《模拟电子技术基础》教学大纲.docx

模拟电子技术基础教学大纲一、课程信息开课单位 电气与信息工程学院课程代码 EI04004 ,IA04004课程名称模拟电子技术基础英文名称 Fundamentals of Analog Electronic Technique任课教师 苏娟职务职称副教授 课程性质 学类核心课程学分4 总 学 时96（64上机16实验16）先修课程 电路开课学期 二年级第二学期适应专业 电子信息类、电气工程类，自动控制类专业二、课程内容（一）课程教学目标 本课程是电类各专业在电子技术方面入门性质的技术基础课，是一门实践性极强的课程。本课程以分立元件的基本放大电路为基础，以集成电路为主体，通过课堂讲授使学生理解各种基本电路的组成、基本工作原理和基本分析方法及应用；通过课程实验、课程设计等实践环节使学生加深对基本概念的理解，掌握基本电路的设计与调试方法，便学生获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析和解决问题的能力。（二）基本教学内容第一章、绪论教学目的与要求： 了解课程性质、特点、学习方法。了解电子技术的发展及应用。掌握放大电路的模型和主要性能指标。教学重点： 放大电路的模型，放大电路的主要性能指标及应用考虑。 教学难点： 放大电路的主要性能指标及应用考虑。教学内容： 简单介绍本课程的性质、课程特点、课程学习方法等。对电子技术的发展状况作简要介绍，引发学生对本课程学习的积极性。对放大电路的模型、性能指标及应用做概要介绍。对教材中第一章内容可不作详细讲解，待讲到相关内容时再作简要讲解。 第二章、集成电路运算放大器教学目的与要求： 了解集成运放的主要结构，掌握理想运放的模型、特点及利用“虚短”和“虚断”分析理想放大器构成的应用电路。熟练掌握集成运放构成的典型应用电路，包括同相放大、反相放大、加法、减法、微分、积分运算电路和仪用放大器。通过自学和上机环节掌握模拟电路计算机仿真软件PSPICE。教学重点： 理想运算放大器的模型、特性。运算放大器构成的典型应用电路。教学难点： 对理想放大器的理解，“虚短”和“虚断”的理解和正确运用。 教学内容： (1) 集成电路运算放大器了解集成动算放大器的内部构成、集成运算放大器的传输特性。 (2) 理想运算放大器正确理解理想放大器条件下，放大器的电路参数及其物理意义。(3) 基本线性运放电路正确理解“虚短”和“虚断”的条件。在负反馈条件下，分析理想运放构成的典型应用电路的输出与输入关系。(4) 模拟电路仿真问题通过自学和上机 ，学会模拟电路仿真软件应用，可选用软件建议 PSPICE. 第三章、二极管及其基本电路教学目的与要求： 了解半导体的基本知识，PN结的形成及导电机理。掌握二极管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。熟练掌握二极管电路的分析方法与应用。了解齐纳二极管、变容二极管、光电器件的特性及应用。教学重点： 二极管的特性、参数及应用电路分析。对二极管的正向特性四种模型重点在理想模型和恒压降模型。齐纳管的特性、参数及其特点。教学难点： PN结的载流子运动机理。二极管电路分析时，等效线性电路的建立。教学内容： (1)半导体的基本知识物质的导电性能，半导体的特性，半导体的共价键结构，半导体的两种载流子 自由电子和空穴，空穴的导电特点；两种半导体 本征半导体和杂质半导体( P型半导体、N型半导体)。(2)PN结的形成及特性性半导体载流子的两种运动方式及两种电流 漂移运动与扩散运动及漂移电流与扩散电流。PN结及其单向导电性。二极管正向特性的四种模型。(3)二极管(普通二极管)二极管的结构符号、伏安特性及参数；(4)二极管基本电路及其分析方法二极管正向特性的四种模型及应用条件；二极管的基本应用电路 及分析方法。