模拟电子技术第五版第1章绪论.ppt

河北科技师范学院欧美学院机电系 王枫,电子教案,电子技术基础,模拟部分 （第五版）,4 双极结型三极管及放大电路基础,2 运算放大器,1 绪论,3 二极管及其基本电路,5 场效应管放大电路,6 模拟集成电路,7 反馈放大电路,8 功率放大电路,9 信号处理与信号产生电路,10 直流稳压电源,模拟电子技术基础,1.1 信号,1.3 模拟信号和数字信号,1 绪论,1.2 信号的频谱,1.4 放大电路模型,1.5 放大电路的主要性能指标,1.0 绪言,电子技术就是研究电子器件、电子电路及其应用的科学技术。,1.0.1 什么是电子技术,1.0 绪言,电子技术的应用 信号检测,智能小区,容信息技术、计算机技术、电子技术于一体。 如：三表数据采集与远传,第一代电子器件,电子管,离子管,（1）电子管,1电子器件,电子器件的发展,d. 电子受外加电场和磁场的作用下，在真空中运动就形成了电子管中的电流。,电子管的结构和工作原理,a. 有密封的管壳，内部抽到高真空。,b. 在热阴极电子管中，有一个阴极。,c. 阴极可由灯丝加热，使温度升高，发射出电子。,电子管的主要特点,a. 体积大、重量重、耗电大、寿命短。,b. 目前在一些大功率发射装置中使用。,（2）离子管,a. 与电子管类似,也抽成高真空。,b. 管子中的电流，除了电子外，也有正离子。,第二代电子器件晶体管,晶体管是用半导体材料制成的，也称为半导体器件（semiconductor device）或者固体器件（solidstate device）。,a. 体积小、重量轻。,e. 加电压不能太高。,晶体管的主要特点：,b. 寿命长、功耗低。,c. 受温度变化的影响较大。,d. 过载能力较差。,2电子电路,电子器件与电阻器、电感器、电容器、变压器、开关等元件适当地连接起来所组成的电路。,电子电路的主要特点：,控制方便、工作灵敏、响应速度快等。,（3）电子电路必须采用非线性电路的分析方法来分析。,电子电路与普通电路的主要区别：,（1） 电子电路包含有电子器件。,（2） 电子器件的特性往往是非线性的。,分立元件电路,集成电路,分立电路由各种单个的电子器件和元件构成的电路,（3）体积大，功耗大，可靠性低。,分立电路的主要特点：,（1）把许多元件和器件焊接在印刷电路板上组成的。,（2）焊点多，容易造成虚焊。,集成电路（ICintegrated circuit）,集成电路是把许多晶体管与电阻等元件制作在同一块硅晶片上的电路。,（1）体积小，重量轻。,集成电路的主要特点：,（2）功耗小。,（3）可靠性高。,（4）寿命长。,世界上第一块集成电路在1959年美国的德州仪器公司和西屋电气公司诞生。,集成电路发展的历程：,集成度：集成电路上只有四只晶体管。,（1）小规模集成电路,（2）中规模集成电路,（3）大规模集成电路,（4）超大规模集成电路,3电子技术应用,有线载波通信、激光通信、光纤通信等。,特点：快速、灵敏、精确等。,（1）通信系统,无线电通信（最早的应用领域）广播、电报、电视等,（2） 控制,在自动化技术中，电子控制是后起之秀。,（3）测量方面的应用,（4）电力系统的应用,电子测量技术和电子计量仪表的应用日益广泛。,a. 微机继电保护,b. 故障测距,c. 配变检测,（5）电子技术对计算机的发展,二十世纪四十年代第一部数字电子计算机主要特点：,b. 功率130千瓦。,a. 有一万八千个电子管。,c.重量达三十吨。,d. 占地约150平方米。,e. 运算速度每秒仅约5000次。,f. 并且故障率高。,1.0.2 本课程的性质、任务和重点内容,1本课程的性质、特点与任务等,性质:是电子技术方面入门性质的基础技术课。 服务对象：电专业。 特点：内容丰富、技术更新快、紧密联系实际、应用非常广泛。,考试课。 50+10学时。 任务：是使学生获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能（简称“三基”）。,主要是指电子电路的基本分析方法。,是指基本的电子器件和电子电路的性能以及其主要应用。,是指电子测试技术、电子电路的分析计算能力和识图能力。,基本技能:,基本知识:,基本理论:,“三基”:,本课程是电专业一切电类后续课程的基础。学时数少、内容多，不能轻视。否则，对以后的学习将会造成很大影响。,紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解题方法。,课堂教学,习题,独立完成作业，按时交作业。,实验,注意理论联系实际，掌握常用仪器、仪表的使用方法，验证与探索相结合。,2主要教学环节,（1）电子器件，包括集成电路。,b.不深入讨论器件内部微观的物理过程及生产工艺。,本课程基本内容：,学习的重点:,a. 了解电子器件的外部特性。,b. 了解电子器件在电路中的应用。,注意的事项：,a. 本课程只介绍常用的半导体器件。