模拟电路与数字电路1章g

1、Analog circuits and digital circuits,课程内容,1,、绪论,2,、半导体器件基础,3,、放大电路基础,4,、放大电路的反馈,5,、集成运算放大电路基础,6,、正弦波振荡电路,7,、直流电源,8,、功率放大电路,教材：,模拟电路与数字电路，电子工业出版社,寇戈主编,参考书目：,1,电子技术基础模拟部分（第四版），华中理工大学电子教,研室编，康华光等，高等教育出版社。,2,童诗白主编：模拟电子技术基础，高等教育出版社，,1995,年,10,月第,1,版；,“,Microelectronic Circuits”,(4,th,Ed.),Sedra & Smith,

2、Oxford University Press (1997),“Introduction to Electronic Circuit Design”,Spencer & Ghausi, Prentice Hall (2003),“The Art of Electronics”,(2,nd,Ed.),Horowitz & Hill, Cambridge University Press,(1994),th,“Electronic Devices & Circuit Theory”,(7,Ed.),Boylestad & Nashelsky, Prentice-Hall (1999),学习本课程的

3、目的、方法,本课程是实践性很强的技术基础课，注意理论联系,实际。,目的,：通过相关内容的学习，获得模拟电子技术的,基本理论、基本知识和基本技能，为学习后续课程,及从事工程技术和科学研究奠定初步基础。,1,绪,论,本章主要介绍电子技术的一些名词、术语、,基本概念，简要介绍电子系统的基本组成，,分析其内部各电路之间的信号流向及接口,关系，最后介绍电子电路的特点和分析方,法，为学好这门课程奠定基础。,1.1,电子技术,1.1.1,电子技术的概念及发展历史,?,电子技术,是研究电子器件、电子电路及其应用的科学技,术。,?,常见的,电子器件,有,电子管、晶体管,和,集成电路,，等等。,?,电子电路,是由

4、,电子元件,（例如电阻、电容、电感等）和,电子器件,构成的具有某种功能的电路，它是电子设备的,重要组成部分,。,电子技术发展历史,?,1904,年英国伦敦大学的弗莱明发明了,真空电子二极管,；,?,1906,年美国的德福雷斯特发明了对电子信号具有放大作,用的,真空电子三极管,，简称,电子管,；,?,1948,年美国贝尔电话研究所的三位科学家肖克莱、巴丁,和布拉顿发明了,晶体三极管,（一种半导体器件）；,?,50,年代末，美国德克萨斯公司和仙童公司发明了,集成电,路,（实现了材料、元件和电路的三合一）。,贝尔晶体二极管,1.1.2,信息和信号,?,?,信息,是对于接收者来说，预先不知道的内容或知

5、识。信,息只有传输出去才有意义，为了传输信息，需要将它载于,某种物理量中，才能使它表现出来，被接收者感觉或认识，,这种载有信息的物理量一般称之为,信号,。,一般把将非电量转换为电量的器件称为,传感器,。非电量,转换成电量经过电子技术处理后，有时还需要将电量再还,原为非电量，完成还原作用的器件，称为,再生器,。,1.1.3,模拟信号和数字信号,电子技术所处理的对象是载有信息的电信号，在电子技术中,会遇到多种信号，按其不同特点可分为两大类,模拟信号,和,数字信号,。,1.1.3.1,模拟信号,?,模拟信号的特点是，在,时间,上和,幅值,上均是连续的，在一,定动态范围内可取任意值。处理模拟信号的电子

6、电路称为,模拟电路,，本课程主要讨论各种模拟电子电路的基本概念、,基本原理、基本分析方法和基本应用。,模拟信号,1.1.3.2,数字信号,数字信号可以分为三种：,时间离散、数值连续信号（模拟信号的取样信号）,时间离散、数值离散信号（模数转换器输出信号）,时间连续、数值离散信号（数模转换器输出信号）,数字信号（,a,）,时间离散、数值连续信号（模拟信号的取样信号）；,数字信号（,b,）,时间离散、数值离散信号（模数转换器输出信号）；,数字信号（,c,）,时间连续、数值离散信号（数模转换器输出信号）。,1.1.4,电子系统,电子系统,通常是指由若干相互关联、相,互作用的基本电路组成的具有特定功能的

