高频电子线路教材

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1、绪绪 论论0.1 无线电通信发展简史无线电通信发展简史0.2 信号、频谱与调制信号、频谱与调制0.3 通信系统的组成通信系统的组成0.4 元件的高频特性元件的高频特性0.5 本课程的特点、研究对象及任务本课程的特点、研究对象及任务本本 书书 介介 绍绍 本书主要讨论用于各种无线电技术设备和系统高本书主要讨论用于各种无线电技术设备和系统高 频电子线路频电子线路,主要结合无线电通信这一方式讨论设备主要结合无线电通信这一方式讨论设备 和系统中高频电路的线路组成、工作原理及工程设和系统中高频电路的线路组成、工作原理及工程设 计计算。计计算。0.10.1 无线电通信发展简史无线电通信发展简史信息传输是人

2、类社会生活的重要内容。信息传输是人类社会生活的重要内容。古代的烽火到近代的旗语都是人们寻求快速远距古代的烽火到近代的旗语都是人们寻求快速远距离通信的手段。离通信的手段。1837年，莫尔斯发明了电报，创造了莫尔斯电年，莫尔斯发明了电报，创造了莫尔斯电码，开始了通信的新纪元。码，开始了通信的新纪元。1865年，英国的麦克斯韦总结了前人的科学成年，英国的麦克斯韦总结了前人的科学成果，提出电磁波学说。果，提出电磁波学说。1876年，贝尔发明了电话，能够直接将语言信年，贝尔发明了电话，能够直接将语言信号变为电能沿导线传送。号变为电能沿导线传送。1897年年,意大利科学家意大利科学家马可尼马可尼（Marc

3、oni）在赫兹实验的基础上，实现了远距离无线电信在赫兹实验的基础上，实现了远距离无线电信号的传送，这个距离在当时不过一百码，但一号的传送，这个距离在当时不过一百码，但一年后他就实现了船只与海岸的通信。年后他就实现了船只与海岸的通信。1887年，德国科学家年，德国科学家赫兹赫兹（Hertz）用一）用一个振荡偶子产生了电磁波，在历史上第一次直个振荡偶子产生了电磁波，在历史上第一次直接验证了电磁波的存在；接验证了电磁波的存在；马可尼因此获得马可尼因此获得1909年度诺贝尔奖。与他分年度诺贝尔奖。与他分享这一年度诺贝尔奖的是布劳恩（享这一年度诺贝尔奖的是布劳恩（Braun），因），因为布氏发现金属硫化

4、物具有单向导电性，这一成为布氏发现金属硫化物具有单向导电性，这一成果可用于无线电接收装置；果可用于无线电接收装置；1901年年12月月12日，马可尼做了跨越大西洋日，马可尼做了跨越大西洋传送无线电信号的表演。这一次他把信号从英传送无线电信号的表演。这一次他把信号从英国的国的Cornwall发送到加拿大的发送到加拿大的Newfoundland。1906年，美国科学家弗雷斯特（年，美国科学家弗雷斯特（Forest）发明了真空三极管，是电子技术发展史上第一个发明了真空三极管，是电子技术发展史上第一个重要里程碑。重要里程碑。1904年，英国科学家弗莱明（年，英国科学家弗莱明（Fleming）获得了一项

5、专利，在专利说明书中描述了一个获得了一项专利，在专利说明书中描述了一个高频交变电流整流用的两极高频交变电流整流用的两极真空管真空管，标志着进，标志着进入无线电电子学时代入无线电电子学时代 1912年，英国科学家埃克尔斯（年，英国科学家埃克尔斯（Eccles）提）提出了无线电波通过电离层传播的理论，这一理论出了无线电波通过电离层传播的理论，这一理论使得一群业余爱好者在使得一群业余爱好者在1921年实现了短波试验性年实现了短波试验性广播；广播；同年，美国的费森登（同年，美国的费森登（Fessenden）和阿姆斯）和阿姆斯特朗（特朗（Armstrong）改进了接收机的工作方式，）改进了接收机的工作方

6、式，发明了发明了外差式外差式接受系统，这种形式仍是目前许多接受系统，这种形式仍是目前许多无线电接收机的主要工作方式；无线电接收机的主要工作方式；1906年，美国科学家费森登（年，美国科学家费森登（Fessenden）在在Massachusetts领导了第一次广播；领导了第一次广播；1938年，美国科学家年，美国科学家香农香农（Shannon）指）指出，利用布尔（出，利用布尔（Boole）代数能对复杂的开关）代数能对复杂的开关电路进行分析，电子科学中一个崭新的分支就电路进行分析，电子科学中一个崭新的分支就逐渐形成，发展起来。这就是电子计算机最初逐渐形成，发展起来。这就是电子计算机最初的理论。真正