根据电路正确选择二极管的等效模型和建立等效线性电路。要有分段线性化概念。戴维南定理、叠加定理应用于二极管电路分析。(5)特殊二极管齐纳二极管、变容二极管、肖特基二极管、光电子器件的结构、符号、特性基本应用。第四章、双极结型三极管及放大电路基础教学目的与要求： 本章所述内容是本课程的基础,要求能熟练掌握并灵活运用所学内容。其重点包含:BJT的外特性及主要参数：共射、共集、共基三种组态放大电路的组成、工作原理、静态工作点的计算、性能指标计算。多级放大电路的耦合方式及特点、性能指标分析计算。对图解法和小信号模型分析法重点应在小信号模型分析。正确理解和掌握放大电路的频率响应及简单分析方法 波特图法。最重要的是建立电路模型，将非线性问题线性化，从而将问题归的到解线性电路分析上。通过上机与计算机仿真实验 ，分析基本放大器的工作点、信号放大作用、参数对放大器性能的影响等，对放大器有更直观的理解。通过理论分析计算、仿真与实际电路测量结果三者比较，对三种情况下的结果进行比较，得出结论。教学重点： 握BJT的外特性、参数及应用。放大器的组成、小信号模型分析方法、性能指标及应用。放大器的频率响应。教学难点： 非线性电路的线性分析方法电路模型的建立及应用条件。放大器的频率响应分析电路模型的建立与简化，影响放大器频率响应的要素。教学内容：(1) 半导体三极管(BJT) 半导体三极管的结构、符号、分类；三极管的电流分配关系及放大作用；共射极三极管的输入特性与输出特性；三极管的主要参数及温度对其影响。 (2) 基本共射极放大电路 放大电路的组成及组成原则；电路中各元件作用;电路基本工作原理；静态工作点的设置。 (3) 放大电路的分析方法 图解分析法：静态工作情况、动态工作情况图解分析；BJT输出特性三个区的划分及特点。小信号模型分析法 ：BJT小信号建模(BJT微变等效电路)；利用BJT小信号模型分析共射放大电路 计算放大电路的AV、Ri 、Ro 。 (4) 放大电路的静态工作点稳定问题 温度对放大电路静态工作点的影响；射极偏置电路 组成的特点，稳定静态工作点的物理过程、静态工作点及性能指标计算。 (5) 共集电极电路与共基极电路 共集电极电路 组成、静态工作点及性能指标计算；电路的特点。共基极电路 组成、静态工作点及性能指标计算。(6) 组合放大电路：在掌握三种基本放大电路的特点的基础上，通过基本放大电路的组合，发挥各自优点，满足应用需要。 (7) 放大电路的频率响应 :放大电路频率响应的基本概念和基本分析方法，频率响应的描述、频率失真( 幅频失真与相频失真)、对数频率特性。(这部分内容参考第一章绪论有关内容)。简单RC电路的频率响应。单级放大电路的高频特性，低频特性折线波特图。多级放大电路、耦合方式及特点、静态工作点计算、性能指标计算、频率特性、简介。第五章、场效应管放大电路教学目的与要求： 了解场效应管的结构、工作原理、V-I特性，熟练掌握场效应管的外特性参数及其应用，场效应管放大器的构成、工作原理及性能指标的分析计算。理解场效应管放大器的特点及其应用。通过课外资料查阅，了解场效应管及其构成的放大器的发展历程及趋势。比较BJT与FET构成的放大器特点及其适用范围。教学重点： 场效应管的外特性及参数，场效应管放大电路的偏置电路及特点共源(Cs)、共漏(Cd)放大电路的静态工作点与性能指标计算。教学难点： 场效应管的工作原理。教学内容： (1) 金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）：结构、工作原理、V-I特性曲线、大信号特性方程。MOS场效应管的主要参数及应用。(2) MOS放大电路：放大电路的构成，静态工作点分析计算，放大器性能指标的图解法分析和小信号模型分析。