模電ppt課件 第1章緒論

模擬電子技術(shù)

AnalogCircuits華南師范大學(xué)物電學(xué)院:邱健

課程介紹為什么要學(xué)？學(xué)些什么？怎么學(xué)？一、電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用二、課程的性質(zhì)與目標(biāo)三、課程的研究對(duì)象四、課程的內(nèi)容五、課程的特點(diǎn)六、學(xué)習(xí)方法七、主要教材和參考書(shū)主要教學(xué)內(nèi)容模擬電子技術(shù)電子元器件電子電路及其應(yīng)用二極管三極管集成電路…

…放大電路（※※）濾波電路（※

）電源電路（※

）…

…電子技術(shù)與信號(hào)一、電子技術(shù)：無(wú)確切定義?！胺彩茄芯亢须娮悠骷碾娐?、系統(tǒng)及應(yīng)用的學(xué)科”二、發(fā)展歷程：1904年電子管發(fā)明（真正進(jìn)入電子時(shí)代）1947年晶體管問(wèn)世1958年集成電路出現(xiàn)(SSI、MSI、LSI、VLSI)1906年，福雷斯特（LeeDeFordst）等發(fā)明了電子管在一個(gè)抽成真空的玻璃泡中封有一些電極而制成－－真空管(Vacuumtube)體積大、重量重、壽命短、耗電大1．第一代電子器件——電子管1948年誕生半導(dǎo)體三極管與電子管相比，體積小、重量輕、耗能低、壽命長(zhǎng)分立電路體積大、焊點(diǎn)多，可靠性差2．第二代電子器件——晶體管1958年誕生把組成電路的元器件和連線(xiàn)一起做在一塊硅片上，實(shí)現(xiàn)電路的微型化體積和功耗都很小，功能強(qiáng)3．第三代電子器件——集成電路IC4．第四代電子器件——集成電路IC集成電路從小規(guī)模集成電路迅速發(fā)展到大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路按集成度可分作（含元件數(shù)）小規(guī)模集成電路（SSI）＜102

中規(guī)模集成電路（MSI）＜103大規(guī)模集成電路（LSI）＜105

超大規(guī)模集成電路(VLSI)＞105特大規(guī)模集成電路(ULSI)

∈(107,109)——256M的DRAM電子技術(shù)的應(yīng)用一．在日常生活方面的應(yīng)用壓力、溫度、水位、流量等的測(cè)量與調(diào)節(jié)

電子儀器

…

…擴(kuò)音器電路溫度檢測(cè)與控制電路二．在汽車(chē)電子方面的應(yīng)用汽車(chē)電子電源發(fā)動(dòng)機(jī)控制行駛裝置報(bào)警與安全裝置旅居性?xún)x表娛樂(lè)通訊點(diǎn)火裝置、燃油噴射控制、發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制車(chē)速控制、間歇刮水、除霧裝置、車(chē)門(mén)緊鎖……安全帶、車(chē)燈未關(guān)報(bào)警、速度報(bào)警、安全氣囊……空調(diào)控制、動(dòng)力窗控制里程表、數(shù)字式速度表、出租車(chē)用儀表……收音機(jī)、汽車(chē)電話(huà)、業(yè)余電臺(tái)1、技術(shù)基礎(chǔ)課

本課程是研究各種半導(dǎo)體器件的性能、電路及其應(yīng)用的學(xué)科。電子類(lèi)、通信類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)、計(jì)算機(jī)類(lèi)必修課程。2、具體研究對(duì)象

電子技術(shù)幾種典型分類(lèi)：（1）按處理信號(hào)：模擬(A)、數(shù)字(D)

（2）按信號(hào)頻率：高頻、中頻、低頻NEXT學(xué)什么？（What）模擬信號(hào)：在時(shí)間上和幅值（數(shù)值）上連續(xù)的信號(hào)。對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線(xiàn)路稱(chēng)為模擬電路。數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間上和數(shù)值上不連續(xù)的（即離散的）信號(hào)。如：“1”、“0”;“高”、“低”。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線(xiàn)路稱(chēng)為數(shù)字電路。