7、的电子计算机一般说来是的理论。真正的电子计算机一般说来是1942年年开始研制的开始研制的ENIAC（Electronic numerical integrator and computer）。）。这台计算机直到这台计算机直到1946年完成，它主要是为年完成，它主要是为美国陆军阿贝尔丁检验基地计算弹道而设计的，美国陆军阿贝尔丁检验基地计算弹道而设计的，共用了共用了18000个真空管；个真空管；Electronic numerical integrator and computer 项目开始：项目开始：1943 完成：完成：1946 速度：速度：5000次每秒次每秒 输入输入/输出：输出：卡片、光

8、、开关、卡片、光、开关、插头插头 占平面积：占平面积：1000平方英尺平方英尺项目负责人：项目负责人：John Mauchly J.Presper Eckert ENIAC 几乎与此同时，一个引起电子科学革命性几乎与此同时，一个引起电子科学革命性变化的工作也在进行，这就是对半导体器件的变化的工作也在进行，这就是对半导体器件的研制。而现今半导体器件几乎占领了电子科学研制。而现今半导体器件几乎占领了电子科学所有特殊的和普通的领域。所有特殊的和普通的领域。1948年，确切地说应是年，确切地说应是1947年年12月月23日，日，第一只晶体管第一只晶体管在贝尔实验室（在贝尔实验室（Bell Teleph

9、one Laboratories）诞生，这是电子技术发展史上）诞生，这是电子技术发展史上第二个重要里程碑。第二个重要里程碑。用单晶锗研制成用单晶锗研制成n-p-n型晶体三极管，促成了电型晶体三极管，促成了电子技术小型化的发展，推子技术小型化的发展，推动了固体物理和电子学的动了固体物理和电子学的研究研究 第一只点接触型晶体三极管第一只点接触型晶体三极管晶体管的出世要归功于：晶体管的出世要归功于：肖克莱肖克莱Shockley 巴丁巴丁 Bardeen 布拉顿布拉顿Bratein1902年生于中国厦门年生于中国厦门 他们分享了他们分享了1956年度诺贝尔物理学奖年度诺贝尔物理学奖 而巴丁则又与库柏（

10、而巴丁则又与库柏（Cooper）和施莱弗）和施莱弗（Schrieffer）由于对超导理论的贡献共享了）由于对超导理论的贡献共享了1972年度诺贝尔物理学奖。年度诺贝尔物理学奖。晶体管出现后，无线电技术及电子学本身晶体管出现后，无线电技术及电子学本身发生了巨大变化，得到了长足的发展；发生了巨大变化，得到了长足的发展；肖克莱后来对美国旧金山西南端硅谷做出肖克莱后来对美国旧金山西南端硅谷做出了开创性贡献。了开创性贡献。20世纪世纪60年代，中、大规模乃至超大规模集成年代，中、大规模乃至超大规模集成电电 路的不断涌现，是电子技术发展史上第三个重要路的不断涌现，是电子技术发展史上第三个重要里里 程碑。程

11、碑。1959年，美国科学家基尔比（年，美国科学家基尔比（Kilby）造出了世）造出了世界上界上第一块集成电路第一块集成电路。1967年研制成大规模集成（年研制成大规模集成（LSI）电路。）电路。1978年研制成超大年研制成超大 规模集成（规模集成（VLSI）电路，从）电路，从此电子技术进入了微电子技术时代。此电子技术进入了微电子技术时代。Kilby 集成电路（集成电路（integrated circuit）随着半导体技术的发展，出现了许多电子随着半导体技术的发展，出现了许多电子技术新的分支。而今所谓技术新的分支。而今所谓三三C技术技术、三三A革命革命无一不是电子技术及半导体技术的发展所导致无一

12、不是电子技术及半导体技术的发展所导致的直接结果。的直接结果。半导体技术的发展不仅影响了电子技术，半导体技术的发展不仅影响了电子技术，也影响了其它技术的发展。如：冶金术，精加也影响了其它技术的发展。如：冶金术，精加工，材料科学，化学等。工，材料科学，化学等。五十年代开始，半导体技术在我国受到五十年代开始，半导体技术在我国受到重视。一批从国外回来的著名科学家如：黄昆、重视。一批从国外回来的著名科学家如：黄昆、谢希德等组织了一些有志之士开始了半导体专谢希德等组织了一些有志之士开始了半导体专门化研究，他们那时培养的学生大多数已成为门化研究，他们那时培养的学生大多数已成为我国固体物理学或半导体技术界的学

