模拟电路第1章

1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础4 场效应管放大电路场效应管放大电路2 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路1 绪论绪论3 半导体三极管及放大电路基础半导体三极管及放大电路基础5 功率放大电路功率放大电路6 集成电路运算放大器集成电路运算放大器7 反馈放大电路反馈放大电路8 信号的运算与处理电路信号的运算与处理电路9 信号产生电路信号产生电路10 直流稳压电源直流稳压电源电子技术的发展电子技术的发展 电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之“无无 孔不入孔不入”，应用广泛！，应用广泛！ 广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电

2、广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电 话、手机话、手机 网络：路由器、网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器交换机、收发器、调制解调器 工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床 交通：飞机、火车、轮船、汽车交通：飞机、火车、轮船、汽车 军事：雷达、电子导航军事：雷达、电子导航 航空航天：卫星定位、监测航空航天：卫星定位、监测 医学：医学：刀、刀、CT、B超、微创手术超、微创手术 消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照 相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统相机、

3、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统 电子技术的发展很大程度上反映在元器件的电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展上。从电子管发展上。从电子管半导体管半导体管集成电路集成电路 半导体元器件的发展半导体元器件的发展 1947年贝尔实验室制成第一只晶体管年贝尔实验室制成第一只晶体管 1958年集成电路年集成电路 1969年大规模集成电路年大规模集成电路 1975年超大规模集成电路年超大规模集成电路 第一片集成电路只有第一片集成电路只有4个晶体管，而个晶体管，而1997年一片集成电路中有年一片集成电路中有40亿个晶体管。有亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按科学家预测，集成度还将按10倍倍

4、/6年的年的速度增长，到速度增长，到2015或或2020年达到饱和。年达到饱和。 第一只晶体管的发明者第一只晶体管的发明者 （by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab） 他们在他们在1947年年11月底发月底发明了晶体管，并在明了晶体管，并在12月月16日正式宣布日正式宣布“晶体管晶体管”诞生。诞生。1956年获诺贝尔年获诺贝尔物理学奖。巴因所做的物理学奖。巴因所做的超导研究于超导研究于1972 年第二年第二次获得诺贝尔物理学奖。次获得诺贝尔物理学奖。 第一个集成电路及其发明者第一个集成电路及其发明者

5、 （Jack Kilby from TI ） 1958年年9月月12日，在德州仪器公日，在德州仪器公司的实验室里，实现了把电子司的实验室里，实现了把电子器件集成器件集成 在一块半导体材料上在一块半导体材料上的构想。的构想。42年以后，年以后，2000年获年获诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。“为现代信为现代信息技术奠定了基础息技术奠定了基础”。如何学习这门课程如何学习这门课程 1. 掌握基本概念、基本电路和基本分析方法掌握基本概念、基本电路和基本分析方法 基本概念：概念是不变的，应用是灵活的，基本概念：概念是不变的，应用是灵活的， “万变不离其万变不离其宗宗”。 基本电路：构成的原则是不变的，具

6、体电路是多种多样的。基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种多样的。 基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标和描述方基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标和描述方法，因而有不同的分析方法。法，因而有不同的分析方法。 2. 注意定性分析和近似分析的重要性注意定性分析和近似分析的重要性 3. 学会辩证、全面地分析电子电路中的问题学会辩证、全面地分析电子电路中的问题 根据需求，最适用的电路才是最好的电路。根据需求，最适用的电路才是最好的电路。 要研究利弊关系，通常要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊有一利必有一弊”。 4. 注意电路中常用定理在电子电路中的应用注意电路中常用定理在电子

7、电路中的应用1.1 电子系统与信号电子系统与信号1.2 放大电路的基本知识放大电路的基本知识 信号信号 电信号源的电路表达形式电信号源的电路表达形式 1.1.1 电子系统电子系统 1.1.2 信号及其频谱信号及其频谱 1.1.3 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号 电信号的时域与频域表示电信号的时域与频域表示1.1 电子系统与信号电子系统与信号 1.1.1 电子系统电子系统 由若干相互联接，相互作用的基本电路组成的，具由若干相互联接，相互作用的基本电路组成的，具有特定功能的电路整体，称为电子系统。有特定功能的电路整体，称为电子系统。 1.1.1 电子系统电子系统1. 信号：信号： 信息的载体