,3课程内容的重点,（2）电路,学习的重点:,(a) 最基本的电路结构,(b) 电路的工作原理,(c) 电路的分析方法,(d) 电路的组合规律,(e) 典型应用电路,（3）器件、电路、应用三者学习的关系是：,管、路、用结合，管为路用，以路为主。,（b）分立电路仍然是电子电路中最核心的电路。,分立电路与集成电路的关系,（a）分立电路在很多应用场合已经被集成电路所代替。,（c）分立电路是集成电路中的基本单元电路。,（d）分立为基础、集成是重点，分立为集成服务。,电子电路的分类：,两类电路的区别:,模拟电路：信号波形是连续变化的。,数字电路：信号波形是跃变的。,b. 电路中电子器件的工作状态,模拟电路：器件工作在放大状态。,数字电路：器件工作在开关状态。,1.0.3 本课程的特点和学习方法,1. 本课程的特点：,d. 电路种类多。,a. 内容比较庞杂。,b. 技术术语多。,c. 基本概念多。,e. 课程的难点都集中在前几章，初学者都会有“入门难”的感觉。,（1）注重物理概念。,（2）采用工程观点。,2. 本课程的学习方法,实际工程问题的特点：,a. 电子器件的特性具有分散性。,b. 元器件的实际参数值与标称值有一定的偏差。,d. 难以进行精确计算。,c. 实际参数值受环境温度等因素的影响而偏离设计值。,实际工程问题的算法：,a. 忽略一些次要的因素。,b. 采用简化的工程问题。,工程问题合理估算的依据：,结果所产生的误差应不超过10%。,工程估算法存在的问题：,有些问题的简化处理往往是经验数据，无章可循。,工程估算的目的：,a. 不是为了获得精确的结果。,b. 而是为了获得清晰的、定性的概念和结论。,c. 利用获得概念和结论，进一步指导电路和系统的设计和实验。,3重视实验技术,a. 通过实验才能理解基本概念，实验是理论与实践结合的桥梁。,b. 影响电子电路工作的因素非常复杂，简单的电路模型是不能进行全面而精确的分析。,c. 一般电子设备在设计、安装好以后，需要经过反复调试、修改。,1. 信号： 信息的载体,微音器输出的某一段信号的波形,1.1 信号,这个波形看上去是无规则的，分析其特性显得有些困难，但已经有方法从中提取出它的特性参数。信号中的这些特征参数是设计放大电路和电子系统的重要依据。,2. 电信号源的电路表达形式,电压源等效电路,电流源等效电路,1.1 信号,1. 电信号的时域与频域表示,A. 正弦信号,1.2 信号的频谱,时域,正弦信号是最简单的信号，经常作为标准信号用来对模拟电子电路进行测试。,在信号分析中，为了简化信号特征参数的提取，通常是将信号从时域变换到频域。信号在频域中表示的图形或曲线称为信号的频谱。通过傅里叶变换可以实现从时域到频域的变换。,1. 电信号的时域与频域表示,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,1.2 信号的频谱,方波的时域表示,2. 信号的频谱,B. 方波信号,频谱：将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值和相位随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。,1.2 信号的频谱,幅度谱,相位谱,非周期信号包含了所有可能的频率成分（0 w ）,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,气温波形,气温波形的频谱函数（示意图）,1.2 信号的频谱,信号的带宽,信号的频域表达方式可以得到某些比时域表达方式更有意义的参数。信号的频谱特性是电子系统有关频率特性的主要设计依据。,1.3 模拟信号和数字信号,处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。,模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。,数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。,在信号分析中，按时间和幅值的连续性和离散性把信号分为4类。 （1）模拟信号；（2）抽样信号； （3）量化信号；（4）数字信号。,1.4 放大电路模型,1. 放大电路的符号及模拟信号放大,检测外部物理信号的传感器所输出的电信号通常是很微弱的，对这些过于微弱的信号，既无法直接显示，一般也很难做进一步分析处理。通常必须把它们放大到数百毫伏量级才能用传统的指针式仪表显示出来。若对信号进行数字化处理，则须把信号放大到数伏量级才能被一般的模数转换器所接受。如家用音响。 这里所说的放大都是指线性放大，也就是说放大电路输出信号中包含的信息与输入信号完全相同，既不减少任何原有信息，也不增加任何新的信息，只改变信号幅度或功率的大小。,1.4 放大电路模型,电压增益（电压放大倍数）,电流增益,互阻增益,互导增益,1. 