绪 论
0.1 非线性电子线路的作用
0.2 非线性器件的基本特点
0.3 本课程的特点
0.1 非线性电子线路的作用
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。
器件特性与使用条件密切相关，例如,
小信号 条件下, 输入信号小, 在一定条件下电路可用
线性 等效电路表示, 例如各种小信号放大器 (,线性电子线
路, )中, 器件的特性归属线性电子线路 。
大信号 条件下, 输入信号大, 必涉及器件的非线性部
分, 例如功率放大器 。 故不能用线性等效电路表示电子器
件的特征, 而必须用非线性电路的分析方法 。 所以, 功放
归属 非线性 电子线路 。
二、非线性电子线路在通信系统中的应用
1．通信系统的分类
(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
2．无线通信系统
图 0-1-1 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
① 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 。
② 发射机,
无线通信系统的组成
③ 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。
① 接收天线,高频电振荡 ?? ?? 还原 电信号
② 接收机,将从空间接收的电磁波 ? 高频电振荡 。
③ 换能器,将电信号
?? ?? 还原
所传送信息
(3) 传输媒体 —— 电磁波
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 。
表 1 各波段特点
波 段 波长 /m 频率 /MHz 特 点 说 明
中,
长波 > 200 < 1.5
沿地表
传播
大地表面是导体, 一部分电
磁波会损耗掉, 频率越高,
损耗越大
短波 10 ~ 200 1.5 ~ 30
靠电离
层反射
传播
电磁波一部分被吸收, 另一
部分被反射或折射到地面 。
频率越高, 被吸收的能量越
小, 但频率超过一定值, 电
磁波会穿过电离层, 不再返
回地面
超短波 < 10 > 30
沿空间
直线
传播
地球表面是弯曲的, 所以只
能限制在视线范围内
图 0-1-2 无线电波传播方式
传播距离,电离层 ＞ 地面 ＞ 直线
3．无线通信存在的问题
(1)接收信号微弱
电磁波 ?? ?? 长距离 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。
4,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 。
(1)调制
由携有信息的 电信号 (如 音频信号 )去控制高频振荡信
号的某一参数 (如 振幅 ),使该参数按照电信号的规律而变
化 (调幅 )。
调制信号,携有信息的电信号。
载波信号,未调制的高频振荡信号。
已调波,经过调制后的高频振荡信号。
根据受控参数,调幅、调角 (调频、调相 )。
(2)解调
调制的逆过程, 将已调波转换为载有信息的电信号 。
(3)调制的作用
① 减小天线的尺寸 。 音频范围,20 Hz ~ 20 kHz,若
发射 100 Hz,波长 ? = c /f = 3 000 km,天线至少几百千
米 。 需减少波长, 提高发射频率 。
② 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 。
5,调幅 发射机组成
图 0-1-3 调幅广播发射机的组成
调幅广播发射机的组成
各部分作用,
(1)振荡器
产生 fosc 的高频振荡信号，几十千赫以上。
(2)高频放大器
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 。
(3)调制信号放大器
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 。
(4)振幅调制器
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 。
6,调幅接收机
图 0-1-4 调幅广播接收机的组成
调幅广播接收机的组成
(1) 高频放大器
为小信号谐振放大器, 作用,
① 选台 。 利用可调谐的谐振系统选出有用信号, 抑制其
他频率的干扰信号 。
② 放大 。 放大选出的有用信号 。
(2) 混频器
两路 输入 为,
① 由高放级,已调信号 fc 。
② 由 本机振荡器, 本振信号 fL。
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 。
(3)本机振荡
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。
(4)中频放大器
为多级固定调谐的小信号放大器，作用：放大中频信号。
(5)检波器
解调, 从中频调幅波还原所传送的调制信号 。
(6)低频放大器
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 。
特点,解调电路前包括 混频器, 本机振荡, 中频放大
器 等 。
优点,增益高, 选择性好 。
直接高放接收机,解调前仅包括高放, 无 混频器, 本
机振荡, 中频放大器 等, 增益低, 选择性差 。
7．其他通信系统
① 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 。
② 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 。
③ 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 。
8．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 。
(2)本课程讨论的内容 —— 三类电路
① 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 。
② 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 。
③ 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 。
本课程将顺序学习这三类电路。
0.2 非线性器件的基本特点
非线性电子线路中, 上述 三类 功能的实现利用了器件
的非线性特性, 为此, 有必要首先了解非线性器件的 基本
特点 (参数, 控制变量, 不能用 叠加定理 )。
一、非线性器件特性的参数
主要有三个参数,
① 直流参数 适用于直流分析
② 交流参数 适用于频率变换电路的分析
③ 平均参数 适用于功率放大和振荡电路的分析
?i
?v
图 0-2-1
例：非线性电阻,
① 直流电导
定义,
Q
Q
Q0 V
I
g ?