7、,电路整体。,扩声系统方框图,传,声,器,声频放大器,扬,声,器,电子系统的基本组成框图,非,电,信,号,输,入,传,感,器,信号处理,电路,再,生,器,非,电,信,号,输,出,电源,1.2,电子电路的特点,1.2.1,电子器件与电子电路,基本功能电路,信号产生电路,信号放大电路,信号变换电路,信号存储电路,信号运算与处理电路,组合逻辑电路,时序逻辑电路,电源电路,1.2.2,分立元件电路与集成电路,?,分立元件电路,是将单个的电子元器件连接起来组,成的。一个功能复杂的电子系统，若用分立元件,实现，将会用很多元器件，不但体积和功耗大，,而且可靠性也较差。,?,与分立元件电路相比较，采用,集成电

8、路,制造的电,子设备具有成本低、体积小、重量轻、功耗低、,可靠性高等许多优点，而且有利于提高生产效率，,并且便于维修。,集成电路的特点：,所有元件都做在一小块硅片上，相互距离非常近，制,作时工艺条件相同，各元件参数值具有相同方向的偏,差，温度特性一致，容易制成两个特性相同的晶体管,或电阻；,使用晶体管多，电阻少。一般集成电路中电阻值为几,十欧，太,大的电阻,往往用晶体管制成的,有源负载电阻,代替，或者在集成电路,外部连接,。,集成电路内部很少使用电容，一般,不用电感,，只能靠,外接,。,1.2.4,电子电路的分析方法,?,数字电路,着重研究各种电路的输入和输出之间的逻,辑关系，分析时常利用,逻

9、辑代数、真值表、卡诺图,和状态转换图,等方法。,?,模拟电路,研究的重点是信号在处理过程中的波形变,化以及器件和电路对信号波形的影响，主要采用,电,路分析,的方法。,1.3,放大电路的基本知识,1.3.1,模拟信号放大,放大电路的表示方法,四种放大电路,?,电压放大电路,V,?,?,A,?,?,o,V,V,i,?,互阻放大电路,V,?,?,?,o,?,A,R,I,i,?,电流放大电路,I,?,?,?,o,?,A,I,I,i,?,互导放大电路,I,?,?,?,o,?,A,G,V,i,1.3.2,放大电路模型,?,电压放大电路模型，由,输入电阻、输出电阻和,受控电压源,三个基本元件构成。,?,受控

10、电压源,是一种非独立的电压信号源，它的,输出受另一信号控制。,电压放大,电路模型,R,L,V,o,?,A,VO,V,i,R,L,?,R,o,?,?,?,A,V,?,?,V,o,V,i,?,?,?,A,VO,?,R,L,R,L,?,R,o,R,o,R,L,R,i,V,i,?,V,s,R,s,?,R,i,?,?,R,i,R,s,电压放大电路适合于信号,源内阻,R,S,较小且,R,L,负载较,大场合。,电流放大,电路模型,R,o,I,o,?,A,IS,I,i,R,L,?,R,o,?,?,?,?,R,o,A,I,?,?,?,A,IS,R,?,R,L,o,I,i,?,?,I,o,R,s,I,i,?,I,

11、s,R,s,?,R,i,?,?,R,s,时，才可使电路,当,R,o,R,L,和,R,i,具有较理想的电流放大效果。,互阻放大电路,在理想状态下，互阻放大电路要求,输入电阻,R,i,?,0,且输出电阻,R,o,?,0,互导放大电路,互导放大电路要求,:,输入电阻,R,i,?,?,，输出电阻,R,o,?,?,电压放大电路模型的开路输出电压为,A,VO,V,i,根据电流放大电路,模型可得开路输出电压为,A,IS,I,i,R,o,且,I,i,?,V,i,/,R,i,令两电路等效，,V,i,A,VO,V,i,?,A,IS,R,o,R,i,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,电流放大模型就可转换为电压

12、放大电路模型,一个实际的放大电路原则上可以取四类电,路模型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,只有其中一种模型在电路设计或分析中概,念最明确，运用最方便。,隔离放大,1.3.3,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,1.3.3.1,输入电阻,输入电阻等于输入电压,与输入电流的比值,?,?,R,i,?,V,i,/,I,i,R,s,I,i,?,I,s,R,s,?,R,i,?,?,?,?,?,R,i,V,i,?,V,s,R,s,?,R,i,输入为电压信号的放大电路，即电压放大和互导放大，,愈大，则放大电路输入端的