模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)ttuu學(xué)什么？（What）課程的研究對(duì)象——模擬信號(hào)和模擬電路

信號(hào)：廣義地說(shuō)，信號(hào)就是隨時(shí)間和空間變化的某種物理量或物理現(xiàn)象。如溫度、壓力、流量、聲音等等。信號(hào)是消息的載體，是消息的表現(xiàn)形式。模擬信號(hào)：時(shí)間和數(shù)值上均連續(xù)的信號(hào)。模擬電路：處理（放大、運(yùn)算、轉(zhuǎn)換）模擬信號(hào)的電路。學(xué)什么？（What）課程性質(zhì)：專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課課程特點(diǎn)：

本課程是電子信息類(lèi)后續(xù)課程的基礎(chǔ)，是學(xué)習(xí)數(shù)字電路、高頻電子線(xiàn)路、數(shù)字信號(hào)處理、單片機(jī)原理及應(yīng)用等課程的基礎(chǔ)。學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多、應(yīng)用性強(qiáng)，不能輕視。內(nèi)容豐富，技術(shù)更新快；概念多、公式多、電路形式多；緊密聯(lián)系實(shí)際，應(yīng)用非常廣泛。課程性質(zhì)及特點(diǎn)與其它課程的關(guān)系先修課程：高數(shù)、普通物理、電路后續(xù)課程：數(shù)字電子技術(shù)、微機(jī)原理、自動(dòng)控制、高頻電子線(xiàn)路、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)什么？（What）

課程內(nèi)容CH01緒論CH02二極管及其基本電路CH03雙極結(jié)型三極管及放大電路基礎(chǔ)CH04場(chǎng)效應(yīng)管放大電路CH05模擬集成電路CH06運(yùn)算放大器CH07反饋放大電路CH08信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路CH09功率放大電路CH10直流穩(wěn)壓電路CH11電子電路的計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)1.器件的工作原理二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、運(yùn)放等2.模擬電路及其基本功能相關(guān)概念各種放大電路、運(yùn)算電路、濾波電路、信號(hào)發(fā)生電路、電源電路等3.模擬電路的分析方法估算法、圖解法、模型分析法、計(jì)算機(jī)輔助分析法等4.不同的電子電路在電子系統(tǒng)中的應(yīng)用以器件為基礎(chǔ)，以“放大”為主線(xiàn)，以模擬信號(hào)處理為目的，研究各種模擬電子電路的工作原理，特點(diǎn)及性能指標(biāo)等。半導(dǎo)體器件電路及分析方法應(yīng)用

課程內(nèi)容21課程特點(diǎn)1.一些特有概念非線(xiàn)性器件（二極管、三極管）交直流共存受控源反饋2.工程分析方法強(qiáng)調(diào)定性分析確定可行性定量估算合理的近似是解決實(shí)際問(wèn)題的重要手段實(shí)際過(guò)程在滿(mǎn)足基本性能指標(biāo)的前提下總是容許存在一定的誤差范圍的。模型分析法正確的選擇是正確求解電路的保證。實(shí)驗(yàn)調(diào)試實(shí)驗(yàn)調(diào)試是基本功1.培養(yǎng)興趣“興趣是最好的老師”；2.掌握基本概念、基本原理、基本分析方法和基本應(yīng)用；3.學(xué)會(huì)聽(tīng)課，適當(dāng)筆記，及時(shí)總結(jié)；4.學(xué)會(huì)工程近似分析方法，用工程觀點(diǎn)分析問(wèn)題；5.多練習(xí)；6.多學(xué)多問(wèn)，知難而進(jìn)；7.重實(shí)踐：常用電子儀器的使用方法電子電路的測(cè)試方法故障的判別與排除EDA軟件的應(yīng)用學(xué)習(xí)方法自主學(xué)習(xí)注重實(shí)踐關(guān)注發(fā)展及時(shí)更新主要教學(xué)環(huán)節(jié)課堂教學(xué)緊跟老師講課思路，學(xué)懂基本概念、基本電路和基本分析方法，注意解題方法和技巧。按時(shí)、按質(zhì)、獨(dú)立完成作業(yè)。實(shí)驗(yàn)注意理論聯(lián)系實(shí)際，掌握常用儀器、儀表的使用方法，驗(yàn)證與探索相結(jié)合。做好復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)和練習(xí)2013年全國(guó)電子科技大賽A題——單相AC-DC變換電路B題——四旋翼自主飛行器C題——簡(jiǎn)易旋轉(zhuǎn)倒立擺及控制裝置D題——射頻寬帶放大器E題——簡(jiǎn)易頻率特性測(cè)試儀F題——紅外光通信裝置1.1信號(hào)1.2信號(hào)的頻譜1緒論1.3模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)

