模拟电子技术 课件 第1章 绪论

第1章绪论1.1信号和电子系统1.2模拟电子技术课程特点及学习方法1.3电子电路的计算机辅助分析和设计软

件介绍1.1信号与电子系统1.1.1信号

信息：信息是指人类社会和自然界中需要传送、交换、存储和提取的抽象内容。信息具有抽象性，为了实现交换和传送，必须通过一定的表现形式将它表示出来。人们把表示信息的语言、文字、图像、数据等称为消息，而信息是消息之中赋予人们新知识与新概念的内容。信号：我们把声、光、电等运载消息的物理量称为信号。因此，信号就是表示消息的物理量，它是运载消息的工具，是消息的载体。在作为信号的众多物理量中。

电信号：电信号是指随时间变化而变化的电压u或电流i，在数学描述上可将其表示为时间t的函数，并可画出其随时间变化的波形。电子电路中的信号均为电信号，以下简称信号。电信号是应用最广泛的物理量，因为它容易产生、传输和控制，也容易实现与其他物理量的相互转换。因此，我们通常所指的信号主要是电信号。非电信号（如声音、压力、光强、流量、速度等）可以通过各种传感器较容易地转换成电信号。1.1.2模拟信号和数字信号

对信号的分类方法很多，按数学关系、取值特征、能量功率、处理分析、所具有的时间函数特性、取值是否为实数等，可以分为确定性信号和非确定性信号（又称随机信号）、连续信号和离散信号（模拟信号和数字信号）、能量信号和功率信号、时域信号和频域信号、时限信号和频限信号、实信号和复信号等。电子电路中主要讨论的是模拟信号和数字信号。

（1）模拟信号：是指信号波形模拟了信息的实际变化过程，其主要特征是信号幅值（u或i）随时间t是连续变化的，可以取无限多个值。例如，正弦波信号、三角波信号等，都是典型的模拟信号，图1-1（a）所示也是典型的模拟信号。自然界中很多信号都具有连续变化的特征，如气温变化、人发出的声音等。

传输、处理模拟信号的电路称为模拟电路。模拟电路中主要关注输入与输出信号间的大小、相位、失真等方面的问题。

电子系统中一般均含有模拟和数字两种构件。模拟电路是系统中必需的组成部分。但是，为了便于存储、分析或传输信号，数字电路更具优越性。图1-1（a）模拟信号

（2）数字信号:是指时间和数值上都不连续变化的信号，即数字信号具有离散性，如图1-1（b）所示。交通信号灯控制电路、智力竞赛抢答电路，以及计算机键盘输入电路中的信号都是数字信号。对数字信号进行传输、处理的电路称为数字电路。数字电路中主要关注输入、输出之间的逻辑关系。

大多数物理量经传感器转换后都成为模拟信号，且如今的自动化控制系统都是以计算机为核心的电路系统，计算机内部是典型的数字化电路，因此，首先需要对模拟信号进行数字化处理，将其转换为计算机能够识别的数字信号，经计算机处理后的信号，通常还要转换为能够驱动负载的模拟信号。图1-1（b）数字信号

1.1.3电子系统

1.电子系统的组成

用不同种类、不同功能的电路构成具有特定功能的仪器、设备，这样的系统称为电子系统。

图1-2所示为典型的电子系统组成示意图。它是模拟-数字混合系统，信号的提取、预处理、加工、驱动与执行由模拟电路完成，计算机或其他数字系统由数字电路组成，A/D转换、D/A转换为模拟电路和数字电路提供了接口。图1-2电子系统的组成示意图

系统首先采集信号，即进行信号的提取。通常，这些信号来自用于测试各种物理量的传感器、接收器，或者来自信号发生器。对于实际系统，传感器或接收器所提供的信号的幅值往往很小，噪声很大，且易受干扰，有时甚至分不清哪些是有用信号，哪些是干扰或噪声。因此，在加工信号之前，需对其进行预处理。进行信号的预处理时，要根据实际情况利用隔离、滤波、阻抗变换等各种手段将信号提取出来并进行放大。当信号足够大时，再进行信号的运算、转换、比较等不同的加工。最后，还要经过功率放大，以驱动执行机构（负载）。若要进行数字化处理，则首先通过A/D转换电路将预处理后的模拟信号转换为数字信号，输入计算机或其他数字系统，处理后，再经D/A转换电路将数字信号转换为模拟信号，以便驱动负载。图1-2电子系统的组成示意图