(3) 结型场效应管（JFET）：结构、工作原理、V-I特性曲线、大信号特性方程。结型场效应管的主要参数及应用。JFET的小信号模型。(4) 砷化镓金属半导体场效应管：了解其特点及应用。(5) 各种放大器件电路性能比较：对BJT、FET及其构成的各种组态的电路性能进行比较，主要是从放大倍数、输入电阻、输出电阻、频率响应等方面进行比较，对电路应用选择起指导作用。第六章、模拟集成电路教学目的与要求： 正确理解集成电路中的各种直流偏置电路及其特点。熟练掌握分放大电路的组成、工作原理及电路 (静态与主要技术指标) 计算，差分放大器的主要特点。了解差分方大器的传输特性；通过实例，了解运算放大器的具体结构。熟练掌握集成运算放大器的主要参数的定义、测量方法及工程应用。了解乘法器及其应用。教学重点： 零点漂移概念；差分式放大电路的基本概念，简单差分放大电路的组成、工作原理及电路 (静态与主要技术指标) 计算，差分放大电路的分析与计算必须做到真正理解。运算放大器的参数及工程应用。教学难点： 差分放大电路的分析，集成运算放大器的工程应用。教学内容： (1) 模拟集成电路的直流偏置技术：BJT、 FET各种电流源的构成、工作原理、特点与应用。(2) 差分式放大电路：差分放大电路的结构，共模信号与差模信号的概念，差分放大电路的工作原理、静态分析和动态分析计算。(3) 差分式放大电路的传输特性：分析差分放大电路的输出与输入的关系，从而得出其输入线性范围。(4) 集成电路运算放大器： 以实际运算放大器MC14573和LM741为例，分析CMOS运放和BJT运放的偏置电路、输入级、中间放大级、输出级四个构成部分的具体电路。(5) 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响：实际运算放大器的直流参数和交流参数的定义、测试方法及其在工程应用中的影响。根据集成运算放大器的性能和适用范围，集成运算放大器的分类。非理想放大器应用分析。(6) 模拟乘法器：简单介绍模拟乘法器的电路组成思想，介绍模拟乘法器的典型工程应用实例。(7) 放大电路中的噪声与干扰：介绍放大电路中产生噪声的原因，评估噪声产生的影响，噪声的抑制方法。放大器干扰的来源及抑制方法。(8) 课外研究：通过查阅国际上知名的半导体器件生产商如ADI公司、TI公司等，了解模拟集成运算放大器的分类方法，当前发展水平及未来发展方向。通过阅读几种不同的集成运算放大器，进一步理解集成运放的性能指标的定义、测试方法及应用。第七章、反馈放大器教学目的与要求： 熟练掌握反馈放大器的分类，负反馈放大器类型的判别方法，定性和定量分析引入负反馈后对放大器性能的改善。掌握根据工程实际信号放大需要引入合适的负反馈放大器。了解负反馈放大器的稳定性问题。教学重点： 反馈的判断，反馈对放大器的性能改善（定性和定量分析），深度负反馈条件下电路的分析计算，根据工程实际选择合适的负反馈放大器。教学难点： 定量分析负反馈放大器对性能的影响。负反馈放大器的稳定性问题。教学内容：(1)反馈的基本概念和分类：反馈的定义，直流反馈与交流反馈，正反馈与负反馈，串联反馈与并联反馈，电压反馈与电流反馈。(2)负反馈放大电路的四种组态：电路的组成方式，电路实例，定性分析引入负反馈后对输出稳定性的影响，反馈系数的定义及计算。 (3)负反馈放大电路增益的一般表达式：根据反馈放大器的方框图推导出反馈放大器输出和输入关系的一般表大式，引出反馈深度的概念，对反馈深度进行讨论。 (4)负反馈对放大电路性能的影响：定性定量分析引入负反馈后对放大器性能的影响，包括：(a)提高增益稳定性，(b)减小非线性失真，(c)抑制反馈环内噪声，(d)对输入电阻和输出电阻的改变。(5)在深度负反馈条件下的近似计算：推导出在深度负反馈条件下，得出反馈放大器的增益只与反馈系数相关， 满足“虚短”和“虚断”的结论，利用此结论对放大器进行分析计算。