13、科带头人。我国固体物理学或半导体技术界的学科带头人。七十年代，我们几乎停止了进步。直到八七十年代，我们几乎停止了进步。直到八十年代我国半导体技术才有开始有长足的发展。十年代我国半导体技术才有开始有长足的发展。应该讲我们与国外的差距正在缩小。应该讲我们与国外的差距正在缩小。20世纪初首先解决了无线电报通信问题。接着世纪初首先解决了无线电报通信问题。接着又又 解决了用无线电波传送语言和音乐的问题，从而解决了用无线电波传送语言和音乐的问题，从而 开展了无线电话通信和无线电广播。以后传输图象开展了无线电话通信和无线电广播。以后传输图象 的问题也解决了，出现了无线电传真和电视。的问题也解决了，出现了无线

14、电传真和电视。20世世 纪纪30年代中期到第二次世界大战期间，为了防空的年代中期到第二次世界大战期间，为了防空的 需要，无线电定位技术迅速发展和雷达的出现，带需要，无线电定位技术迅速发展和雷达的出现，带 动了其他科学的兴起，如无线电天文学、无线电气动了其他科学的兴起，如无线电天文学、无线电气 象学等。象学等。20世纪世纪50年代以来，宇航技术的发展又促年代以来，宇航技术的发展又促 进了无线电技术向更高的阶段发展。进了无线电技术向更高的阶段发展。无线电技术的发展是从利用电磁波传输信无线电技术的发展是从利用电磁波传输信 息的无线电通信扩展到计算机科学、宇航技术、自息的无线电通信扩展到计算机科学、宇

15、航技术、自 动控制以及其他各学科领域的。动控制以及其他各学科领域的。0.20.2 信号、频谱信号、频谱 在高频电路中在高频电路中,我们要处理的无线电信号主要我们要处理的无线电信号主要有三种有三种:基带（消息）信号、基带（消息）信号、高频载波信号和已高频载波信号和已调信号。调信号。所谓基带信号所谓基带信号,就是没有进行调制之前就是没有进行调制之前的原始信号的原始信号,也称调制信号。也称调制信号。1.时间特性 一个无线电信号一个无线电信号,可以将它表示为电压或电流可以将它表示为电压或电流的时间函数的时间函数,通常用时域波形或数学表达式来描述。通常用时域波形或数学表达式来描述。无线电信号的时间特性就

16、是信号随时间变化无线电信号的时间特性就是信号随时间变化快慢的特性。快慢的特性。信号的时间特性要求传输该信号的信号的时间特性要求传输该信号的电路的时间特性（如时间常数）与之相适应。电路的时间特性（如时间常数）与之相适应。图1 信号分解 2.频谱特性频谱特性 对于较复杂的信号（如话音信号、对于较复杂的信号（如话音信号、图像信号图像信号等）等）,用频谱分析法表示较为方便。用频谱分析法表示较为方便。信号幅度0t 对于周期性信号对于周期性信号,可以表示为许多离散的频率分量（各可以表示为许多离散的频率分量（各分量间成谐频关系）分量间成谐频关系）,例如图例如图 2即为图即为图 1所示信号的频谱图所示信号的频

17、谱图;对于非周期性信号对于非周期性信号,可以用傅里叶变换的方法分解为连续谱可以用傅里叶变换的方法分解为连续谱,信号为连续谱的积分。信号为连续谱的积分。频谱特性包含幅频特性和相频特性两部分频谱特性包含幅频特性和相频特性两部分,它们分别反它们分别反映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。映信号中各个频率分量的振幅和相位的分布情况。任何信号都会占据一定的带宽。任何信号都会占据一定的带宽。从频谱特性上看从频谱特性上看,带带宽就是信号能量主要部分（一般为宽就是信号能量主要部分（一般为90%以上）所占据的频以上）所占据的频率范围或频带宽度。率范围或频带宽度。信号振幅0F3F5F7F9FF 图2 频谱图

18、 3.频率特性频率特性 任何信号都具有一定的频率或波长。我们这里所讲的频率特性就是无线电信号的频率或波长。电磁波辐射的波谱很宽,如图3 所示。无线电波只是一种波长比较长的电磁波,占据的频率范围很广。在自由空间中,波长与频率存在以下关系:c=f 无线电波105红外线1010可见光紫外线1015X射线1020宇宙射线1025f/Hz/m3103310 2(3.87.8)10 7310 7310 12310 17 图3 电磁波波谱 0.30.3 通信系统的组成通信系统的组成通信系统组成框图如下图所示通信系统组成框图如下图所示:输入变换器输入变换器输出换能器输出换能器接收设备接收设备发送设备发送设备信

19、道信道0.3.10.3.1 输输 入入 变变 换换 器器 输入转换器主要任务是将发信者提供的输入转换器主要任务是将发信者提供的非电量消非电量消 息息（如声音、景物等）变换为（如声音、景物等）变换为电信号电信号，它能反映待，它能反映待 发的全部信息，通常具有发的全部信息，通常具有“低通型低通型”频谱结构，故频谱结构，故称称 为为基带信号基带信号。当输入消息本身就是电信号时（如计。当输入消息本身就是电信号时（如计 算机输出的二进制信号），输入换能器可省略而直算机输出的二进制信号），输入换能器可省略而直 接进入发送设备。接进入发送设备。0.3.20.3.2 发送设备发送设备 发送设备主要有两大任务发