1.4放大電路模型

1.5放大電路的主要性能指標(biāo)

信號(hào):信息的載體

§

1.1

信號(hào)等效變換聲音信號(hào)：可以傳達(dá)語(yǔ)言、音樂(lè)或其他信息

圖像信號(hào)：可以傳達(dá)人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)能夠接受的信息等信息的處理：傳感器->電信號(hào)->電子系統(tǒng)模擬信號(hào)：

時(shí)間上幅值上連續(xù)變化信號(hào)源電壓源等效電路電流源等效電路

§

1.1

信號(hào)話(huà)筒輸出的聲音信號(hào)如圖所示：某一段聲音信號(hào)無(wú)規(guī)則的波形，分析其特性比較困難，因此要提取其特征參數(shù)；這些特征參數(shù)即是設(shè)計(jì)放大電路和電子系統(tǒng)的重要依據(jù)。1.正弦信號(hào)正弦波形

§

1.2

信號(hào)的頻譜為簡(jiǎn)化信號(hào)特征參數(shù)的提取，通常將信號(hào)從時(shí)域變換到頻域信號(hào)在頻域中表示的圖形或曲線(xiàn)稱(chēng)為信號(hào)的頻譜；傅立葉變換三要素完全確定一個(gè)正弦波方波的時(shí)域表示由高等數(shù)學(xué)知識(shí)知，任一周期函數(shù)只要滿(mǎn)足狄利克雷條件都可以展開(kāi)成傅立葉級(jí)數(shù)；時(shí)間函數(shù)表達(dá)式傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式直流分量基波高次諧波分量

§

1.2

信號(hào)的頻譜如果截取n為有限值時(shí)的信號(hào)組合，則可以得到原周期信號(hào)的近似波形n=1,3,5時(shí)n=11時(shí)

§

1.2

信號(hào)的頻譜幅度頻譜相位頻譜頻譜表現(xiàn)為一系列離散頻率上的幅值，且隨諧波次數(shù)的遞增，v(ω)的幅值總趨勢(shì)逐漸減小。

§

1.2

信號(hào)的頻譜3.非周期信號(hào)

通過(guò)快速傅里葉變換（FFT）可迅速求出非周期信號(hào)的頻譜函數(shù)。

非周期信號(hào)包含了所有可能的頻率成分預(yù)制棒加熱爐溫度波動(dòng)曲線(xiàn)波形的頻譜函數(shù)

§

1.2

信號(hào)的頻譜選擇適當(dāng)?shù)慕刂菇穷l率，截?cái)喔哂诖祟l率的的部分，不會(huì)太多影響信號(hào)本身的特性，把保留的頻率部分稱(chēng)作帶寬。

§

1.3

模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)：在時(shí)間和幅值上都是連續(xù)的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和幅值上都是離散的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)放大是最基本的模擬信號(hào)處理功能。放大電路模擬電子中研究的最主要電路：放大電路這里的“放大”是指把微小的、微弱的信號(hào)不失真的進(jìn)行放大。所謂“不失真”就是保證原信號(hào)波形的形狀、基本參數(shù)等不變。具有放大特性的電子設(shè)備：收音機(jī)、電視機(jī)、手機(jī)、擴(kuò)音器等等。電子系統(tǒng)舉例:收音機(jī)接收廣播信號(hào)廣播電臺(tái)電磁感應(yīng)前置放大器電壓放大中間放大器（（功率放大器天線(xiàn)揚(yáng)聲器屬于交流放大！

