模擬電子技術基礎—第一章

1、1Fundamental of Electronic TechnologyCTGU2Fundamental of Electronic TechnologyCTGU31.1 課程慨述及相關說明課程慨述及相關說明1.2 電子學發(fā)展史電子學發(fā)展史1.3 信號的傳輸與電子系統(tǒng)信號的傳輸與電子系統(tǒng)1.4 放大電路的基本知識放大電路的基本知識4 電子技術基礎電子技術基礎課程（含模擬部分和數字部分）是電氣課程（含模擬部分和數字部分）是電氣信息類各專業(yè)的技術基礎課程，是一門理論性與應用性都信息類各專業(yè)的技術基礎課程，是一門理論性與應用性都很強的課程很強的課程(72(72學時學時4.54.5學分學分) )。課

2、程教學環(huán)節(jié)包括：理論。課程教學環(huán)節(jié)包括：理論課教學課教學5656學時和實驗教學學時和實驗教學1616學時。實踐教學環(huán)節(jié)還包括一學時。實踐教學環(huán)節(jié)還包括一周的課程設計周的課程設計1616、1919周進行。周進行。 本課程是研究各種半導體器件的性能、電路及其應用的學本課程是研究各種半導體器件的性能、電路及其應用的學科。課程的任務是使學生獲得電子技術的基本理論、基本科。課程的任務是使學生獲得電子技術的基本理論、基本知識和基本分析方法。培養(yǎng)學生分析、解決問題的能力和知識和基本分析方法。培養(yǎng)學生分析、解決問題的能力和初步具備電子線路的設計、應用能力。學生可上課程網站初步具備電子線路的設計、應用能力。學生

3、可上課程網站（網絡學堂或模擬電子技術基礎精品課網站）下載資料和（網絡學堂或模擬電子技術基礎精品課網站）下載資料和答疑。答疑。 作業(yè)：模擬電子技術基礎習題冊作業(yè)：模擬電子技術基礎習題冊( (以班級為單位到院教科以班級為單位到院教科研辦公室（西研辦公室（西12041204）購買）購買 答疑：每周一下午（西答疑：每周一下午（西12021202）5 電子技術是十九世紀末、二十世紀初開始發(fā)展起來的新電子技術是十九世紀末、二十世紀初開始發(fā)展起來的新興技術，二十世紀發(fā)展最迅速，應用最廣泛，成為近代科興技術，二十世紀發(fā)展最迅速，應用最廣泛，成為近代科學技術發(fā)展的一個重要標志。電子計算機發(fā)展經歷的四個學技術發(fā)展

4、的一個重要標志。電子計算機發(fā)展經歷的四個階段恰好能夠充分說明電子技術發(fā)展的四個階段的特性階段恰好能夠充分說明電子技術發(fā)展的四個階段的特性第一代第一代（19461957年）是電子管計算機，它的基本電年）是電子管計算機，它的基本電 子元件子元件是電子管，運算速度為每秒幾千次是電子管，運算速度為每秒幾千次幾萬次幾萬次 第二代第二代（19581970年）是晶體管計算機。年）是晶體管計算機。第三代第三代（19631970年）是集成電路計算機。開始采用性能更年）是集成電路計算機。開始采用性能更好的半導體存儲器，運算速度提高到每秒幾十萬次基本運好的半導體存儲器，運算速度提高到每秒幾十萬次基本運算。算。 第四

5、代第四代（1971年年日前）是大規(guī)模集成電路計算機。運算速度日前）是大規(guī)模集成電路計算機。運算速度可達每秒幾百萬次，甚至上億次基本運算?？蛇_每秒幾百萬次，甚至上億次基本運算。 61.3.1 1.3.1 電子系統(tǒng)電子系統(tǒng) 由若干相互聯(lián)結，相互作用的基本電路組成的，由若干相互聯(lián)結，相互作用的基本電路組成的，具有特定功能的電路整體，稱為電子系統(tǒng)。具有特定功能的電路整體，稱為電子系統(tǒng)。 由三部分組成：由三部分組成： 信號獲取信號獲取 依靠傳感器得到電信號依靠傳感器得到電信號 信號信號處理處理 對信號進行加工，獲得適合傳輸的信號對信號進行加工，獲得適合傳輸的信號 信號信號執(zhí)行執(zhí)行 完成系統(tǒng)的最終任務完成