20、送设备主要有两大任务:一是一是调制调制,二是二是放放大。大。所谓所谓调制调制，就是将基带信号变换成适合信道传，就是将基带信号变换成适合信道传 输的频带信号。它是利用基带信号去控制载波信号输的频带信号。它是利用基带信号去控制载波信号 的某一参数，让该参数随基带信号的大小而线形变的某一参数，让该参数随基带信号的大小而线形变 化的处理过程。化的处理过程。所谓所谓放大放大，是指对调制信号和已调信号的电压和，是指对调制信号和已调信号的电压和功率放大、滤波等处理过程，以保证送入信道足够功率放大、滤波等处理过程，以保证送入信道足够大的已调信号功率。大的已调信号功率。传输的信号为什么要进行调制？传输的信号为什

21、么要进行调制？传输信号波长与天线匹配的要求传输信号波长与天线匹配的要求 在无线电通信中，由天线理论可知，要将电信号有效地发射出去，在无线电通信中，由天线理论可知，要将电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须和信号的波长为同一数量级。天线的尺寸必须和信号的波长为同一数量级。计算：发送计算：发送f=1000Hz的音频信号，需要的天线长度。的音频信号，需要的天线长度。=c/f=300000000/1000=300000=300(公里公里)采用调制后，不同的发射台可以采用不同频率的采用调制后，不同的发射台可以采用不同频率的高频振荡信号发送，有利于其在频谱上的分离高频振荡信号发送，有利于其在频谱上的分离,可

22、可以实现多路复用，提高频带的利用率。以实现多路复用，提高频带的利用率。更高的频段，可用的频带更宽，可以传输更多的更高的频段，可用的频带更宽，可以传输更多的信息或容纳更多的用户，频带利用率也更高。信息或容纳更多的用户，频带利用率也更高。调制的概念及波形调制的概念及波形 所谓调制所谓调制,就是用调制信号去控制高频载波的参数就是用调制信号去控制高频载波的参数,使载波使载波信号的某一个或几个参数（振幅、信号的某一个或几个参数（振幅、频率或相位）按照调制信频率或相位）按照调制信号的规律变化。号的规律变化。根据载波受调制参数的不同根据载波受调制参数的不同,调制分为三种基本方式：调制分为三种基本方式：1).

23、振幅调制（调幅）振幅调制（调幅）2).频率调制（调频）频率调制（调频）3).相位调制（调相）相位调制（调相）分别用分别用AM、FM、PM表示，表示，还可以有组合调制方式。还可以有组合调制方式。第一章绪论0.3.30.3.3 信信 道道信道是连接发、收两端的信号通道，又称传输媒信道是连接发、收两端的信号通道，又称传输媒 介。通信系统中应用的信道可分为两大类：有线信介。通信系统中应用的信道可分为两大类：有线信 道（如架空明线，电缆，波导，光缆等）和无线信道（如架空明线，电缆，波导，光缆等）和无线信 道（如海水，地球表面，自由空间等）。不同的信道（如海水，地球表面，自由空间等）。不同的信 道有不同的

24、传输特性，相同媒介对不同频率的信号道有不同的传输特性，相同媒介对不同频率的信号 传输特性也是不同的。传输特性也是不同的。1.5MHz以下的电磁波主要沿地表传播以下的电磁波主要沿地表传播,称为称为地波地波,如图所示如图所示:1.530MHz的电磁波，主要靠天空中电离层的的电磁波，主要靠天空中电离层的折射和反射传播，称为折射和反射传播，称为天波天波，如图所示，如图所示:电离层电离层30MHz以上的电磁波主要沿空间直线传播，称为以上的电磁波主要沿空间直线传播，称为空间波空间波，如图所示：，如图所示：为了讨论问题的方便，将不同频率的电磁波人为为了讨论问题的方便，将不同频率的电磁波人为 地划分若干频段或

25、波段，列表如下地划分若干频段或波段，列表如下:波段名称波段名称波段范围波段范围频率范围频率范围频段名称频段名称超长波超长波长波长波中波中波短波短波超短波超短波(米波米波)10 000100 000m100010 000m1001 000m10100m110m330kHz30300kHz0.31.5MHz1.530MHz30300MHz甚低频甚低频(VLF)低频低频(LF)中频中频(MF)高频高频(HF)甚高频甚高频(VHF)微波微波分米波分米波厘米波厘米波毫米波毫米波亚毫米波亚毫米波10100 cm110 cm110 cm0.11 mm0.33GHz330GHz30300GHz3003000G