意义：表明直流电流与直流电压间
的依存关系 。
特点：其值是 VQ(或 IQ) 的非线性函数 。
应用：直流分析 。
② 交流电导
定义,
QQ
Q d
d
v
i
v
ig
?
???
意义：伏安特性曲线上任一点的斜率, 或该点上增量
电流与增量电压的比值 。
特点：其值是 VQ(或 IQ)的非线性函数。
应用：交流分析。
③ 平均电导
图 0-2-2 在大信号作用下的
电流波形
定义,当器件两端加余弦电压
v = Vmcos ?t 时, 因 特性的非线性,
流过器件的电流必为非余弦, 将其
按 傅 里叶级数展开,
???+++? tItIIi ?? 2c o sc o s 2m1m0
则 平均电导 即为 基波电流振幅
与 外加电压振幅 之比,
m
m1
,Qav m V
Ig
V ?
意义：反映 基波电流 与 外加电压
间的依存关系 。
特点：其值是 VQ(或 IQ) 的非线性函数。
应 用：功放和振荡电路分析。
二、非线性器件特性的控制变量
控制变量不同, 非线性器件的特性也不同, 故分析时
须注明它的 控制变量 。
1,控制量不同, 特性不同
?i
?v
图 0-2-1
例 1：二极管
电压 为控制量 —— 电流 对电压呈 指
数 关系变化；
电流 为控制量 —— 电压 对电流呈 对
数 关系变化 。
2,特性为非单调时 —— 多值和负值
例 2, 隧道二极管
图 0-2-3 伏安特性曲线
(1)控制变量
电压,电流为 单值
电流,电压为 多值
—— 压控非线性器件
(2)直流电导
g0 ＞ 0，在曲线上任一点均为正。
(3)交流电导
g(a,b) < 0，即在 a,b 段为 负电导 。
器件特性的描述与控制变量有关, 并可能出现负参数,
尤其特性非单调变化时 —— 非线性与线性器件的重要区别 。
三、不满足叠加定理
若 i = f(v),v = v1 + v2
则 i = f(v1 + v2) 但 i ? f(v1)+ f(v2)
例 i = av2 v = v1 + v2
2
2
2
121
2
2
2
1 2 avavvavavavi +?++?