放大电路的符号及模拟信号放大,图 放大电路的表示方法：实际电路、简化电路,1.4 放大电路模型,上述 、 、 、 是放大电路工作在线性条件下的增益。,通常，放大电路输出信号的幅度远大于输入信号的幅度，即意味着输出的能量增加了。增加的能量并非无中生有，而是由供电电源转换得来的。,1. 放大电路的符号及模拟信号放大,图 放大电路的表示方法：实际电路、简化电路,负载开路时的 电压增益,A. 电压放大模型,输入电阻,输出电阻,由输出回路得,则电压增益为,由此可见,即负载的大小会影响增益的大小,要想减小负载的影响，则希望？ （考虑改变放大电路的参数）,理想情况,2. 放大电路模型,1.4 放大电路模型,设计电路时，尽量使,另一方面，考虑到输入回路对信号源的衰减,理想情况,有,要想减小衰减，则希望？,1.4 放大电路模型,A. 电压放大模型,此时， ，信号免受衰减。,从上述分析可知，电压放大电路适用于信号源内阻RS较小而且负载电阻RL较大的场合。,负载短路时的 电流增益,B. 电流放大模型,由输出回路得,则电流增益为,由此可见,要想减小负载的影响，则希望？,理想情况,由输入回路得,要想减小对信号源的衰减，则希望？,理想情况,1.4 放大电路模型,由电路特性可知，电流放大电路一般适用于信号源内阻RS较大而负载电阻RL较小的场合。,C. 互阻放大模型（自学）,输入输出回路没有公共端,D. 互导放大模型（自学）,E. 隔离放大电路模型,1.4 放大电路模型,1.5 放大电路的主要性能指标,输入电阻 输出电阻 增益 频率响应 非线性失真,放大电路的性能指标是衡量它的品质优劣的标准，并决定其适用范围。,1.5 放大电路的主要性能指标,如图所示，输入电阻等于输入电压vi与输入电流ii的比值，即,对输入为电压信号的放大电路，即电压放大和互导放大电路，Ri愈大，则放大电路输入端的vi值愈大；反之，输入为电流信号的放大电路，即电流放大和互阻放大电路， Ri愈小，注入放大电路的输入电流ii愈大。,1. 输入电阻,1.5 放大电路的主要性能指标,1. 输入电阻,当定量分析放大电路的输入电阻Ri时，一般可假定在输入端外加一测试电压vt ，如右下图所示，根据放大电路内的各元件参数计算出相应的测试电流it ，则,1.5 放大电路的主要性能指标,2. 输出电阻,放大电路的输出电阻Ro的大小决定它带负载的能力。所谓带负载能力，是指放大电路输出量随负载变化的程度。当负载变化时，输出量变化很小或基本不变表示带负载能力强，即输出量与负载大小的关联程度愈弱，放大电路的带负载能力愈强。,1.5 放大电路的主要性能指标,2. 输出电阻,（1）电压放大和互阻放大电路，输出量为电压信号。对于这类放大电路，Ro愈小，负载电阻RL的变化对输出电压vo影响愈小。这两种放大电路中只要负载电阻RL足够大，信号输出功率 一般较低，对供电电源的能耗也较低，多用于信号的前置放大和中间级放大。 （2）对输出为电流信号的放大电路，即电流放大和互导放大，与受控电流源并联的Ro愈大，负载电阻RL的变化对输出电流io影响愈小。与前两种放大电路相比，在供电电源电压相同的条件下，这两种放大电路可输出较大的电流信号，从而输出功率 可能达到较大的值，同时电源供给的功率也较大，通常用于电子系统的输出级，可作为各种输出物理变量变换器（如音响系统的扬声器、动力系统的电动机等等）的驱动电路。,1.5 放大电路的主要性能指标,2. 输出电阻,注意：输入、输出电阻为交流电阻。,当定量分析放大电路的输出电阻Ro时，可采用上图所示的方法。在信号源短路（vs =0，但保留Rs）和负载开路（ RL =）的条件下，在放大电路的输出端加一测试电压vt，相应地产生一测试电流it，于是可得输出电阻为,1.5 放大电路的主要性能指标,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。,用对数方式表达放大电路的增益之所以在工程上得到广泛应用是由于： （1）当用对数坐标表达增益随频率变化的曲线时，可大大扩大增益变化的视野； （2）计算多级放大电路的总增益时，可将乘法化为加法进行运算。,1.5 放大电路的主要性能指标,4. 频率响应,A.频率响应及带宽,电压增益可表示为,实际的放大电路中总是存在一些电抗性元件，因此放大电路的输出和输入之间的关系必然和信号频率有关。 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，称为放大电路的频率响应。,或写为,该图称为波特图 纵轴：dB 横轴：对数坐标,1.5 放大电路的主要性能指标,4. 频率响应,A.频率响应及带宽,其中,普通音响系统放大电路的幅频响应,图 某音响系统放大电路的幅频响应,图 直流放大电路的幅频响应,表1.5.1 某些典型信号的频率范围,1.5 放大电路的主要性能指标,4. 频率响应,B.频率失真（线性失真）,幅度失真：,对不同频率的信号增益不同产生的失真。,4. 频率响应,B.频率