的关系则是对数律的。当非线性器件的特性为非单调变化时，指明它们的控制变量尤为必要。如隧道二极管。三、不满足叠加原理三、不满足叠加原理 在分析非线性器件对输入信号的响应时，不能

6、采用线性器件分析中使用的叠加原理。若设非线性器件的特性为 I=f（v），则当 v=v1+v2 时，I 将等于 f（v1+v2）。0.3 无线通信系统实例0.3.1 CDMA工作原理CDMA（码分多址）是以分组的形式广播您的通话的，但与TDMA（时分多址）不同的是，所有通话均在同一信道上传递，它通过指定给各个对话的特殊代码来区分每个对话。当您使用CDMA 电话时，它实际上接收了在您所使用的网络上传输的所有电话，但只有那些带有您的特殊代码的通话才会被从分组的数据状态重新转换为语音。单个的CDMA网络单元在这三种数字协议（TDMA，GSM，CDMA）中是最大的，CDMA能管理网络单元覆盖的广阔空间，

7、因为它的智能电话在靠近天线时会自动降低功率，而在远离天线时又会加大功率。象GSM一样，CDMA以13Kbps的速率传输语音，以9600bps的速率传输数据，但它提供的通话质量在三种数字协议中是最清晰的，而且通话容量是模拟电话的20倍（请看下方的“CDMA工作原理”）。CDMA既可以在800MHz也可以在1900MHz的频段上工作。象TDMA一样，CDMA在必需时也可以切换到模拟方式，但请注意，这常常是从数字连接变成一个虽然更可靠但质量却较差的模拟连接。0.3.2 GPS接收机一、概述：自从五七年第一颗人造卫星上天，六十年代的人造卫星导航定位技术，七十年代美国军方开始发展GPS（Global P

8、ositioning System）卫星导航定位系统，直至1995年4月27日美国国防部宣部“GPS系统已具备全部运作能力”。GPS计划的实现历时23年，耗资200多亿美元，前后共发射35颗卫星，目前仍在轨道上正常工作的有二25颗卫星，其中1颗为实验卫星，24颗为工作卫星。它具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力，是美国第二代卫星导航系统，其特点是全天候、高精度、应用广，是迄今最好的导航定位系统。它广泛的应用价值，引起了各国科学家的关注和研究，前苏联和西欧各国的科学家在积极开发利用GPS信号资源的同时，还致力于研究开发各自的卫星导航定位系统，如前苏联建成的GLONASS卫星导航系统，我国也

9、在致力于发展自已的卫星导航定位系统。同时，它的出现也导致了测绘行业一场深刻的技术变革。二、GPS系统的组成：由三大部分组成，即空间部分、地面监控部分、用户设备部分。1、空间部分：GPS系统的空间部分是指GPS工作卫星星座，其由24颗卫星组成，其中21颗工作卫星，3颗备用卫星，均匀分布在6个轨道上。卫星轨道平面与地球赤道面倾角为55，各个轨道平面的升交点赤经相差60，轨道平均高度为20200km.卫星运行周期为11小时58分（恒星时），同一轨道上的各卫星的升交角距为90，GPS卫星的上述时空配置，基本保证了地球上任何地点，在任何时刻均至少可以同时观测到4颗卫星，以满足地面用户实时全天候精密导航和

10、定位。GPS卫星的主体呈圆柱形，直径约为1.5m，重约774kg，两侧各安装两块双叶太阳能电池板，能自动对日定向，以保证卫星正常工作用电。每颗卫星带有四台高精度原子钟，其中2台为铷钟，2台为铯钟。GPS卫星上设有微处理机，可以进行必要的数据处理工作，它主要的3个基本功能：根据地面监控指令接收和储存由地面监控站发来的导航信息，调整卫星姿态、启动备用卫星；向GPS用户播送导航电文，提供导航和定位信息；通过高精度卫星钟向用户提供精密的时间标准。2、地面监控部分：由5个地面站组成。1个主控站，其位于美国本土科罗拉多斯平士（Colorado Spings）的联合空间执行中心CSOC，3个注入站，其分别设