26、Hz特高频特高频(UHF)超高频超高频(SHF)极高频极高频(EHF)超级高频超级高频 习惯上按电磁波的频率范围划分为若干个区段，习惯上按电磁波的频率范围划分为若干个区段，称为频段或波段。无线电波在空间传播的速度称为频段或波段。无线电波在空间传播的速度 c=3108 m/s，则高频信号的频率与其波长的关系，则高频信号的频率与其波长的关系 为：为：=c/f ，f单位取单位取Hz，单位用单位用m。应用问题解释应用问题解释 为什么夜间收听效果好于白天？为什么夜间收听效果好于白天？因为白天电离作用强电离层对信号的吸收作用强 人造卫星采用那个波段和地面联系？人造卫星采用那个波段和地面联系？中长波和短波均

27、被电离层反射而无法穿过电离层，所以只能依靠超短波段 我国第一颗人造卫星的f=20.009MHz（15米）来传送东方红乐曲和遥测的信号。0.3.40.3.4 接接 收收 设设 备备 接受设备的任务是将信道传送过来的已调信号进接受设备的任务是将信道传送过来的已调信号进 行处理，以恢复出与发送端相一致的基带信号，这行处理，以恢复出与发送端相一致的基带信号，这 种从已调波中恢复基带信号的处理过程种从已调波中恢复基带信号的处理过程,称为称为解调解调。显然解调是调制的反过程。显然解调是调制的反过程。0.3.50.3.5 输输 出出 换换 能能 器器 输出换能器的作用是将接收设备输出的基带信号输出换能器的作

28、用是将接收设备输出的基带信号 变换成原来形式的消息，如声音，景物等，供收信变换成原来形式的消息，如声音，景物等，供收信 者使用。者使用。0.40.4 元件的高频特性元件的高频特性 高频电路中使用的元器件与在低频电路中使高频电路中使用的元器件与在低频电路中使用的元器件基本相同，但是注意它们在高频使用用的元器件基本相同，但是注意它们在高频使用时的高频特性。时的高频特性。高频电路中的元件主要是电阻（器）、电容高频电路中的元件主要是电阻（器）、电容（器）和电感（器）（器）和电感（器）,它们都属于无源的线性元它们都属于无源的线性元件。高频电路中完成信件。高频电路中完成信 号的放大，非线性变换等号的放大，

29、非线性变换等功能的有源器件主要是二极管，晶体管和集成电功能的有源器件主要是二极管，晶体管和集成电路。路。1.1.电阻器电阻器 一个实际的电阻器，在一个实际的电阻器，在低频低频时主要表现为电阻时主要表现为电阻特性，但在特性，但在高频高频使用时不仅表现有使用时不仅表现有电阻特性电阻特性的一面，的一面，而且还表现有而且还表现有电抗特性电抗特性的一面。电阻器的电抗特性的一面。电阻器的电抗特性反映的就是高频特性。反映的就是高频特性。一个电阻一个电阻R的高频等效电路如图所示，其中的高频等效电路如图所示，其中CR为分布电容，为分布电容，LR为引线电感，为引线电感，R为电阻。为电阻。电阻的高频等效电路电阻的高

30、频等效电路CRRLR电阻电阻R随频率增高而增加，这主要是随频率增高而增加，这主要是集肤效应集肤效应的影响。所谓的影响。所谓集肤效应集肤效应是指随着工作频率的增高，是指随着工作频率的增高，流过导线的交流电流向导线表面集中这一现象，当流过导线的交流电流向导线表面集中这一现象，当频率很高时，导线中心部位几乎完全没有电流流过，频率很高时，导线中心部位几乎完全没有电流流过，这相当于把导线的横截面积减小为导线的圆环面积，这相当于把导线的横截面积减小为导线的圆环面积，导电的有效面积较直流时大为减小，电阻导电的有效面积较直流时大为减小，电阻r增大。工增大。工作频率越高，圆环的面积越小，导线电阻就越大。作频率越

31、高，圆环的面积越小，导线电阻就越大。（演演 示示）2.2.电感线圈电感线圈 电感线圈在高频频段除表现出电感电感线圈在高频频段除表现出电感L的特性外，的特性外，还具有一定的还具有一定的损耗电阻损耗电阻r和和分布电容分布电容。在分析一般长、。在分析一般长、中、短波频段电路时，通常忽略分布电容的影响。中、短波频段电路时，通常忽略分布电容的影响。因而，电感线圈的等效电路可以表示为电感因而，电感线圈的等效电路可以表示为电感L和电和电阻阻r串联，如图所示。串联，如图所示。电感线圈的串联等效电路电感线圈的串联等效电路rL 设流过电感线圈的电流为设流过电感线圈的电流为I，则电感，则电感L上的无功功率为上的无功