【补充】：常见电子系统举例

图1收音机系统结构图例1：下图所示为收音机系统的原理结构框图。例2：下图所示为一个自动检测系统的原理示意图。图2自动检测系统2.电子系统中的模拟电路

从对信号的分析可知，对模拟信号最基本的处理是放大，而且放大电路是构成各种功能不同的模拟电路的基本电路。图1-3所示为电子系统中常用的模拟电路及其功能。（1）放大电路：用于电压、电流或功率信号的放大。（2）整流电路：可将双向变化的正弦信号变为单向脉动直流信号。（3）滤波电路：用于对不同频率信号的提取、变换或抗干扰。*（4）运算电路：完成信号的比例、加、减、乘、除、积分、微分、对数、指数等运算。（此功能电路图1-3中没有画出）

图1-3常用的模拟电路及其功能

（5）信号变换电路：改变信号的变化规律，将电流与电压信号进行相互转换，将直流与交流信号进行相互转换，将直流电压转换成与之成比例的频率等。（6）信号发生电路（振荡电路）：用于产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波等。（7）取样电路：将随时间连续变化的模拟信号变成离散信号。（8）直流电源电路：将220V、50Hz交流电转换成不同输出电压和电流的直流电，作为各种电子电路的供电电源。图1-3常用的模拟电路及其功能

复习思考题

1.1.1自然界中采集到的信号都是

信号，若想进入电路进行处理，必须通过各种

将其转换为

信号。

1.1.2电信号通常是指随时间变化的

或

，分别用字母

和

表示。

1.1.3

在时间上和幅值上均是连续的电信号称为

信号；在时间上和幅值上均是离散的电信号称为

信号。

1.1.4

通过傅里叶变换可以实现信号从

域到

域的变换。1.2模拟电子技术课程特点及学习方法1.2.1模拟电子技术课程特点1．工程性

在模拟电子技术课程中，需学会从工程的角度思考和处理问题。

（1）实际工程需要证明其可行性。本课程特别重视电子电路的定性分析，因为定性分析就是对电路是否能够满足功能性能要求的可行性分析。

（2）实际工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，因而称这种计算为“近似估算”。若确实需要精确求解，可借助于各种EDA软件。

（3）近似分析要“合理”。在估算必须要考虑“研究的是什么问题、在什么条件下、哪些参数别忽略不计及忽略的原因”。也就是说，近似要有道理。

（4）估算不同的参数需采用不同的模型。不同的条件、解决不同的问题，应构造不同的等效模型。2．实践性

实用的模拟电子电路几乎都要通过调试才能达到预期的指标，掌握常用电子仪器的使用方法、模拟电子电路的测试方法、故障的判断和排除方法、仿真方法是教学基本要求。了解各元器件参数对电路性能的影响是正确调适的前提，而对所测试电路原理是正确判断和排除故障的基础，掌握一种仿真软件是提高分析问题、解决问题能力的必要手段。1.2.2模拟电子技术课程的学习方法

模拟电子技术具有很强的工程性和实践性，而且课程本身概念多，理论性强，原理抽象，在学习时需要根据课程特点，采取有效的学习方法。

1．抓基本概念

学习模拟电子技术，理解是关键，这就要从基本概念抓起。基本概念的定义是不变的，要先知其意，后灵活应用。基本概念是进行分析和计算的前提，要学会定性分析，务必防止用所谓的严密数学推导掩盖问题的物理本质。在掌握基本概念、基本电路的基础上还应掌握基本分析方法。不同类型的电路具有不同的功能，需用不同的参数和不同的方法描述，而不同的参数有不同的求解方法。基本分析方法包括电路的识别方法、性能指标的估算方法和描述方法、电路形式及参数的选择方法等。

