模拟电路与数字电路1章g

1、Analog circuits and digital circuits 1 1、绪论、绪论2 2、半导体器件基础、半导体器件基础3 3、放大电路基础、放大电路基础4 4、放大电路的反馈、放大电路的反馈5 5、集成运算放大电路基础、集成运算放大电路基础6 6、正弦波振荡电路、正弦波振荡电路7 7、直流电源、直流电源8 8、功率放大电路、功率放大电路课程内容课程内容模拟电路与数字电路，电子工业出版社模拟电路与数字电路，电子工业出版社, ,寇戈主编寇戈主编教材：教材：参考书目：参考书目：1 1电子技术基础电子技术基础模拟部分（第四版），华中理工大学电子教模拟部分（第四版），华中理工大学电子教研室编

2、，康华光等，高等教育出版社。研室编，康华光等，高等教育出版社。 2 2 童诗白主编：童诗白主编：模拟电子技术基础模拟电子技术基础，高等教育出版社，高等教育出版社，19951995年年1010月第月第1 1版；版；“Microelectronic Circuits” (4th Ed.)Sedra & Smith, Oxford University Press (1997)“Introduction to Electronic Circuit Design” Spencer & Ghausi, Prentice Hall (2003)“The Art of Electronics

3、” (2nd Ed.)Horowitz & Hill, Cambridge University Press (1994)“Electronic Devices & Circuit Theory” (7th Ed.)Boylestad & Nashelsky, Prentice-Hall (1999)学习本课程的目的、方法学习本课程的目的、方法本课程是实践性很强的技术基础课，注意理论联系本课程是实践性很强的技术基础课，注意理论联系实际。实际。目的目的：通过相关内容的学习，获得模拟电子技术的：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

4、程基本理论、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。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1.1.11.1.1 电子技术的概念及发展历史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

5、成部分。电子技术发展历史 19041904年英国伦敦大学的弗莱明发明了年英国伦敦大学的弗莱明发明了真空电子二极管真空电子二极管； 19061906年美国的德福雷斯特发明了对电子信号具有放大作年美国的德福雷斯特发明了对电子信号具有放大作用的用的真空电子三极管真空电子三极管，简称，简称电子管电子管； 19481948年美国贝尔电话研究所的三位科学家肖克莱、巴丁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和布拉顿发明了晶体三极管晶体三极管（一种半导体器件）；（一种半导体器件）； 5050年代末，美国德克萨斯公司和仙童公司发明了年代末，美国德克萨斯公司和仙童公司发明了集成电集成电路路（实

6、现了材料、元件和电路的三合一）。（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 1.1.3 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号1.1.3.1模拟信号模拟信号 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。

7、处理模拟信号的电子电路称为模拟电路，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。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。模拟信号1.1.3.2 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（数字信号（a a）时间离散、数值连续信号（模拟信号的取样信号）；数字信号（数字信号（b b）时间离散、数值离散信号（模数转换器输出信号）；数字信号（数字信号（c

8、 c）时间连续、数值离散信号（数模转换器输出信号）。 1.1.41.1.4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电路整体。扩声系统方框图扩声系统方框图声频放大器传声器扬声器电子系统的基本组成框图电子系统的基本组成框图信号处理电路电源传感器再生器非电信号输出非电信号输入1.2 1.2 电子电路的特点电子电路的特点电源电路 基本功能电路信号产生电路组合逻辑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时序逻辑电路 1.2.1 电子器件与电子电路1.2.2 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

9、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：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 1.

10、2.4 电子电路的分析方法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放大电路的基本知识1.3.1 1.3.1 模拟信号放大模拟信号放大放大电路的表示方法四种放大电路四种放大电路 电压放大电路 电流放大电路 互阻放大电路 互导放大电路iGoVAIiRoIAViVoVAViIoIAI1.3.2 放大电路模型放大电路模型 电压放大电路模型，由电压放大电路模型，由输入电阻、输出电阻和输入电

11、阻、输出电阻和受控电压源受控电压源三个基本元件构成。三个基本元件构成。 受控电压源受控电压源是一种非独立的电压信号源，它的是一种非独立的电压信号源，它的输出受另一信号控制。输出受另一信号控制。电压放大电压放大电路模型电路模型oLLiVOoRRRVAVoLLVOioVRRRAVVAoRsR电压放大电路适合于信号源内阻RS较小且RL负载较大场合。电流放大电流放大电路模型电路模型oLoiISoRRRIAIoLoISioIRRRAIIAisssiRRRII当oRLR和iRsR时，才可使电路具有较理想的电流放大效果。互阻放大电路互阻放大电路在理想状态下，互阻放大电路要求输入电阻0iR且输出电阻0oR互导