32、功率为I2L，而线圈的损耗功率，即电阻，而线圈的损耗功率，即电阻r的消耗功率为的消耗功率为I2r，故由，故由上式得到电感的品质因数上式得到电感的品质因数有功功率无功功率QrLrILIQ22 Q值是一个比值，它是感抗值是一个比值，它是感抗L与损耗电阻与损耗电阻r之比，之比，Q值值越高损耗越小，一般情况下越高损耗越小，一般情况下,线圈的线圈的Q值通常在几十到一二值通常在几十到一二百左右。百左右。在无线电技术中通常不是直接用等效电阻在无线电技术中通常不是直接用等效电阻r，而是引入线，而是引入线圈的圈的品质因数品质因数这一参数来表示线圈的损耗性能。这一参数来表示线圈的损耗性能。品质因数定义为品质因数定

33、义为无功功率无功功率与与有功功率之比有功功率之比:3.3.电容器电容器一个实际的电容器除表现电容特性外，也具一个实际的电容器除表现电容特性外，也具有损耗电阻和分布电感。有损耗电阻和分布电感。在分析一般米波以下频段在分析一般米波以下频段的谐振回路时，常常只考虑电容和损耗。的谐振回路时，常常只考虑电容和损耗。电容器的电容器的等效电路也有两种形式，如图所示。等效电路也有两种形式，如图所示。电容器的串、并联等效电路电容器的串、并联等效电路rCRCp4 4高频电路中的有源器件高频电路中的有源器件 从原理上看，用于高频电路的各种有源器件，与用于低从原理上看，用于高频电路的各种有源器件，与用于低频或其他电子

34、线路的器件没有根本不同。频或其他电子线路的器件没有根本不同。只是由于工作在高频范围，对器件的某些性能要求更高。只是由于工作在高频范围，对器件的某些性能要求更高。随着半导体和集成电路技术的高速发展，能满足高频应用要随着半导体和集成电路技术的高速发展，能满足高频应用要求的器件越来越多，也出现了一些专门用途的高频半导体器求的器件越来越多，也出现了一些专门用途的高频半导体器件。件。1)二极管二极管 半导体二极管在高频中主要用于检波、调制、解调及混半导体二极管在高频中主要用于检波、调制、解调及混频等非线性变换电路中，工作在低电平。因此主要用点接触频等非线性变换电路中，工作在低电平。因此主要用点接触式二极

35、管和表面势垒二极管式二极管和表面势垒二极管(又称肖特基二极管又称肖特基二极管)。两者都利。两者都利用多数载流子导电机理，它们的极间电容小，工作频率高。用多数载流子导电机理，它们的极间电容小，工作频率高。2)晶体管与场效应管晶体管与场效应管（FET）在高频中应用的晶体管仍然是双极晶体管和各种场效在高频中应用的晶体管仍然是双极晶体管和各种场效应管，这些管子比用于低频的管子性能更好应管，这些管子比用于低频的管子性能更好,在外形结构在外形结构方面也有所不同。方面也有所不同。高频晶体管有两大类型高频晶体管有两大类型:一类是作小信一类是作小信号放大的高频小功率管号放大的高频小功率管,对它们的主要要求是高增

36、益和低对它们的主要要求是高增益和低噪声噪声;另一类为高频功率放大管另一类为高频功率放大管,除了增益外除了增益外,要求其在高要求其在高频有较大的输出功率。频有较大的输出功率。3)集成电路集成电路 用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成用于高频的集成电路的类型和品种要比用于低频的集成电路少得多电路少得多,主要分为通用型和专用型两种。主要分为通用型和专用型两种。目前通用型的宽带集成放大器，工作频率可达一、二百目前通用型的宽带集成放大器，工作频率可达一、二百兆赫兹，增益可达五、六十分贝，甚至更高。兆赫兹，增益可达五、六十分贝，甚至更高。用于高频的用于高频的晶体管模拟乘法器，工作频率也可达一百

37、兆赫兹以上。晶体管模拟乘法器，工作频率也可达一百兆赫兹以上。0.40.4 本课程的特点本课程的特点高频电子线路几乎都是由线性元件和非线性的器高频电子线路几乎都是由线性元件和非线性的器 件组成的。其中的非线性器件可以用线性等效电路件组成的。其中的非线性器件可以用线性等效电路 来表示，分析方法也可以用线性电路的分析方法。来表示，分析方法也可以用线性电路的分析方法。本书的绝大部分电路都属于非线性电路，一般都本书的绝大部分电路都属于非线性电路，一般都用非线性电路的分析方法来分析。用非线性电路的分析方法来分析。学习本课程的方法学习本课程的方法在学习本课程时，要抓住各种电路之间的共在学习本课程时，要抓住各