2．抓规律，抓相互联系

电子线路内容繁多，总结规律十分重要。要抓住问题是如何提出的，有什么矛盾，如何解决，然后进一步改进。在每一章都有其基本电路，掌握这些电路是学好该课程的关键。某种基本电路通常不是指某一个电路，而是指具有同样功能和结构特征的所有电路。掌握它们至少应了解其产生背景、结构特点、性能特点及改进之处。3．理论联系实际

电子线路是实践性很强的学科，一方面要注意理论联系实际，另一方面要多接触实际。在可能的条件下，多做些实验，这样不仅便于掌握理论知识，而且能提高解决问题的能力。4．自我检查

在认真阅读教材的基础上，对照每章思考题与习题，检验学习效果，若是抱着完成任务的观点，为做习题而做习题是达不到预期效果的。复习思考题1.2.1模拟电子技术作为一门专业基础课程，其区别于数学、物理、电路分析等课程的最大特点是模拟电子技术课程具有很强的

性和

性。

随着电子计算机技术的发展，模拟电路中的电路分析、数字电路中的逻辑模拟，甚至是印制电路板、集成电路版图等都开始采用计算机辅助工具来加快设计效率，提高设计成功率。而大规模集成电路的发展，使得原始的设计方法无论是从效率上还是从设计精度上已经无法适应当前电子工业的要求，所以采用计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）来完成电路的设计已经势在必行。同时，计算机以及适合计算机系统的电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation，EDA）软件的迅速发展，使得CAD技术逐渐成为提高电路设计速度和质量的不可缺少的重要工具。EDA技术自20世纪70年代开始发展，其标志是美国加利福尼亚大学伯克利分校开发的SPICE于1972年研制成功，并于1975年推出实用化版本。当时，EDA技术仅适用于模拟电路的分析，而且只能用程序的方式输入。此后，在扩充电路分析功能、改进和完善算法、增加元器件模型库、改进用户界面等方面做了很多实用性的工作，使之成为享有盛誉的电子电路辅助设计工具，1988年被定为美国国家工业标准。与此同时，各种以SPICE为核心的商用仿真软件应运而生，常用的有PSpice和Multisim。1.3电子电路的计算机辅助分析和设计软件PSpice是较早出现的EDA软件之一，1985年就由Microsim公司推出。在电路仿真方面，它的功能非常强大，在国内被普遍使用，现在使用较多的是PSpice 9.1版本，其工作于Windows环境，整个软件由电路原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成，使用时是一个整体，但各个部分有独立的窗口。PSpice软件具有强大的电路原理图绘制、电路模拟仿真、图形后处理和元器件符号制作功能。该软件以图形方式输入，自动进行电路检查，生成网表，模拟和计算电路；用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电路、信号与电子系统等课程的计算机辅助教学；与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化。这些特点使得PSpice受到广大电子设计工作者、科研人员和高校师生的热烈欢迎，国内许多高校已将其列入电子类本科生和硕士生的辅修课程。1.3.1PSpice

EWB（ElectronicsWorkbench）是基于PC平台的电子设计软件，它提供了一个功能全面的SPICE仿真系统，支持模拟和数字混合电路的分析和设计，创造了集成的一体化设计环境，把电路原理图的输入、仿真和分析紧密结合起来。系统将SPICE仿真器完全集成在电路原理图输入和测试器等工具之中。与其他Windows环境下的系统软件类似，它具有图形化界面，提供按钮式的工具栏，各个菜单中各个选项的物理意义一目了然。在输入电路原理图时，自动将其编辑成网络表传送到仿真器中，加快了建立和管理的时间。在仿真过程中，若改变设计，将会立刻获得该变化所带来的影响，实现了交互式的设计和仿真。Multisim是EWB的升级版本，它是加拿大InteractiveImageTechnologies公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟-数字电路设计工作。它包含电路原理图的图形输入方式和电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim被美国NI公司收购以后，其性能得到了更大的提升。1.3.2Muitisim

使用Multisim可以交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进