[工学]模拟电子技术、绪论.ppt

模 拟 电 子 技 术,主讲教师：,教材：陈大钦主编，模拟电子技术基础 机械工业出版社，06年2月第1版,邹韬平（华中科技大学电信系） 办公室：南一楼（中）220,课件下载: 1070870681 (Analysis) 我的文件夹/模电48计算机 电子技术基础国家精品课程: 学校主页精品课程(左上角)2003年 有授课录像、网络课程等,电子资源:,2,0 课程介绍,0.4 参考书,0.2 课程内容与学时安排,0.5 考核,0.3 课程特点与学习方法,电类专业的一门技术基础课,工程性质 实践性很强,0.1 课程性质与教学目标,模 拟 电 子 技 术,电子学学科：研究电荷在气体、真空、半导体中的运动规律。,微电子学集成电路(IC)技术，在单片半导体材料上制造电路、系统。,模拟电子技术应用技术：研究电路的构成规律、电路功能、电路特性。,考试大纲：考察学生对电子技术的基本概念、基本原理和基本方法的掌握程度和利用其解决电子技术领域相关问题的能力（四会） 会看：电路的识别、定性分析（评价、特点） 会算：电路的定量分析。 会选：根据需求选择电路及元器件。 会调：如何调整电路性能指标，故障的判断。,3,0.2 课程内容与学时安排,第1章 绪论 2学时,第2章 半导体二极管及其应用电路 4学时,第3章 半导体三极管及其放大电路基础 14学时,第4章 多级放大电路及模拟集成电路基础 6学时,第5章 信号运算电路 4学时,第6章 负反馈放大电路 6学时,第7章 信号处理与产生电路 4学时,第8章 场效应管及其放大电路 4学时,共：44学时,第9章 功率放大电路,第10章 集成运算放大器,第11章 直流电源,2个器件,BJT,FET,二极管,核心 内容,1个电路,三极管,放大电路,集成运放,完美的 放大电路,核心 基础,4,0.3 课程特点与学习方法,课程特点 (1)信号传输的线性要求和非线性器件的矛盾 (2)器件少（核心：三极管）、电路多 (3)工程估算与pspice (4)分立是(学习)基础、集成是应用(学习目标) (5)电路理论（简单的）求解设计电子电路 学习方法 (1)分析方法：非线性 线性 (1)非线性的概念实现线性的条件 (2)归纳、比较，找出各电路之间的规律，可举一反三 (3)会抓主要矛盾，忽略次要因素（10） (4)学习的目标：正确使用集成电路,5,学习目标,电路的分析, 掌握电路的基本分析方法, 理解基本电路的基本设计思想, 了解电路设计的基本方法、规则,电路的设计, 理解基本电路的工作原理, 熟悉基本元器件的工作特性（外特性）,电路,电路功能（定性的和定量的描述）,电路n,6,电路的分析与设计（综合）, 分析是认识电路的过程；, 综合是设计电路实现其功能的过程；, 分析是为实现综合而积累知识和经验的过程。,手工理论分析为主，计算机仿真实验为辅。,喜欢做简化假设和快捷近似计算，得出形式简单、物理意义明确、具有指导作用的结论；,以牺牲分析结果的精度为代价，获得电路直觉,利用基尔霍夫定律求解交流与直流电路的技能,RC电路的瞬态分析,戴维南和诺顿电源表示法，等效电路和电源变换,正弦稳态分析,7,0.4 参考书,参考书 教材类清华、西交大、浙大、东南、哈工大等 康华光主编，电子技术基础(模拟部分)第五版，高教出版社 童诗白主编，模拟电子技术基础第二版，高教出版社 华成英主编，模拟电子技术基础第三版，高教出版社 教辅类 陈大钦主编，模拟电子技术基础学习与解题指南华工出版社,0.5 考核,作业：20 约8次作业（第18周），每周第1次课时交作业； 笔试：80（闭卷、计算机学院统考） 计算器,8,模拟电子技术基础,第1章 绪论 2学时,第2章 半导体二极管及其应用电路 4学时,第3章 半导体三极管及其放大电路基础 14学时,第4章 多级放大电路及模拟集成电路基础 6学时,第5章 信号运算电路 4学时,第6章 负反馈放大电路 6学时,第7章 信号处理与产生电路 4学时,第8章 场效应管及其放大电路 4学时,共：44学时,第9章 功率放大电路,第10章 集成运算放大器,第11章 直流电源,2个器件,BJT,FET,二极管,核心 