38、种电路之间的共性，洞悉各种功能之间的内在联系，而不要局限于性，洞悉各种功能之间的内在联系，而不要局限于掌握一个个具体的电路及其工作原理。掌握一个个具体的电路及其工作原理。学习时要注意学习时要注意“分立为基础，集成为重点，分分立为基础，集成为重点，分立为集成服务立为集成服务”的原则。的原则。重视实验环节，坚持理论联系实际，在实践中重视实验环节，坚持理论联系实际，在实践中 积累丰富的经验。积累丰富的经验。三三C技术：技术：Communication，Computer，Control 三三A革命：革命：Factory Automation，Office Automation，Home Automat

39、ion赫兹赫兹（18571894）Hertz，Heinrich Rudolf 德国物理学家，经典德国物理学家，经典电动力学的奠基人之一电动力学的奠基人之一 。18571857年年2 2月月2222日生于汉堡，日生于汉堡，18941894年年 1 1月月 1 1日卒日卒 于波恩。于波恩。1880188018821882年作为年作为H.H.亥姆亥姆霍兹的助手从事科学研究霍兹的助手从事科学研究工作。工作。18851885年任科劳尔施年任科劳尔施物理研究所的物理学教授。物理研究所的物理学教授。18891889年继年继R.R.克劳修斯任波克劳修斯任波恩大学物理学教授。恩大学物理学教授。1887 1887

40、年赫兹用自己设计的振荡器第一次通过实验证年赫兹用自己设计的振荡器第一次通过实验证实了电磁波的存在，证明了实了电磁波的存在，证明了J.C.J.C.麦克斯韦的理论的正确麦克斯韦的理论的正确性，后又研究电磁波的各种性质（反射、衍射、折射、性，后又研究电磁波的各种性质（反射、衍射、折射、形成驻波等），证实了电磁波在空气中的传播速度等于形成驻波等），证实了电磁波在空气中的传播速度等于光速光速 ，确立了，确立了 电磁波和光电磁波和光 波基本特性的波基本特性的 等同性。等同性。1886188618871887年观察并描述了外光电效应，研究了共振回年观察并描述了外光电效应，研究了共振回路理论、紫外光对放电的影

41、响、阴极射线的性质等。赫路理论、紫外光对放电的影响、阴极射线的性质等。赫兹曾多次获得意、法、奥、德等国科学院和学术团体的兹曾多次获得意、法、奥、德等国科学院和学术团体的奖章和奖金，并被选为柏林科学院、剑桥哲学学会等奖章和奖金，并被选为柏林科学院、剑桥哲学学会等 7 7 个主要学术组织的通讯会员。为纪念他，人们以赫兹作个主要学术组织的通讯会员。为纪念他，人们以赫兹作为振荡频率的单位。为振荡频率的单位。最早的电子计算机是怎么制造出来的？最早的电子计算机是怎么制造出来的？第二次世界大战中，美国宾夕法尼亚大学的莫尔电工学院同阿贝尔丁第二次世界大战中，美国宾夕法尼亚大学的莫尔电工学院同阿贝尔丁弹道研究实

42、验室共同负责给陆军提供弹道表。这项任务困难而紧迫，每一弹道研究实验室共同负责给陆军提供弹道表。这项任务困难而紧迫，每一张表都要计算几百条弹道，一个熟练的计算员用台式计算机计算一条飞行张表都要计算几百条弹道，一个熟练的计算员用台式计算机计算一条飞行时间是秒的弹道，要花个小时。从战争一开始，阿贝尔丁实验室时间是秒的弹道，要花个小时。从战争一开始，阿贝尔丁实验室就聘请了多名计算员从事这项工作，就是这样，有些弹道表也要计就聘请了多名计算员从事这项工作，就是这样，有些弹道表也要计算两三个月。算两三个月。面对这种情况，莫尔电工学院的莫希莱在年月写了一份面对这种情况，莫尔电工学院的莫希莱在年月写了一份高速电

43、子管计算装置使用高速电子管计算装置使用的备忘录。它实际上是第一台电子计算机的的备忘录。它实际上是第一台电子计算机的初步方案。这个方案在同事中传阅，得到了负责阿贝尔丁实验室与莫尔电初步方案。这个方案在同事中传阅，得到了负责阿贝尔丁实验室与莫尔电工学院联系的军方格尔斯坦中尉的支持，他马上向他的上司作了汇报。军工学院联系的军方格尔斯坦中尉的支持，他马上向他的上司作了汇报。军械部要求莫尔电工学院草拟一个制造电子计算机的计划报告。结果这份报械部要求莫尔电工学院草拟一个制造电子计算机的计划报告。结果这份报告只过了一周就得到批准。年月日，莫尔电工学院和军械部告只过了一周就得到批准。年月日，莫尔电工学院和军械

