[课件资料]第1章绪论2016-9-20

模拟电子技术,AnalogCircuits华南师范大学物电学院:邱健,简称“模电”常称为“魔电”,主要教学内容,模拟电子技术,电子元器件,电子电路及其应用,二极管,三极管,集成电路,放大电路（）,滤波电路（）,电源电路（）,电子技术与信号,一、电子技术：无确切定义。“凡是研究含有电子器件的电路、系统及应用的学科”,二、发展历程：1904年电子管发明（真正进入电子时代）1947年晶体管问世1958年集成电路出现(SSI、MSI、LSI、VLSI),1906年，福雷斯特（LeeDeFordst）等发明了电子管在一个抽成真空的玻璃泡中封有一些电极而制成真空管(Vacuumtube)体积大、重量重、寿命短、耗电大,1第一代电子器件电子管,1948年诞生半导体三极管与电子管相比，体积小、重量轻、耗能低、寿命长分立电路体积大、焊点多，可靠性差,2第二代电子器件晶体管,1958年诞生把组成电路的元器件和连线一起做在一块硅片上，实现电路的微型化体积和功耗都很小，功能强,3第三代电子器件集成电路IC,4第四代电子器件集成电路IC,集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路按集成度可分作（含元件数）小规模集成电路（SSI）102中规模集成电路（MSI）103大规模集成电路（LSI）105超大规模集成电路(VLSI)105特大规模集成电路(ULSI)(107,109)256M的DRAM,电子技术的应用,一在日常生活方面的应用,压力、温度、水位、流量等的测量与调节,电子仪器,例如：温度传感、光电传感、重力传感等,扩音器电路,温度检测与控制电路,二在汽车电子方面的应用,汽车电子,电源,发动机控制,行驶装置,报警与安全装置,旅居性,仪表,娱乐通讯,点火装置、燃油喷射控制、发动机电子控制,车速控制、间歇刮水、除雾装置、车门紧锁,安全带、车灯未关报警、速度报警、安全气囊,空调控制、动力窗控制,里程表、数字式速度表、出租车用仪表,收音机、汽车电话、业余电台,1、技术基础课,本课程是研究各种半导体器件的性能、电路及其应用的学科。电子类、通信类、自动化类、计算机类必修课程。,2、具体研究对象,电子技术几种典型分类：（1）按处理信号：模拟(A)、数字(D)（2）按信号频率：高频、中频、低频,学什么？（What）,模拟信号：在时间上和幅值（数值）上连续的信号。对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为模拟电路。数字信号：在时间上和数值上不连续的（即离散的）信号。如：“1”、“0”;“高”、“低”。对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路。,模拟信号与数字信号,t,t,u,u,学什么？（What）,课程的研究对象模拟信号和模拟电路,信号：广义地说，信号就是随时间和空间变化的某种物理量或物理现象。如温度、压力、流量、声音等等。信号是消息的载体，是消息的表现形式。模拟电路：处理（放大、运算、转换）模拟信号的电路。,学什么？（What）,课程性质：专业技术基础课,课程特点：,本课程是电子信息类后续课程的基础，是学习数字电路、高频电子线路、数字信号处理、单片机原理及应用等课程的基础。学时少、内容多、应用性强，不能轻视。,内容丰富，技术更新快；概念多、公式多、电路形式多；紧密联系实际，应用非常广泛。,课程性质及特点,与其它课程的关系先修课程：高数、普通物理、电路后续课程：数字电子技术、微机原理、自动控制、高频电子线路、课程设计、毕业设计,学什么？（What）,课程内容,CH01绪论CH02二极管及其基本电路CH03双极结型三极管及放大电路基础CH04场效应管放大电路CH05模拟集成电路CH06运算放大器CH07反馈放大电路CH08信号处理与信号产生电路CH09功率放大电路CH10直流稳压电路CH11电子电路的计算机辅助分析与设计,1.器件的工作原理二极管、三极管、场效应管、运放等2.模拟电路及其基本功能相关概念各种放大电路、运算电路、滤波电路、信号发生电路、电源电路等3.模拟电路的分析方法估算法、图解法、模型分析法、计算机辅助分析法等4.不同的电子电路在电子系统中的应用以器件为基础，以“放大”为主线，以模拟信号处理为目的，研究各种模拟电子电路的工作原理，特点及性能指标等。,课程内容,21,课程特点,1.一些特有概念非线性器件（二极管、三极管）交直流共存受控源反馈2.工程分析方法强调定性分析确定可行性定量估算合理的近似是解决实际问题的重要手段实际过程在满足基本性能指标的前提下总是容许存在一定的误差范围的。模型分析法正确的选择是正确求解电路的保证。实验调试实验调试是基本功,1.培养兴趣“兴趣是最好的老师”；2.掌握基本概念、基本原理、基本分析方法和基本应用；3.学会听课，适当笔记，及时总结；4.学会工程近似分析方法，用工程观点分析问题；5.多练习；6.多学多问，知难而进；7.重实践：常用电子仪器的使用方法电子电路的测试方法故障的判别与排除EDA软件的应用,学习方法,自主学习注重实践关注发展及时更新,主要教学环节,课堂教学,紧跟老师讲课思路，学懂基本概念、基本电路和基本分析方法，注意解题方法和技巧。,按时、按质、独立完成作业。,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。