注意, i 中除体现两电压分别作用外, 还包含两电压乘
积项产生的响应电流 。 若 v1 = V1mcos ?1t,v2 = V2mcos ?2t,
则 i 中除出现 ?1,?2 两分量外, 还出现两电压乘积项产生
的角频率为 ?1 ? ?2 的新频率分量 。
出现新的频率成 分 ? 非线性电路 可以 实现频率加, 减
等更多电路功能 。
0.3 本课程的特点
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．重视实验环节，坚持理论联系实际
本书内容安排的 三个层次,
① 由电路功能的 基本原理 导出 基本电路 。
② 合理近似, 引出对电路的工程 近似分析 。
③ 根据分析结果, 提出对电路的设计原则及改进电路
性能的基本途径 。
0.1 非线性电子线路的作用
0.2 非线性器件的基本特点
0.3 本课程的特点
0.1 非线性电子线路的作用
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。
器件特性与使用条件密切相关，例如,
小信号 条件下, 输入信号小, 在一定条件下电路可用
线性 等效电路表示, 例如各种小信号放大器 (,线性电子线
路, )中, 器件的特性归属线性电子线路 。
大信号 条件下, 输入信号大, 必涉及器件的非线性部
分, 例如功率放大器 。 故不能用线性等效电路表示电子器
件的特征, 而必须用非线性电路的分析方法 。 所以, 功放
归属 非线性 电子线路 。
二、非线性电子线路在通信系统中的应用
1．通信系统的分类
(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
2．无线通信系统
图 0-1-1 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
① 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 。
② 发射机,
无线通信系统的组成
③ 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。
① 接收天线,高频电振荡 ?? ?? 还原 电信号
② 接收机,将从空间接收的电磁波 ? 高频电振荡 。
③ 换能器,将电信号
?? ?? 还原
所传送信息
(3) 传输媒体 —— 电磁波
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 。
表 1 各波段特点
波 段 波长 /m 频率 /MHz 特 点 说 明
中,
长波 > 200 < 1.5
沿地表
传播
大地表面是导体, 一部分电
磁波会损耗掉, 频率越高,
损耗越大
短波 10 ~ 200 1.5 ~ 30
靠电离
层反射
传播
电磁波一部分被吸收, 另一
部分被反射或折射到地面 。
频率越高, 被吸收的能量越
小, 但频率超过一定值, 电
磁波会穿过电离层, 不再返
回地面
超短波 < 10 > 30
沿空间
直线
传播
地球表面是弯曲的, 所以只
能限制在视线范围内
图 0-1-2 无线电波传播方式
传播距离,电离层 ＞ 地面 ＞ 直线
3．无线通信存在的问题
(1)接收信号微弱
电磁波 ?? ?? 长距离 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。
4,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 。
(1)调制
由携有信息的 电信号 (如 音频信号 )去控制高频振荡信
号的某一参数 (如 振幅 ),使该参数按照电信号的规律而变
化 (调幅 )。
调制信号,携有信息的电信号。
载波信号,未调制的高频振荡信号。
已调波,经过调制后的高频振荡信号。
根据受控参数,调幅、调角 (调频、调相 )。
(2)解调
调制的逆过程, 将已调波转换为载有信息的电信号 。
(3)调制的作用
① 减小天线的尺寸 。 音频范围,20 Hz ~ 20 kHz,若
发射 100 Hz,波长 ? = c /f = 3 000 km,天线至少几百千
米 。 需减少波长, 提高发射频率 。
② 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 。
5,调幅 发射机组成
图 0-1-3 调幅广播发射机的组成
调幅广播发射机的组成
各部分作用,
(1)振荡器
产生 fosc 的高频振荡信号，几十千赫以上。
(2)高频放大器
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 。
(3)调制信号放大器
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 。
(4)振幅调制器
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 。
6,调幅接收机
图 0-1-4 调幅广播接收机的组成
调幅广播接收机的组成
(1) 高频放大器
为小信号谐振放大器, 作用,
① 选台 。 利用可调谐的谐振系统选出有用信号, 抑制其
他频率的干扰信号 。
② 放大 。 放大选出的有用信号 。
(2) 混频器
两路 输入 为,
① 由高放级,已调信号 fc 。
② 由 本机振荡器, 本振信号 fL。
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 。
(3)本机振荡
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。
(4)中频放大器
为多级固定调谐的小信号放大器，作用：放大中频信号。
(5)检波器
解调, 从中频调幅波还原所传送的调制信号 。
(6)低频放大器
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 。
特点,解调电路前包括 混频器, 本机振荡, 中频放大
器 等 。
优点,增益高, 选择性好 。
直接高放接收机,解调前仅包括高放, 无 混频器, 本
机振荡, 中频放大器 等, 增益低, 选择性差 。
7．其他通信系统
① 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 。
② 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 。
③ 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 。
8．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 。
(2)本课程讨论的内容 —— 三类电路
① 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 。
② 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 。
③ 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 。
本课程将顺序学习这三类电路。
0.2 非线性器件的基本特点
非线性电子线路中, 上述 三类 功能的实现利用了器件
的非线性特性, 为此, 有必要首先了解非线性器件的 基本
特点 (参数, 控制变量, 不能用 叠加定理 )。
一、非线性器件特性的参数
主要有三个参数,
① 直流参数 适用于直流分析
② 交流参数 适用于频率变换电路的分析
③ 平均参数 适用于功率放大和振荡电路的分析
?i
?v
图 0-2-1
例：非线性电阻,
① 直流电导
定义,
Q
Q
Q0 V
I
g ?