44、部签订了合同，这台电子计算机取名为签订了合同，这台电子计算机取名为“电子数字积分计算机电子数字积分计算机”，英文的缩，英文的缩写写 ENIAC.它的预算经费是万美元。它的预算经费是万美元。承担研制承担研制ENIAC的莫尔小组是一个朝气蓬勃的青年集体。的莫尔小组是一个朝气蓬勃的青年集体。24岁的研究岁的研究生埃克特担任总工程师，负责解决一系列困难和复杂的技术问题。莫生埃克特担任总工程师，负责解决一系列困难和复杂的技术问题。莫希莱是个希莱是个30多岁的物理学家，他提供了电子计算机的总体设想。格尔多岁的物理学家，他提供了电子计算机的总体设想。格尔斯坦原来是学数学的，他成了一个精明强干的组织者。斯坦原

45、来是学数学的，他成了一个精明强干的组织者。1945年底这台计算机制成了，年底这台计算机制成了，1947年送到阿贝尔丁，这样，在军年送到阿贝尔丁，这样，在军方的支持下，第一台方的支持下，第一台ENIAC出世了。出世了。电子计算机主要由控制、运算、存贮、输入、输出五部分组成，电子计算机主要由控制、运算、存贮、输入、输出五部分组成，控制部分是按计算程序工作的。所谓计算程序，就是人们事先编好的控制部分是按计算程序工作的。所谓计算程序，就是人们事先编好的进行计算的步骤，它由一系列指令组成，每条指令规定用哪些数据做进行计算的步骤，它由一系列指令组成，每条指令规定用哪些数据做什么样的运算，在什么样的运算，在

46、ENIAC运算过程中，计算程序是从外面输入的，叫运算过程中，计算程序是从外面输入的，叫做程序外插型，改换算题就要改变与计算机的外插程序相连的接线板，做程序外插型，改换算题就要改变与计算机的外插程序相连的接线板，十分麻烦。十分麻烦。运算部分主要进行加减法运算，复杂的运算被分解成一系列的加运算部分主要进行加减法运算，复杂的运算被分解成一系列的加减法来进行。减法来进行。ENIAC采用十进位制，每秒种运算采用十进位制，每秒种运算5000次，比已有的计次，比已有的计算机要快算机要快1000多倍，这是计算速度的飞跃。多倍，这是计算速度的飞跃。存贮器主要存贮计算过程需要的数据和指令。存贮器主要存贮计算过程需

47、要的数据和指令。ENIAC内部没有程内部没有程序存贮器，只有用电子管做的寄存器，它可以寄存运算过程中十位数序存贮器，只有用电子管做的寄存器，它可以寄存运算过程中十位数以下的数字，存贮量是十分有限的。以下的数字，存贮量是十分有限的。输入部分可以通过卡片或纸带上穿孔的组合，把指令和数据输入输入部分可以通过卡片或纸带上穿孔的组合，把指令和数据输入到计算机里去，通过光电装置或其他办法，把数据和指令转换成计算到计算机里去，通过光电装置或其他办法，把数据和指令转换成计算机能够接受的电信号。机能够接受的电信号。输出部分是用来把计算结果转换成人们所能识别的数字、字母或输出部分是用来把计算结果转换成人们所能识别

48、的数字、字母或者图像的装置。者图像的装置。ENIAC共和了共和了18000个电子管，个电子管，700000只电阻，只电阻，10000只电容，重只电容，重30吨，功率吨，功率40千瓦，占地千瓦，占地170平方米，差不多有平方米，差不多有10间房子大小，它的实间房子大小，它的实际造价是大约际造价是大约48万美元。万美元。香农（香农（Claude Shannon）Claude Shannons The Mathematical Theory of Communication showed engineers how to code data so they could check for accur

49、acy after transmission between computers.Shannon identified the bit as the fundamental unit of data and,coincidentally,the basic unit of computation.马可尼马可尼（18741937）Guglielmo Marconi马可尼马可尼1874年年4月月25日出生在意大日出生在意大利的波伦那（利的波伦那（Bologna）。父亲是）。父亲是一位意大利乡绅，马可尼先后在波一位意大利乡绅，马可尼先后在波伦那、佛罗伦萨（伦那、佛罗伦萨（Florence）和里）和里窝那（窝那（Leghorn）接受私人教育。）接受私人教育。在少年时期，他就对物理和电学有在少年时期，他就对物理和电学有着很浓厚的兴趣，读过麦克斯韦、着很浓厚的兴趣，读过麦克斯韦、赫兹、里希（赫兹、里希（Righi）、洛奇等人的）、洛奇等人的著作。著作。1895年马可尼在他父亲的蓬年马可尼在他父亲的蓬切西奥（切西奥（Pontecchio）庄园开始了）庄园开始了他的实验室实验。在这里他成功地他的实验室实验。在这里他成功地把无线电信号发送到了把无线电信号发送到了1.5英里英里（2.4km）的距离，他成了世界上）的距离，他成了世界上第一台实用的无线电报系统的发明第一台实用的无线电报系统的发明者。者。