6、系統(tǒng)的最終任務光電管光電管放大器放大器顯示器顯示器計數器計數器7信號：信號： 信息的載體信息的載體溫度波動曲線溫度波動曲線T/2 200.52 200.02 199.501080706050403020t/s81.3.2 1.3.2 信號描述信號描述（1）信號源等效電路）信號源等效電路 （2）正弦電壓信號）正弦電壓信號 (3) 模擬與數字信號模擬與數字信號 時間和幅值均連續(xù)為模擬信號時間和幅值均連續(xù)為模擬信號RiRSRSRi+VS-IS)sin()(tVtvmVmt0Vmv(t)(G9信號源的電路表達形式信號源的電路表達形式電電子子系系統(tǒng)統(tǒng)RS+ +-VS電壓源等效電路電壓源等效電路電流源等效

7、電路電流源等效電路電電子子系系統(tǒng)統(tǒng)RSIS戴戴維維寧寧諾諾頓頓SSSRVI 轉換轉換10電信的時域與頻域表示電信的時域與頻域表示A A. 正弦信號正弦信號)sin()(0m tVtv時域時域O tVmVm fT = =fT 2200 OVm 頻域頻域信號及其頻譜信號及其頻譜11電信的時域與頻域表示電信的時域與頻域表示B B. 方波信號方波信號)5sin513sin31(sin22)(000SS tttVVtv T 20 時域時域O 0T = t Vs頻域頻域O2Vs VsVs 2Vs 2Vs 滿足狄利克雷條件，展開成傅滿足狄利克雷條件，展開成傅里葉級數里葉級數2SV直流分量直流分量其中其中 S

8、V2基波分量基波分量312 SV三次諧波分量三次諧波分量頻譜：將一個信號分解為正弦信頻譜：將一個信號分解為正弦信號的集合，得到其正弦信號幅值號的集合，得到其正弦信號幅值隨角頻率變化的分布，稱為該信隨角頻率變化的分布，稱為該信號的頻譜。號的頻譜。12電信號的時域與頻域表示電信號的時域與頻域表示C C. 非周期信號非周期信號傅里葉變換：傅里葉變換： 通過快速傅里葉變換（通過快速傅里葉變換（FFT）可迅速求出非周期信號的頻譜函可迅速求出非周期信號的頻譜函數。數。)0( 非周期信號包含了所有可能的頻非周期信號包含了所有可能的頻率成分率成分離散頻率函數離散頻率函數周期信號周期信號連續(xù)頻率函數連續(xù)頻率函數

9、非周期信號非周期信號頻域頻域O T/ c時域時域T/2 200.52 200.02 199.501080706050403020t/s13模擬信號和數字信號模擬信號和數字信號處理模擬信號的電子電路稱為模擬電路。處理模擬信號的電子電路稱為模擬電路。模擬信號：在時間和幅值上都是連續(xù)的信號。模擬信號：在時間和幅值上都是連續(xù)的信號。數字信號：在時間和幅值上都是離散的信號。數字信號：在時間和幅值上都是離散的信號。14 輸入電阻輸入電阻 輸出電阻輸出電阻 電壓放大模型電壓放大模型 電流放大模型電流放大模型 1.4.1 模擬信號的放大模擬信號的放大 1.4.2 放大電路模型放大電路模型 1.4.3 放大電路

10、的主要性能指標放大電路的主要性能指標 增益增益 互阻放大模型互阻放大模型 互導放大模型互導放大模型 隔離放大電路模型隔離放大電路模型 頻率響應及帶寬頻率響應及帶寬 非線性失真非線性失真151.4.1 模擬信號放大模擬信號放大 電子技術里的電子技術里的“放大放大”有兩方面的含義：有兩方面的含義：一、是能將微弱的電信號增強到人們所需要的數值一、是能將微弱的電信號增強到人們所需要的數值（即放大電信號），以便于人們測量和使用。（即放大電信號），以便于人們測量和使用。二、是要求放大后的信號波形與放大前的波形的形二、是要求放大后的信號波形與放大前的波形的形狀相同或基本相同，即信號不能失真。狀相同或基本相同

11、，即信號不能失真。16 s s為信號源，為信號源，RsRs為信號源內阻，為信號源內阻， i i和和 i i分分別為輸入電壓和輸入電流，別為輸入電壓和輸入電流，R RL L為負載電阻。為負載電阻。.V.V.I 根據放大電路輸入信號的條件和對輸出信號的要求，根據放大電路輸入信號的條件和對輸出信號的要求，放大電路可分為四種類型。放大電路可分為四種類型。Rs放放大大電電路路IoIi+Vo+Vs+ViRL信號源信號源負載負載171 1、如只需考慮電路輸出電壓與輸入電壓之間的關系，表示為：、如只需考慮電路輸出電壓與輸入電壓之間的關系，表示為：O = v i.V.V.A-稱為電壓放大器2 2、只考慮電路的輸