意义：表明直流电流与直流电压间
的依存关系 。
特点：其值是 VQ(或 IQ) 的非线性函数 。
应用：直流分析 。
② 交流电导
定义,
Q d
d
v
i
v
ig
?
???
意义：伏安特性曲线上任一点的斜率, 或该点上增量
电流与增量电压的比值 。
特点：其值是 VQ(或 IQ)的非线性函数。
应用：交流分析。
③ 平均电导
图 0-2-2 在大信号作用下的
电流波形
定义,当器件两端加余弦电压
v = Vmcos ?t 时, 因 特性的非线性,
流过器件的电流必为非余弦, 将其
按 傅 里叶级数展开,
???+++? tItIIi ?? 2c o sc o s 2m1m0
则 平均电导 即为 基波电流振幅
与 外加电压振幅 之比,
m
m1
,Qav m V
Ig
V ?
意义：反映 基波电流 与 外加电压
间的依存关系 。
特点：其值是 VQ(或 IQ) 的非线性函数。
应 用：功放和振荡电路分析。
二、非线性器件特性的控制变量
控制变量不同, 非线性器件的特性也不同, 故分析时
须注明它的 控制变量 。
1,控制量不同, 特性不同
?i
?v
图 0-2-1
例 1：二极管
电压 为控制量 —— 电流 对电压呈 指
数 关系变化；
电流 为控制量 —— 电压 对电流呈 对
数 关系变化 。
2,特性为非单调时 —— 多值和负值
例 2, 隧道二极管
图 0-2-3 伏安特性曲线
(1)控制变量
电压,电流为 单值
电流,电压为 多值
—— 压控非线性器件
(2)直流电导
g0 ＞ 0，在曲线上任一点均为正。
(3)交流电导
g(a,b) < 0，即在 a,b 段为 负电导 。
器件特性的描述与控制变量有关, 并可能出现负参数,
尤其特性非单调变化时 —— 非线性与线性器件的重要区别 。
三、不满足叠加定理
若 i = f(v),v = v1 + v2
则 i = f(v1 + v2) 但 i ? f(v1)+ f(v2)
例 i = av2 v = v1 + v2
2
2
2
121
2
2
2
1 2 avavvavavavi +?++?
注意, i 中除体现两电压分别作用外, 还包含两电压乘
积项产生的响应电流 。 若 v1 = V1mcos ?1t,v2 = V2mcos ?2t,
则 i 中除出现 ?1,?2 两分量外, 还出现两电压乘积项产生
的角频率为 ?1 ? ?2 的新频率分量 。
出现新的频率成 分 ? 非线性电路 可以 实现频率加, 减
等更多电路功能 。
0.3 本课程的特点
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．重视实验环节，坚持理论联系实际
本书内容安排的 三个层次,
① 由电路功能的 基本原理 导出 基本电路 。
② 合理近似, 引出对电路的工程 近似分析 。
③ 根据分析结果, 提出对电路的设计原则及改进电路
性能的基本途径 。