11、在印度洋的迭哥加西、南大西洋的阿松森岛和南太平洋的卡瓦加兰。5个监控站，其中4个与主控站、注入站重叠，另外一个设在夏威夷。主控站的主要任务为：根据各监控站提供的观测资料推算编制各颗卫星的星历、卫星钟差、和大气层修正参数并把这些数据传送到注入站；提供GPS系统的时间标准；调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行；启用备用卫星以取代失效的工作卫星。注入站的主要任务为：在主控站的控制下，把主控站传来的各种数据和指令等正确并适时地注入到相应卫星的存储系统。监测站的主要任务为：给主控站编算导航电文提供观测数据，每个监控站均用GPS信号接收机，对每颗可见卫星每6秒钟进行一次伪距测量和积分多普勒观测，并采集

12、气象要素等数据。3、用户设备部分：由GPS接收机硬件和相应的数据处理软件以及微处理机及其终端设备组成。其主要功能是接收GPS卫星发射的信号，获得必要的导航和定位信息及观测量，并经简单数据处理实现实时导航和定位，用后处理软件包对观测数据进行精加工，以获取精密定位结果。0.3.3 雷达预警接收器 雷达(RADAR)一词，源于美国海军在40年二战中使用的一个保密代号它是无线电探测和测距(Radio Detection and Ranging)的英文缩写。雷达预警接收器（Radar Warning Receiver,RWR）是现代军机上不可或缺的军用电子系统，也是现代军机上面最基本的电子作战装备。雷达

13、预警接收器对特定的无线电讯号持续监听，当具有威胁的讯号出现时，雷达预警接收器会警告使用者并且显示相关的资料。雷达预警接收器是协助飞行员在现代精密防空系统威胁下生存不可缺少的帮手。雷达预警接收器就像是收音机一般，接收一个或是多个特定频率的讯号。在特定讯号出现之后，就如同收音机接收到选定的电台频率下会有声音出现一样，雷达预警接收器会根据事先设定好的方式对使用者提供警告。现代的系统可以同时监视较大的频率范围，同时会对接收到的讯号加以分析，只有当威胁性较大的讯号出现时才会加以警告，同时还会告诉飞行员讯号的特性，威胁性高低以及大致的方向。0.3.4 蓝牙技术 1999年12月1日，蓝牙特殊利益集团Blu

14、etooth SIG发布了蓝牙技术最新标准1.0B版。发展至今，加盟的公司已超过2000多家，其中包括诸如AMD、康柏、戴尔、惠普、德州仪器、高通以及卡西欧、菲利普、三星、LG、精工、夏普等许多世界最著名的计算机行业、通信领域以及消费电子产品、甚至还有汽车与相机的生产制造厂家。一项公开的全球统一的技术规范能得到工业界如此广泛的关注和支持是前所未有的。当然，这主要得益于蓝牙技术本身所具有的广阔应用前景和诱人的商机。蓝牙技术的设计初衷是将智能移动电话与笔记本电脑、掌上电脑以及各种数字化的信息设备，通过一种小型的、低成本的无线通信技术连接起来，从而甩掉常用的有线电缆；同时还要形成一种个人身边的网络，

15、使得身边的各种信息化的移动便携设备都能无缝地实现资源共享。据国外权威机构预计，不久的将来会有数以亿计的数字移动电话、PC机以及各种信息设备采用基于蓝牙技术的无线接口作为一种标准配置，从而建立一个全球统一的无线连接标准，让不同厂家生产的移动计算设备在近距离内无需电缆线都可实现互操作和数据共享。目前，全球已有2000多家企业推出了蓝牙芯片、蓝牙平台、应用程序、测试设备等产品。它将以简单、方便、快捷、低廉等优越性能而在全球范围得到广泛的应用，并对家庭信息化的进程及短距离通信技术产生巨大的推动作用。蓝牙技术是一种支持点对点或点对多点的话音、数据业务的短距离无线通信技术。蓝牙系统采用一种灵活的无基站的组

16、网方式，使得一个蓝牙设备可同时与7个其它的蓝牙设备相连接。蓝牙系统的网络结构为拓扑结构，有两种形式：微微网（piconet）和分布式网络（Scatternet）。微微网（piconet）是通过蓝牙技术连接起来的一种微型网络，一个微微网可以只是两台相连的设备，比如一台便携式电脑和一部移动电话，也可以是8台连在一起的设备。在一个微微网中，所有设备的级别是相同的，具有相同的权限。在微微网初建时，定义其中一个蓝牙设备为主设备，其余设备则为从设备。分布式网络是由多个独立的非同步的微微网组成的。它靠跳频顺序识别每个微微网。同一微微网所有用户都与这个跳频顺序同步。一个分布网络中，在带有10个全负载的独立的微微网的情况下，全双工数据速率超过6Mbit/s。