,做好复习、预习和练习,2013年全国电子科技大赛,A题单相AC-DC变换电路B题四旋翼自主飞行器C题简易旋转倒立摆及控制装置D题射频宽带放大器E题简易频率特性测试仪F题红外光通信装置,2015年全国电子科技大赛,A题双相DC-DC变换器B题风力摆控制系统C题多旋翼自主飞行器D题增益可控射频放大器E题80MHz-100MHz频率分析仪F题数字频率计G题短距视频信号无线通信网络,1.1信号,1.2信号的频谱,1绪论,1.3模拟信号和数字信号,1.4放大电路模型,1.5放大电路的主要性能指标,信号:信息的载体,1.1信号,等效变换,声音信号：可以传达语言、音乐或其他信息图像信号：可以传达人类视觉系统能够接受的信息等,信息的处理：传感器-电信号-电子系统,模拟信号：时间上幅值上连续变化,信号源,电压源等效电路,电流源等效电路,1.1信号,话筒输出的声音信号如图所示：,某一段声音信号,无规则的波形，分析其特性比较困难，因此要提取其特征参数；,这些特征参数即是设计放大电路和电子系统的重要依据。,1.正弦信号,正弦波形,1.2信号的频谱,为简化信号特征参数的提取，通常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；,傅立叶变换,三要素完全确定一个正弦波,方波的时域表示,由高等数学知识，任一周期函数只要满足狄利克雷边界条件都可以展开成傅立叶级数；,时间函数表达式,傅立叶级数表达式,直流分量,基波,高次谐波分量,1.2信号的频谱,如果截取n为有限值时的信号组合，则可以得到原周期信号的近似波形,n=1,3,5时,n=11时,1.2信号的频谱,幅度频谱,相位频谱,频谱表现为一系列离散频率上的幅值，且随谐波次数的递增，v()的幅值总趋势逐渐减小。,1.2信号的频谱,3.非周期信号,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。,非周期信号包含了所有可能的频率成分,预制棒加热炉温度波动曲线,波形的频谱函数,1.2信号的频谱,选择适当的截止角频率，截断高于此频率的的部分，不会太多影响信号本身的特性，把保留的频率部分称作带宽。,1.3模拟信号和数字信号,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。,数字信号,放大是最基本的模拟信号处理功能。,放大电路,模拟电子中研究的最主要电路：放大电路,这里的“放大”是指把微小的、微弱的信号不失真的进行放大。,所谓“不失真”就是保证原信号波形的形状、基本参数等不变。,具有放大特性的电子设备：收音机、电视机、手机、扩音器等等。,电子系统举例:收音机接收广播信号,广播电台,电磁感应,前置放大器,功率放大器,天线,扬声器,属于交流放大！,1.4放大电路模型,1.放大电路的符号及模拟信号放大,大多数模拟电子系统都存在各种各样、不同类型的放大电路；放大电路是构成其他功能电路的基本单元。,放大电路表示方法,输入端口有电压、电流，输出端口有电压、电流，因此，根据实际的输入信号和所需的输出信号是电压或电流，放大电路可分为四种类型。,电压增益,电流增益,电流放大电路,互阻增益（）,互导增益（S）,互阻放大电路,互导放大电路,1.4放大电路模型,1.4放大电路模型,负载开路时的电压增益,2.电压放大模型,输入电阻,输出电阻,则电压增益为,AV的恒定性受到负载RL的影响。为减小负载对放大电路电压增益的影响，要求在电路设计时力求减小RO,使输出回路中RORs时，信号源内阻Rs对信号vs的衰减作用才会减小。,电压放大电路适用于信号源内阻Rs较小且负载电阻RL较大的场合,当RLRO时，RL的变化对Av的影响就小。,负载开路时的电压增益,1.4放大电路模型,负载短路时的电流增益,3.电流放大模型,由输出回路得,则电流增益为,只有RORL时，才会减小RO的分流，减小信号的衰减；,1.4放大电路模型,3.电流放大模型,则电流增益为,只有RiRs时，才会减小Rs的分流，得到较理想的放大效果；,电流放大电路适于信号源内阻Rs较大且负载电阻RL较小的场合,1.4放大电路模型,4.互阻放大模型,5.互导放大模型,由前面的分析，互阻放大模型适合Rs大,RL大的情况；,互导放大模型适合Rs小,RL小的情况；,一个实际的放大电路原则上可以取四类电路中任意一种作为它的电路模型，但是根据信号源的性质和负载的要求，一般只有一种模型在运用中最明确。,1.5放大电路的主要性能指标,1.输入电阻,Ri的大小决定了放大电路从信号源获取信号的能力,以电压vi作为输入的放大电路，Ri越大越好，此时输入电压vi大。电压放大电路、互导放大电路,以电流ii作为输入的放大电路，Ri越小越好，此时输入电流ii大。电流放大电路、互阻放大电路,1.5放大电路的主要性能指标,2.输出电阻,输出电阻的大小决定了放大电路带负载的能力,2.输出电阻,以电压作为输出的放大电路，Ro越小,带负载能力越强。电压放大电路、互导放大电路,以电流作为输出的放大电路，Ro越大,带负载能力越强电流放大电路、互阻放大电路,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。,1.5放大电路的主要性能指标,例：甲电路增益变化-20dB，乙电路增益变化-20倍，谁增益大？负号意味着什么？,其中,四种增益,常用分贝（dB）表示,用对数方式表示放大电路增益的原因：,（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计算。,这两点原因有助于简化电路的分析和设计过程。,4.频率响应,A.频率响应及带宽,电压增益可表示为,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，称为放大电路的频率响应。,或写为,其中,1.5放大电路的主要性能指标,实际的放大电路中存在一些电抗性元器件耦合电容、半导体元器件的极间电容、接线电容、接线电感等，因此，放大电路的输出与输入之间关系必然和信号的频率有关。,普通音响系统放大电路