内容,1个电路,三极管,放大电路,集成运放,完美的 放大电路,核心 基础,9,1 绪 论,1.1.1 信号及其分类,1.1.2 电子系统举例,1.2.1 放大电路符号,1.2.2 放大电路的主要性能指标,1.2.3 放大电路模型,1.3.1 时间常数 的估算,1.3.2 单时间常数RC电路的频率响应,1.1 信号与电子系统,1.2 放大电路的基本概念,1.3 单时间常数的RC电路,概貌 基本原则,模电 核心内容 基本功能,移到3.6节,10,1.1 信号与电子系统,图1.1.1 电视系统方框图,信号：信息的载体（随时间变化的物理量）。 也可用语言、文字、图像或编码来表达。但不便于直接传输。,电信号：随时间变化的电压或电流（便于传输）,不失真地传递信号，或对信号进行处理 电子系统的任务,电子系统：可由若干相互关联的单元电子电路组成，用来实现信号的传输或信号的处理,要点,11,1.1.2 电子系统举例,1.1 信号与电子系统,电子系统的任务 不失真地传递信号， 或对信号进行处理,电子系统： 可由若干相互关联的单元电子电路组成，用来实现信号的传输或信号的处理,要点,图1.1.4 热电偶温度计的方框图,图1.1.5 炉温自动控制系统,12,举例：,类比:搭积木,电子系统： 由若干相互关联的单元电子电路组成，用来实现信号的传输或信号的处理,基本电路,大积木块,小积木块,基本元器件,14,电子系统,基本电路,大积木块,15,电子系统,电子系统 子系统 功能电路 基本功能电路 元器件,半导体二极管,双极结型晶体管,场效应晶体管,基本BJT放大电路,基本FET放大电路,二极管电路,运算放大器电路,有源滤波电路,信号产生电路,电源电路,主线：寻找一个性能最佳的放大电路！,从而了解模电处理问题的思路,16,1.1.1 信号及其分类,1.1 信号与电子系统,信息的载体 随时间变化的物理量,电信号 随时间变化的电压或电流,任务：不失真地传递信号（信息），或对信号进行处理,1. 含义：,电子系统的任务 不失真地传递信号，,17,2. 电信号源的电路表达形式,戴维宁,诺顿,1.1.1 信号及其分类,1.1 信号与电子系统,表示你关注的是电压信号！,关注的是电流信号！,18,图1.1.2 几种模拟信号波形 (a) 正弦波 (b) 三角波 (c) 调幅波 (d) 阻尼振荡波,3、信号的分类,模拟信号,模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上任意一点的数值均有其物理意义。,数字信号,1.1.1 信号及其分类,1.1 信号与电子系统,电子系统的任务 不失真地传递信号，,19,1.1 信号与电子系统,模拟信号,模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上任意一点的数值均有其物理意义。,数字信号,图1.1.3 数字信号波形举例,数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值,其函数值通常是某个最小单位的整数倍。,1.1.1 信号及其分类,3、信号的分类,电子系统的任务 不失真地传递信号，,20,4、电信号的时域与频域表示,A. 正弦信号,最简单的信号： 经常作为标准信号用来对模拟电路进行分析和测试!,1.1.1 信号及其分类,21,B. 方波信号,满足狄利克雷条件，展开成傅里叶级数,直流分量,其中,基波分量,三次谐波分量,4、电信号的时域与频域表示,1.1.1 信号及其分类,22,C. 非周期信号,傅里叶变换：,通过快速傅里叶变换（FFT）可迅速求出非周期信号的频谱函数。