13、,V,i,值愈大。,输入为电流信号的放大电路，即电流放大和互阻放大，,R,i,R,i,I,i,愈大。,愈小，注入放大电路的输入电流,?,1.3.3.2,输出电阻,?,输出电阻的大小决定带负载的能力。,R,L,V,o,?,A,VO,V,i,R,L,?,R,o,?,?,?,R,o,I,o,?,A,IS,I,i,R,L,?,R,o,?,?,?,?,对输出为电压信号的放大电路（电压放大和互阻放,大），输出电阻愈小，负载电阻的变化对输出电压,的影响愈小。多用于信号的,前置放大和中间级放大,。,?,对输出为电流信号的放大电路（电流放大和互导放,大），输出电阻愈大，负载电阻的变化对输出电流,的影响愈小，常用

14、于电子系统的,输出级,。,1.3.3.3,增益,?,四种放大电路有不同的增益,-,电压增益、电流增益、,互阻增益及互导增益,。实际反映了放大电路在输入信号控,制下，将供电电源能量转换为信号能量的能力。,?,A,V,和,A,I,两种无量纲增益在工程上常用以,10,为底的,对数增益表达，基本单位为,B(,贝尔，,Bel),，平时用它,的十分之一单位,dB(,分贝,),。,?,?,?,电压增益,dB,20,lg,A,20,lg,A,电流增益,dB,?,V,?,I,用对数方式表达原因：,(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

15、将乘法化为加法进,行运算。,A,I,为负数，意味着输出与输入之间,在某些情况下，,A,V,或,?,?,的相位关系为,180,?,，这与对数增益为负值时的意义不能混,淆。在某种情况下，放大电路的增益为,-2OdB,，这表示信号,?,电压衰减到,l,lO,，即,。,A,?,0,.,1,V,1.3.3.4,频率响应及带宽,放大电路的,频率响应,指在输入正弦信号,情况下，输出随频率连续变化的稳态响应。,幅频响应与相频响应,幅频响应,表示电压,增益的模与角频率之,间的关系。,相频响应,表示放大,电路输出与输入正弦,电压信号的相位差与,角频率之间的关系。,A,?,(,j,?,),?,V,o,(,j,?,)

16、,V,V,i,(,j,?,),A,?,V,?,A,V,(,?,),?,?,(,?,),音响系统放大电路的幅频响应,(,波特图,)Bode,BW,?,f,H,?,f,L,波特,(Bode),图、半功率点、带宽,?,横坐标采用频率单位，图中的坐标均采用对数刻,度，称为,波特,(Bode),图,，这样处理不仅把频率和,增益变化范围展得很宽，而且在绘制近似频率响,应曲线时也十分简便。,?,在输入信号幅值保持不变条件下，增益下降,3dB,的,频率点，其输出功率约等于中频区输出功率的一,半，通常称为,半功率点,。,?,一般把幅频响应的高、低两个半功率点间的频率,差定义为放大电路的,带宽,。,直流,(,直接

17、耦合,),放大电路,?,下限频率为零的放大电路称为,直流,(,直接耦,合,),放大电路,。,?,现代模拟集成电路大多采用直接耦合进行,放大。,直流放大电路的频率响应,幅度失真与相位失真,线性失真,1.3.3.5,非线性失真,?,向放大电路输入标准的正弦波信号，可以测定输出信号的,非线性失真。,?,非线性失真系数,?,?,?,V,k,?,2,?,2,ok,V,o,1,?,100,%,其他性能指标,最大输出功率,效率,信号噪声比,抗干扰能力，等等,在某些特殊使用场合还会提出体积、重量、,工作温度、环境湿度等要求,?,?,?,?,?,小,结,?,本章首先通过具体实例简要介绍了电子系统,与信号的概念，以及信号的频谱特性，讨论,了本课程所涉及的各种信号的特点。模拟电,路处理的是模拟信号，数字电路中运行的是,数字信号。,小,结（续）,?,信