模擬電子技術(shù)緒論

1、普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材（高職高專教育）（高職高專教育）高等教育出版社 自英國物理學(xué)家麥克斯韋（J.C.Maxwell）1865年發(fā)表了第一篇有關(guān)電磁場的論文和德國物理學(xué)家赫茲（H.R.Hertz）1887年用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在，一門新興的學(xué)科無線電電子學(xué)（簡稱電子學(xué)）就誕生了。 在短短的一個多世紀(jì)內(nèi)，電子學(xué)得到迅速發(fā)展，作為研究和應(yīng)用電子學(xué)的電子技術(shù)也突飛猛進(jìn)地發(fā)展。 一、電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用概況一、電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用概況 電子技術(shù)是研究電子器件、電子電路及其應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。 電子技術(shù)以影響面廣、滲透力強(qiáng)、發(fā)展速度快生命力強(qiáng)而引人注目，它的應(yīng)

2、用日益廣泛。 人們熟知的通信、廣播、電視、計(jì)算機(jī)、自動化設(shè)備、醫(yī)療電子設(shè)備、人造衛(wèi)星、宇宙航行、新型武器及家用電器等都與電子技術(shù)緊密相連。 各種電子設(shè)備都是由電子線路構(gòu)成的。 電子線路是由電子器件（又稱有源器件，如電子管、半導(dǎo)體二極管、晶體管、集成電路等）和電子元件（又稱無源器件，如電阻器、電容器、電感器、變壓器等）組成的具有一定功能的電路。 電子器件是電子線路的核心。電子器件的發(fā)展促進(jìn)了電子技術(shù)的發(fā)展；同時，生產(chǎn)力和科技進(jìn)步對電子技術(shù)的新要求，又促進(jìn)了電子器件的改進(jìn)和新型器件的發(fā)明。 1904年電子管的發(fā)明，使電子技術(shù)進(jìn)入了第一個時代電子管時代。從此，無線電通信、電視、廣播、雷達(dá)、導(dǎo)航電子設(shè)

3、備和計(jì)算機(jī)等開始問世，并得到迅速發(fā)展。 1948年貝爾（Bell）實(shí)驗(yàn)室發(fā)明晶體管后，使電子技術(shù)進(jìn)入晶體管時代，拉開了人類社會步入信息時代的序幕。晶體管的廣泛應(yīng)用，開創(chuàng)了電子設(shè)備朝小型化、微型化發(fā)展的新局面。 1958年，德克薩斯儀器公司發(fā)明了集成電路，使電子技術(shù)進(jìn)入集成電路時代。它的出現(xiàn)打破了由電子管、晶體管等獨(dú)立電子器件和元件構(gòu)成的分立元件電路的傳統(tǒng)觀念，使電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用有了新的突破。 集成電路芯片是通過一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無源器件，按照一定的電路互連，“集成”在一塊半導(dǎo)體單晶片上，實(shí)現(xiàn)特定的電路或系統(tǒng)功能。它具有外接元件少、可靠性高、便于安

4、裝與調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。 集成電路發(fā)明者集成電路發(fā)明者: :杰克杰克基爾比基爾比 杰克基爾比在這本筆記本里記下了他關(guān)于第一塊集成電路的成功構(gòu)思。 集成電路的集成度以年增長率46%的速率持續(xù)發(fā)展，而產(chǎn)品價格卻直線下降，因而應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。集成電路已從20世紀(jì)6070年代的小、中規(guī)模進(jìn)入8090年代的大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。當(dāng)前已進(jìn)入系統(tǒng)集成芯片（SOC-System On Chip）的時代，可將整個系統(tǒng)或子系統(tǒng)集成在一個硅芯片上。 SoC：系統(tǒng)芯片：系統(tǒng)芯片 進(jìn)一步發(fā)展，可以特種物理的、化學(xué)的和生物的敏感器（完成信息獲取功能）和執(zhí)行器與信息處理系統(tǒng)集成在一起，從而完成信息獲取、處理、存貯、傳輸?shù)綀?zhí)行