§

1.4

放大電路模型1.放大電路的符號(hào)及模擬信號(hào)放大簡(jiǎn)化電路實(shí)際電路大多數(shù)模擬電子系統(tǒng)都存在各種各樣、不同類(lèi)型的放大電路；放大電路是構(gòu)成其他功能電路的基本單元。放大電路表示方法輸入端口有電壓、電流，輸出端口有電壓、電流，因此，根據(jù)實(shí)際的輸入信號(hào)和所需的輸出信號(hào)是電壓或電流，放大電路可分為四種類(lèi)型。電壓增益電流增益電流放大電路互阻增益（Ω）互導(dǎo)增益（S）互阻放大電路互導(dǎo)放大電路

§

1.4

放大電路模型

§

1.4

放大電路模型——負(fù)載開(kāi)路時(shí)的電壓增益2.電壓放大模型——輸入電阻——輸出電阻則電壓增益為AV的恒定性受到負(fù)載RL的影響。為減小負(fù)載對(duì)放大電路電壓增益的影響，要求在電路設(shè)計(jì)時(shí)力求減小RO,使輸出回路中RO<<

RL。理想電壓放大電路的RO=0.

§

1.4

放大電路模型2.電壓放大模型當(dāng)Ri>>Rs時(shí)，信號(hào)源內(nèi)阻Rs對(duì)信號(hào)vs的衰減作用才會(huì)減小。電壓放大電路適用于信號(hào)源內(nèi)阻Rs較小且負(fù)載電阻RL較大的場(chǎng)合當(dāng)RL>>RO時(shí)，RL的變化對(duì)Av的影響就小。

§

1.4

放大電路模型——負(fù)載短路時(shí)的電流增益3.電流放大模型由輸出回路得則電流增益為只有RO>>RL時(shí)，才會(huì)減小RO的分流，減小信號(hào)的衰減；

§

1.4

放大電路模型3.電流放大模型則電流增益為只有Ri<<Rs時(shí)，才會(huì)減小Rs的分流，得到較理想的放大效果；電流放大電路適于信號(hào)源內(nèi)阻Rs較大且負(fù)載電阻RL較小的場(chǎng)合

§

1.4

放大電路模型4.互阻放大模型5.互導(dǎo)放大模型理想情況下:Ri=0,Ro=0；理想情況下:

Ri->∞，Ro->∞

；一個(gè)實(shí)際的放大電路原則上可以取四類(lèi)電路中任意一種作為它的電路模型，但是根據(jù)信號(hào)源的性質(zhì)和負(fù)載的要求，一般只有一種模型在運(yùn)用中最明確。

§

1.5

放大電路的主要性能指標(biāo)1.輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號(hào)源獲取信號(hào)的能力以電壓vi作為輸入的放大電路，Ri越大越好，此時(shí)輸入電壓vi大。[電壓放大電路、互導(dǎo)放大電路]以電流ii作為輸入的放大電路，Ri越小越好，此時(shí)輸入電流ii大。[電流放大電路、互阻放大電路]

§

1.5

放大電路的主要性能指標(biāo)2.輸出電阻輸出電阻的大小決定了放大電路帶負(fù)載的能力輸出量隨負(fù)載變化的程度452.輸出電阻以電壓作為輸出的放大電路，Ro越小,帶負(fù)載能力越強(qiáng)。[電壓放大電路、互導(dǎo)放大電路]以電流作為輸出的放大電路，Ro越大,帶負(fù)載能力越強(qiáng)[電流放大電路、互阻放大電路]

§

1.5

放大電路的主要性能指標(biāo)463.增益

反映放大電路在輸入信號(hào)控制下，將供電電源能量轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)能量的能力。

§

1.5

放大電路的主要性能指標(biāo)例：甲電路增益變化-20dB

，乙電路增益變化-20倍，誰(shuí)增益大？負(fù)號(hào)意味著什么？其中四種增益常用分貝（dB）表示4.頻率響應(yīng)A.頻率響應(yīng)及帶寬電壓增益可表示為

在輸入正弦信號(hào)情況下，輸出隨輸入信號(hào)頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，稱(chēng)為放大電路的頻率響應(yīng)?；?qū)憺槠渲?/p>