12、放大电路互导放大电路互导放大电路要求:输入电阻iR，输出电阻oR电压放大电路模型的开路输出电压为iVOVA,根据电流放大电路模型可得开路输出电压为oiISRIA,且iiiRVI/,令两电路等效， oiiISiVORRVAVA电流放大模型就可转换为电压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。隔离放大隔离放大1.3.3 放大电路的主要性能指标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 输入电阻输入电阻输入电阻等于输入电压

13、与输入电流的比值iiiIVR/输入为电压信号的放大电路，即电压放大和互导放大，iR愈大，则放大电路输入端的iV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，iR愈小，注入放大电路的输入电流iI愈大。isssiRRRIIisisiRRRVV1.3.3.2 输出电阻输出电阻 输出电阻的大小决定带负载的能力。输出电阻的大小决定带负载的能力。oLoiISoRRRIAIoLLiVOoRRRVAV 对输出为电流信号的放大电路（电流放大和互导放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，常用于电子系

14、统的的影响愈小，常用于电子系统的输出级输出级。 对输出为电压信号的放大电路（电压放大和互阻放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。多用于信号的的影响愈小。多用于信号的前置放大和中间级放大前置放大和中间级放大。1.3.3.3 增益增益 和 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)。VAIAVAlg20IAlg20 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

15、供电电源能量转换为信号能量的能力。 电压增益 dB 电流增益 dB 用对数方式表达原因：用对数方式表达原因：(1)(1)当用对数坐标表达增益随频率变化的曲线时，可大大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；扩大增益变化的视野；(2)(2)计算多级放大电路的总增益时，可将乘法化为加法进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。行运算。在某些情况下，在某些情况下， 或或 为负数，意味着输出与输入之间为负数，意味着输出与输入之间的相位关系为的相位关系为 ，这与对数增益为负值时的意义不能混，这与对数增益为负值时的意义不能混淆。在某种情况下，放大电路的增益为淆。在某

16、种情况下，放大电路的增益为-2OdB-2OdB，这表示信号，这表示信号电压衰减到电压衰减到l llOlO，即，即 。VAIA1801.0VA1.3.3.4 频率响应及带宽频率响应及带宽放大电路的放大电路的频率响应频率响应指在输入正弦信号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。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与相频响应相频响应相频响应表示放大表示放大电路输出与输入正弦电路输出与输入正弦电压信号的相位差与电压信号的相位差与角频率之间的关系。角频率之间的关系。)()(VVAA)()()(jVjVjAioV幅频响应幅频响应表示电压表示电压增益的模与角频率之

17、增益的模与角频率之间的关系。间的关系。音响系统放大电路的幅频响应音响系统放大电路的幅频响应(波特图)BodeLHffBW波特波特(Bode)(Bode)图、半功率点、带宽图、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横坐标采用频率单位，图中的坐标均采用对数刻度，称为度，称为波特波特(Bode)(Bode)图图，这样处理不仅把频率和，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。应曲线时也十分简便。 在输入信号幅值保持不变条件下，增益下降在输入信号幅值保持不变条件下，增益下降3dB3dB的的频率点，其输

18、出功率约等于中频区输出功率的一频率点，其输出功率约等于中频区输出功率的一半，通常称为半，通常称为半功率点半功率点。 一般把幅频响应的高、低两个半功率点间的频率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差定义为放大电路的带宽带宽。直流直流( (直接耦合直接耦合) )放大电路放大电路 下限频率为零的放大电路称为下限频率为零的放大电路称为直流直流( (直接耦直接耦合合) )放大电路放大电路。 现代模拟集成电路大多采用直接耦合进行现代模拟集成电路大多采用直接耦合进行放大。放大。直流放大电路的频率响应直流放大电路的频率响应幅度失真与相位失真幅度失真与相位失真线性失真线性失真1.3.3.51.3.3.5 非线性失真非线性失真 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。 非线性失真系数非线性失真系数%100122okokVV其他性能指标其他性能指标 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