8、信息的载体温度波动曲线温度波动曲线T/2 200.52 200.02 199.501080706050403020t/s 1.1.2 信号及其频谱信号及其频谱2. 电信号源的电路表达形式电信号源的电路表达形式电电子子系系统统RS+ +-VS电压源等效电路电压源等效电路电流源等效电路电流源等效电路电电子子系系统统RSISSSSRVI 1.1.2 信号及其频谱信号及其频谱戴戴维维宁宁诺诺顿顿转换转换3. 电信的时域与频域表示电信的时域与频域表示A A. 正弦信号正弦信号)sin()(0m tVtv时域时域O tVmVm fT = =fT 2200 OVm 频域频域 1.1.2 信号及其频谱信号及其

9、频谱3. 电信的时域与频域表示电信的时域与频域表示 1.1.2 信号及其频谱信号及其频谱B B. 方波信号方波信号)5sin513sin31(sin22)(000SS tttVVtv T 20 时域时域O 0T = t Vs频域频域O2Vs VsVs 2Vs 2Vs 满足狄利克雷条件，展开成满足狄利克雷条件，展开成傅里叶级数傅里叶级数2SV直流分量直流分量其中其中 SV2基波分量基波分量312 SV三次谐波分量三次谐波分量频谱：将一个信号分解为正弦信频谱：将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值号的集合，得到其正弦信号幅值随角频率变化的分布，称为该信随角频率变化的分布，称为该信号的频

10、谱。号的频谱。3. 电信的时域与频域表示电信的时域与频域表示 1.1.2 信号及其频谱信号及其频谱C C. 非周期信号非周期信号傅里叶变换：傅里叶变换： 通过快速傅里叶变换（通过快速傅里叶变换（FFT）可迅速求出非周期信号的频谱函可迅速求出非周期信号的频谱函数。数。)0( 非周期信号包含了所有可能的非周期信号包含了所有可能的频率成分频率成分离散频率函数离散频率函数周期信号周期信号连续频率函数连续频率函数非周期信号非周期信号频域频域O T/ c时域时域T/2 200.52 200.02 199.501080706050403020t/s 1.1.3 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号处理模拟信

11、号的电子电路称为模拟电路。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。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：在时间和幅值上都是离散的信号。end1.2 放大电路的基本知识放大电路的基本知识 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻 电压放大模型电压放大模型 电流放大模型电流放大模型 1.2.1 模拟信号的放大模拟信号的放大 1.2.2 放大电路模型放大电路模型 1.2.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 增益增益 互阻放大模型互阻放大模型 互导放大模型互导放大模型 隔离放大电路模型隔离放大电路模型 频率

12、响应及带宽频率响应及带宽 非线性失真非线性失真 1.2.1 模拟信号的放大模拟信号的放大电压增益（电压放大倍数）电压增益（电压放大倍数）Rs放大电路放大电路IoIi+Vo+Vs+ViRLioVVAV 电流增益电流增益ioIIAI 互阻增益互阻增益)(io IVAR互导增益互导增益)S(ioVIAG 信号源信号源负载负载 1.2.2 放大电路模型放大电路模型 放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。Rs放大电路放大电路IoIi+Vo+Vs+ViRL信号源信号

13、源负载负载F 输入端口特性可以等效为一个输入电阻输入端口特性可以等效为一个输入电阻F 输出端口可以根据不同情况等效成不同的电路形式输出端口可以根据不同情况等效成不同的电路形式 1.2.2 放大电路模型放大电路模型负载开路时的负载开路时的 电压增益电压增益1. 电压放大模型电压放大模型Rs+Vi+Vo+RLVsRs+VsVi+Vo+RiRLRs+VsVi+Vo+RiRLViAVORs+VsVi+RoVo+RiRLViAVOOVAiR输入电阻输入电阻oR输出电阻输出电阻由输出回路得由输出回路得LoLiOoRRRVAVV 则电压增益为则电压增益为ioVVAV LoLORRRAV 由此可见由此可见 L