(6)负反馈放大电路设计：工程应用中，负反馈放大器的设计步骤；通过实例，进一步理解负反馈放大器的设计过程。(7)负反馈放大电路的频率响应：定量分析负反馈放大电路频率响应的一般表达式，并推导出放大电路的增益带宽积为一常数。(8)负反馈放大电路的稳定性：负反馈放大电路产生自激振荡的原因，稳定工作的条件及稳定性分析。为获得稳定工作条件引入的补偿方法。第八章、功率放大电路教学目的与要求： 正确理解功率放大电路研究和解决的主要问题。熟练掌握乙类双电源互补对称功率放大电路的组成、工作原理和性能指标的分析计算。熟练掌握甲乙类双电源及甲乙类单电源(OTL)功放电路组成、工作原理及性能指标计算。熟练掌握功率放大管的极限参数的要求。了解MOS功率管与集成功率放大器的特点及应用。教学重点： 乙类、甲乙类功放电路组成、工作原理及性能指标计算。功率放大晶体管极限参数的要求。教学难点： 交越失真的克服与效率的矛盾问题：电路设计如何平衡。教学内容： (1) 功率放大电路的一般问题：功率放大电路的特点与要求，提高效率的途径。(2) 射极输出器甲类功放的实例：分析电路构成、工作原理、输出功率与效率，从而得出此类功放难以提高效率的结论。(3) 乙类双电源互补对称功率放大电路：电路组成、工作原理、主要性能指标的分析与计算。功率晶体管的选择问题：最大功耗、最大耐压和最大电流。(4)集成功率放大器：功率器件的散热与功率晶体管的二次击穿问题，大功率VMOSFET和DMOSFET的结构与特点。MOS功率管作为输出级的甲乙类功放电路，BJT集成功率放大器实例。第九章、信号处理与信号产生电路教学目的与要求：掌握有源滤波器的基本概念及一阶、二阶有源滤波器电路分析。熟练掌握正弦波信号产生电路的基本概念；RC串并联正弦信号产生电路的组成、振荡条件判别、振荡频率计算。掌握理想运放非线性应用的分析规律。单门限、双门限电压比较器电路分析；方波产生电路组成及工作原理分析。教学重点： 滤波器的概念，一、二阶有滤波器的分析方法。正弦波产生电路的分析与计算方法。教学难点： 正弦波产生电路的分析计算：传递函数的推导，起振条件和振荡频率与电路参数的关系。教学内容： (1)滤波器的基本概念和分类：基本概念、分类方法。(2)一阶有源滤波电路：传递函数、幅频特性。(3)高阶有源滤波电路：二阶有源低通、高通、带通、带阻滤波电路的构成、传递函数、幅频响应。(4)开关电容滤波器：了解其基本原理。(5)正弦波振荡电路的振荡条件：正弦波振荡的产生与产生条件；振荡的建立与稳定。(6) RC正弦波振荡电路：RC串联选频网络的选频特性；RC串并联正弦波振荡电路组成、振荡条件的判别、稳幅措施、振荡频率计算，其他RC正弦波振荡电路简介。(7) LC 正弦波振荡电路：LC并联谐振回路的选频特性；变压器反馈式LC正弦波振荡器电路的组成及振荡条件判断；振荡频率计算，三点式LC正弦波振荡器及石英晶体振荡器简介。(8)非正弦波信号产生电路： 理想运算放大电路的非线性应用分析规律； 比较器的基本概念:单门限电压比较器及双门限电压比较器电路分析。方波产生电路的组成及工作原理分析；其他非正弦信号产生电路简介。第十章、直流稳压电源教学目的与要求：掌握小功率单相桥式整流、电容滤波电路的组成及工作原理；正确理解稳压电源的质量指标；熟练掌握串联反馈式稳压电路的组成，工作原理(稳压原理)及输出电压计算。正确理解三端稳压器的外特性、原理及应用。教学重点： 串联反馈式稳压电路的组成，工作原理(稳压原理)及输出电压计算。三端稳压器的应用。教学难点： 直流稳压电源的分析与计算。教学内容： (1) 小功率整流滤波电路：单相桥式整流电路的工作原理、负载直流电压和直流电流计算，整流原件参数计算及要求。电容和电感滤波电路构