12、出電流和輸入電流的關系，表示為：、只考慮電路的輸出電流和輸入電流的關系，表示為：O = I i.A.I.I-稱為電流放大器3 3、當需要把電流信號轉換為電壓信號，可表示為：、當需要把電流信號轉換為電壓信號，可表示為：O = R i.V.A.I4 4、當需要把電壓信號轉換為電流信號，可表示為：、當需要把電壓信號轉換為電流信號，可表示為：-稱為互阻放大器O = G i.I.V.A-稱為互導放大器181.4.2 放大電路模型放大電路模型1、電壓放大模型、電壓放大模型2、電流放大模型、電流放大模型3、互阻放大模型、互阻放大模型4、互導放大模型、互導放大模型19 1.4.2 放大電路模型放大電路模型負載

13、開路時的負載開路時的 電壓增益電壓增益1. 電壓放大模型電壓放大模型Rs+Vi+Vo+RLVsRs+VsVi+Vo+RiRLRs+VsVi+Vo+RiRLViAVORs+VsVi+RoVo+RiRLViAVOOVAiR輸入電阻輸入電阻oR輸出電阻輸出電阻由輸出回路得由輸出回路得LoLiOoRRRVAVV 則電壓增益為則電壓增益為ioVVAV LoLORRRAV 由此可見由此可見 LR VA即負載的大小會影響增益的大小即負載的大小會影響增益的大小要想減小負載的影響，則希望要想減小負載的影響，則希望？ （考慮改變放大電路的參數）（考慮改變放大電路的參數）LoRR 理想情況理想情況0o R20Rs放

14、放大大電電路路IoIi+Vo+Vs+ViRLRs+VsVi+RoVo+RiRLViAVO電壓放大模型電壓放大模型電流放大模型電流放大模型 1.4.2 放大電路模型放大電路模型 關 心 輸 出關 心 輸 出電流與輸入電電流與輸入電流的關系流的關系2. 電流放大模型電流放大模型21互阻與互導放大電路模型互阻與互導放大電路模型互阻放大互阻放大互導放大互導放大22隔離放大器隔離放大器 當前有許多工業(yè)控制設備及醫(yī)療設備，為了提高當前有許多工業(yè)控制設備及醫(yī)療設備，為了提高安全性和抗干擾能力，即放大電路的輸入與輸出電安全性和抗干擾能力，即放大電路的輸入與輸出電路（包括供電電源）相互絕緣，輸入與輸出信號之路（

15、包括供電電源）相互絕緣，輸入與輸出信號之間不存在任何公共參考點。間不存在任何公共參考點。23 1.4.3 1.4.3 放大電路的主要性能指標放大電路的主要性能指標1.輸入電阻輸入電阻ri 輸入電阻是衡量放大電路從其前級取電輸入電阻是衡量放大電路從其前級取電 流大小的參數。流大小的參數。AuUSUiiiiIUr 2.輸出電阻輸出電阻ro放大電路對其放大電路對其負載負載而言，相當于信號源，這而言，相當于信號源，這 個戴維南等效電路的內阻就是輸出電阻個戴維南等效電路的內阻就是輸出電阻UIIUro243. 增益增益 輸入信號控制下將電源能量轉換為輸入信號控制下將電源能量轉換為 信號能量的能力。信號能量

16、的能力。無量綱增益用對數表示無量綱增益用對數表示 電壓增益電壓增益= 20 lg AV dB 電流增益電流增益= 20 lg AI dB254. 通頻帶通頻帶fAuAum0.7AumfL下限截下限截止頻率止頻率fH上限截上限截止頻率止頻率通頻帶：通頻帶：fbw=fH fL26 1.4.3 放大電路的主要性能指標放大電路的主要性能指標A.A.頻率失真（線性失真）頻率失真（線性失真）幅度失真：幅度失真： 對不同頻率的信對不同頻率的信號增益不同，產生的號增益不同，產生的失真。失真。O t IO t O基波基波二次諧波二次諧波輸入信號輸入信號輸出信號輸出信號基波基波二次諧波二次諧波相位失真：相位失真： 對不同頻率的信對不同頻率的信號相位移不同，產生號相位移不同，產生的失真。的失真。27 1.4.3 放大電路的主要性能指標放大電路的主要性能指標C. 非線性失真非線性失真 由元器件非線性由元器件非線性特性引起的失真。