§

1.5

放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路實(shí)際的放大電路中存在一些電抗性元器件——耦合電容、半導(dǎo)體元器件的極間電容、接線(xiàn)電容、接線(xiàn)電感等，因此，放大電路的輸出與輸入之間關(guān)系必然和信號(hào)的頻率有關(guān)。普通音響系統(tǒng)放大電路幅頻響應(yīng)對(duì)數(shù)坐標(biāo)：波特圖（BodePlot）半功率點(diǎn):增益下降3dB的點(diǎn),此時(shí)輸出功率約為中頻區(qū)功率的一半下限頻率上限頻率帶寬（通頻帶）:BW=fH-fL通常:fL<<fH；故:BW≈fH；4.頻率響應(yīng)

§

1.5

放大電路的主要性能指標(biāo)4.頻率響應(yīng)B.頻率失真（線(xiàn)性失真）幅度失真：

對(duì)不同頻率的信號(hào)增益不同，產(chǎn)生的失真。幅度失真

§

1.5

放大電路的主要性能指標(biāo)504.頻率響應(yīng)B.頻率失真（線(xiàn)性失真）相位失真：

對(duì)不同頻率的信號(hào)相移不同，產(chǎn)生的失真。相位失真

§

1.5

放大電路的主要性能指標(biāo)51必須工作在線(xiàn)性條件下理想電壓傳輸特性實(shí)際電壓傳輸特性實(shí)際傳輸特性曲線(xiàn)上各點(diǎn)切線(xiàn)的斜率不相同——電壓增益不能保持恒定；放大增益隨輸入信號(hào)變化而變化，則會(huì)引起輸出信號(hào)發(fā)生失真，由放大電路的非線(xiàn)性引起的失真——非線(xiàn)性失真；5.非線(xiàn)性失真

§

1.5

放大電路的主要性能指標(biāo)52除了上述五種主要性能指標(biāo)外，針對(duì)不同用途的放大電路，還有一些其他指標(biāo)：最大輸出功率效率轉(zhuǎn)換速率信號(hào)噪聲比抗干擾能力在某些特殊場(chǎng)合下還會(huì)有：體積重量工作溫度環(huán)境溫度

§

1.5

放大電路的主要性能指標(biāo)小結(jié):四種放大電路模型。放大電路的五種主要性能指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，放大電路就是一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)。信號(hào)源電壓輸入電壓輸出電壓Rs信號(hào)源內(nèi)阻RL負(fù)載電阻輸入電流輸出電流1.4.1放大的概念“放大”的表現(xiàn)形式是將信號(hào)的幅度增大若干倍，但在電子技術(shù)中，放大的本質(zhì)并非能量的改變，而是能量的控制與轉(zhuǎn)換，即通過(guò)放大器輸入信號(hào)(如麥克風(fēng)輸出的微弱能量的信號(hào))的控制，使放大器將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換成(較大能量的)交流輸出信號(hào)。這種以小能量對(duì)大能量的控制作用就是放大作用。1.4.2放大器的主要性能指標(biāo)

放大器的性能指標(biāo)是衡量放大電路品質(zhì)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)由這些指標(biāo)還可以用來(lái)決定放大電路的適用范圍。1.4.2.1放大器的增益

放大器的增益也稱(chēng)為放大倍數(shù)，定義為輸出變化量的幅度與輸入變化量的幅度的比。1．電壓增益或

(1-2)

2．電流放大增益或

(1-3)

1.4.2.1放大器的增益3．互阻增益或

(1-5)

4．互導(dǎo)增益或

(1-6)5.功率增益(1-6)

放大電路的其他性能指標(biāo)：這里主要討論輸入電阻輸出電阻增益頻率響應(yīng)輸入電阻Ri放大電路（放大器）+-RL-+-Rs+RiRi決定了放大電路從信號(hào)源吸取信號(hào)幅值的大小，即它決定了放大電路對(duì)信號(hào)源的要求。一般情況下，要求Ri>Rs輸出電阻RoRo的求法：將信號(hào)源短路，即=0，但保留Rs；且負(fù)載RL兩端開(kāi)路，即RL