14、R VA即负载的大小会影响增益的大小即负载的大小会影响增益的大小要想减小负载的影响，则希望要想减小负载的影响，则希望？ （考虑改变放大电路的参数）（考虑改变放大电路的参数）LoRR 理想情况理想情况0o R 1.2.2 放大电路模型放大电路模型 另一方面，考虑另一方面，考虑到输入回路对信号源到输入回路对信号源的衰减的衰减Rs+VsVi+RoVo+RiRLViAVOsiRR 理想理想有有sisiiVRRRV 要想减小衰减，则希望要想减小衰减，则希望？ iRRs放大电路放大电路IoIi+Vo+Vs+ViRLRs+VsVi+RoVo+RiRLViAVO电 压 放 大 模电 压 放 大 模型型电 流

15、放 大 模电 流 放 大 模型型 1.2.2 放大电路模型放大电路模型 关心输出电关心输出电流与输入电流的流与输入电流的关系关系2. 电流放大模型电流放大模型 1.2.2 放大电路模型放大电路模型负载短路时的负载短路时的 电流增益电流增益2. 电流放大模型电流放大模型ISA由输出回路得由输出回路得LooioRRRIAIIS 则电流增益为则电流增益为ioIIAI LooRRRAIS 由此可见由此可见 LR IA要想减小负载的影响，则希望要想减小负载的影响，则希望？LoRR 理想情况理想情况 oR由输入回路得由输入回路得isssiRRRII 要想减小对信号源的衰减，则希望要想减小对信号源的衰减，则

16、希望？siRR 理想理想0i R 1.2.2 放大电路模型放大电路模型3. 互阻放大模型（自看）互阻放大模型（自看）输入输出回路没有公共端输入输出回路没有公共端4. 互导放大模型（自看）互导放大模型（自看）5. 隔离放大电路模型隔离放大电路模型Ro+RiViAVOV o+Vi+ 1.2.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1. 输入电阻输入电阻iiiIVR Rs+VsVi+RiIi放放大大电电路路 1.2.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标2. 输出电阻输出电阻iOoVAVV RoVo+RLViAVO放放大大电电路路Ro+ViAVO放放大大电电路路+VoLoLiOoR

17、RRVAVV 所以所以LLoooRRVVR 放大电路放大电路IT+VTRo+Vs=0另一方法另一方法0TTos VIVR注意：输入、输出电阻为交流电阻注意：输入、输出电阻为交流电阻 1.2.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标3. 增益增益 反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量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转换为输出信号能量的能力其中其中)dB(lg20VA 电电压压增增益益 “ “甲放大电路的增益为甲放大电路的增益为-20-20倍倍”和和“乙放大电路的增益为乙放大电路的增益为-20dB”-20dB”，问哪个电路的增益大？问哪个电路的增

18、益大？四种增益四种增益ioVVAV ioIIAI ioIVAR ioVIAG IVAA、常用分贝（常用分贝（dBdB）表示）表示)dB(lg20IA 电流增益电流增益)dB(lg10PA 功率增益功率增益A.A.频率响应及带宽频率响应及带宽 电压增益可表示为电压增益可表示为)()()(io jVjVjAV 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。响应，称为放大电路的频率响应。Rs放大电路放大电路IoIi+Vo+Vs+ViRL)()()()(ioio jVjV或写为或写为)()( VVAA 4. 前面分析放大电路时前面分析放大电路时,输入信号都是以单一频率的正弦电输入信号都是以单一频率的正弦电压作为例子。在实际应用中信号通常包含许多频率分量，对不压作为例子。在实际应用中信号通常包含许多频率分量，对不同频率的分量，放大倍数不一定相同。同频率的分量，放大倍数不一定相同。B.B.频率失真（线性失真）频率失真（线性失真）幅度失真：幅度失真： 对不同频率的信号增对不同频率的信号增益不同，产生的失真。益不同，产生的失真。O t IO t O基波基波二次谐波二次谐波输入信号输入信号输出信号输出信号基波基波二次谐波二次谐波其中其中称称为为幅幅频频响响应应)()(