,离散频率函数,连续频率函数,4、电信号的时域与频域表示,1.1.1 信号及其分类,23,1.1节 要点,电子系统的基本任务 不失真地传递信号，或对信号进行处理 电子系统的组成 可由若干相互关联的单元电子电路组成，用来实现信号的传输或信号的处理 学习思路：自下而上 电信号的特性 时域：模拟信号和数字信号 频域：傅里叶级数展开为直流分量和正弦分量 叠加原理：可采用正弦信号作为分析和测试的标准信号,24,1.2 放大电路的基本概念,1.2.1 放大电路符号,1.2.2 放大电路的主要性能指标,1.2.3 放大电路模型,模拟信号处理的最基本功能,信号源,双口网络,图1.2.1 放大器的电路符号,电源画法，单电源与双电源,25,1.2.1 放大电路符号,1.2 放大电路的基本概念,图1.2.2 扩音机原理示意图 （a）示意框图 （b）等效电路,应用举例：,双端口网络,图1.2.1 放大器的电路符号,26,1.2 放大电路的基本概念,（1）放大 信号的增强,双口网络,（2）基本要求 不失真,放大含义：,增益（放大倍数）,（3）能量转换 有源电路（器件） 约束,问 题,（1） Ii =? （IiRS 对信号的衰减）,（2） RL vO AV ,27,问题?,(1) Ii =?,(2) RL vO AV ,输入端口特性,输入回路对信号源的衰减,输入电阻,要想减小衰减，则希望？,理想,输出回路可等效为 非理想的电压源,负载开路时的 电压增益,输出电阻,由输出回路得,要想减小负载的影响，则希望？,理想,28,模型 等效电路 （端口特性不变）,输入端口特性可以等效为一个输入电阻,输出端口可以根据不同情况等效成不同的电路形式,1. 电压放大器模型,1.2.3 放大电路模型,1.2 放大电路的基本概念,理想电压放大电路 输入电阻 Ri = 输出电阻 Ro = 0,2. 电流放大器模型,29,1.2.3 放大电路模型,2. 电流放大器模型,1. 电压放大器模型,3. 互阻放大器模型,4. 互导放大器模型,问题1：四种放大器对输入、输出电阻的要求？,问题2：四种放大器模型可以相互转换？如何转换？,30,1. 输入电阻,3类,与放大有关的,与失真有关的,与能量转换有关的,增益、输入电阻、输出电阻,非线性失真、线性失真,最大输出功率、转换效率,1.2.2 放大电路的主要性能指标,1.2 放大电路的基本概念,31,2. 输出电阻,所以,另一方法,注意：输入、输出电阻为交流电阻,1.2.2 放大电路的主要性能指标,32,3. 增益,反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力,其中,四种增益,常用分贝（dB）表示,1.2.2 放大电路的主要性能指标,33,4. 最大输出幅值,来表示。,通常把非线性失真系数达到某一规定值（例如5%）时的输出幅值称为最大输出幅值，用,或,5. 最大输出功率与效率,效率：,输出信号功率Po 与直流电源提供的平均功率PV的比值。,1.2.2 放大电路的主要性能指标,最大输出功率:,在输出信号基本不失真的情况下能输出的最大功率，记作Pom 。,即：,34,6. 非线性失真,图1.2.4 线性传输特性与线性放大 图1.2.5 非线性传输特性与非线性失真,放大器的非线性失真的程度可用非线性失真系数D来表示，定义为：,式中V1、V2、V3、分别为基波和各次谐波的幅值,1.2.2 放大电路的主要性能指标,削波,35,7. 频率响应及带宽（频域指标）,实际的信号 多个正弦波的叠加,增益与正弦信号 频率的关系,2个问题：,B、Av为什么是 f 的函数？如何表达？,A、多个正弦频率成分的放大程度不同，会产生什么危害？,1.2.2 放大电路的主要性能指标,36,频率失真（线性失真）,幅度失真： 对信号的不同频率成分增益不同，产生的失真。,基波,二次谐波,输入信号,输出信号,二次谐波AV=2,基波AV=1,A. 多个正弦频率成分的放大程度不同，会产生什么危害？,相位失真： 对信号的不同频率成分相移不同，产生的失真。,7. 频率响应及带宽（频域指标）,1.2.2 放大电路的主要性能指标,37,频率失真 线性失真,38,频率响应,电压增益表示为,在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率 连续变化的稳态响应。,或写为,其中,B、Av为什么是 f 的函数？如何表达？,原因：放大电路存在电抗元件，如电容、电感。,7. 频率响应及带宽（频域指标）,1.2.2 放大电路的主要性能指标,39,新问题：如何避免频率失真？,中