5、的系統(tǒng)功能，這是一個更廣義上的系統(tǒng)集成芯片。 可以認(rèn)為這是電子技術(shù)又一次革命性變革。它已如同細(xì)胞組成人體一樣，成為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、國防裝備和家庭耐用消費(fèi)品的細(xì)胞。 2000年以集成電路為基礎(chǔ)的電子信息產(chǎn)業(yè)已成為世界第一大產(chǎn)業(yè)。電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有十分重要的戰(zhàn)略意義。 現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的數(shù)據(jù)表明，GDP每增長100元，需要10元左右電子工業(yè)產(chǎn)值和13元集成電路產(chǎn)值的支持。 幾乎所有的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)只要與電子技術(shù)結(jié)合，用集成電路進(jìn)行智能改造，就會使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)重新煥發(fā)青春，例如汽車的電子化導(dǎo)致汽車工業(yè)的革命，目前先進(jìn)的現(xiàn)代化的汽車，電子裝備已占其總成本的70%。 進(jìn)入信息化社會，集成電路

6、成為武器的一個組成單元，于是電子戰(zhàn)、智能武器應(yīng)運(yùn)而生。雷達(dá)的精確定位和導(dǎo)航，戰(zhàn)略導(dǎo)彈的減重增程，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)，巡航導(dǎo)彈的圖形識別與匹配，以及各類衛(wèi)星的有效載荷和壽命的提高等等，其核心技術(shù)都是微電子技術(shù)。 最近美國工程技術(shù)界評出20世紀(jì)世界最偉大工程技術(shù)成就的第5項(xiàng)電子技術(shù)時談到，“從真空管到半導(dǎo)體、集成電路已成為各行各業(yè)智能工作的基石?！?由于集成電路的原料是硅，它改變著社會的生產(chǎn)方式和人們的生活方式，不僅成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，而且正在創(chuàng)造著代表著信息時代硅文化（Silicon Culture），因此有科學(xué)家認(rèn)為人類繼石器、青銅器、鐵器時代之后進(jìn)入硅石時代。 我國目前屬于集成電路

7、消費(fèi)大國，2005年集成電路進(jìn)口額為788.2億美元，居貿(mào)易逆差的榜首，差額為650.7億美元。 到2010年前后，我國將逐步成為集成電路生產(chǎn)大國，中國將成為世界集成電路生產(chǎn)工廠。2005年中國集成電路市場總額為3803億元，占世界市場24，成為世界第一市場，預(yù)計(jì)到2010年將擴(kuò)大到7000億元。 到20202050年中國將成為集成電路產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國，世界將成為中國集成電路的市場。 二、課程的性質(zhì)和任務(wù)二、課程的性質(zhì)和任務(wù) 本課程是高等職業(yè)教育電子信息類專業(yè)通用的技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是實(shí)踐性較強(qiáng)的一門主干課程。在本專業(yè)人才培養(yǎng)過程中具有重要的地位和作用。 通過理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生獲

8、得電子元器件和功能電路及其應(yīng)用的基本知識，掌握電子技術(shù)基本技能，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力，以適應(yīng)電子技術(shù)發(fā)展的形勢,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和形成職業(yè)能力打好基礎(chǔ)。 通過教學(xué)使學(xué)生獲得以下知識和能力：通過教學(xué)使學(xué)生獲得以下知識和能力： （1）熟悉常用電子元器件的性能特點(diǎn)及其應(yīng)用常識，具有查閱手冊、合理選用、測試常用電子元器件的能力。 （2）掌握常見功能電路的組成、工作原理、性能特點(diǎn)及其分析計(jì)算方法，具有常見低頻電路讀圖能力。（3）熟悉常見電路的調(diào)試方法，具有電路簡單故障分析、排除能力。 三、課程特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法三、課程特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法 本課程是研究模擬電路（低頻部分）及其應(yīng)用的課程。 模擬信號是時間上和

9、數(shù)值上都是連續(xù)的信號，它能模擬真實(shí)世界的物理量（如聲音、溫度、壓力等等）的電壓或電流，它的變化是連續(xù)的和平滑的。 模擬電路則是產(chǎn)生和處理模擬信號的電路。 相對應(yīng)的在時間上和數(shù)值上都是斷續(xù)的信號稱為數(shù)字信號，數(shù)字電路則是產(chǎn)生和處理信號的電路。 數(shù)字電路的知識學(xué)習(xí)由數(shù)字電子技術(shù)課程完成。 電子產(chǎn)品大多是由一些模擬電路或者數(shù)字模擬電路混合組裝而成的。 所謂模擬電子設(shè)備，一般是由低頻電子電路組合而成的模擬系統(tǒng)。 日常接觸到的許多電子設(shè)備和儀器，如擴(kuò)音器、錄音機(jī)、溫度控制裝置、示波器以及附錄B中所介紹的模擬電子報警器等等，都是模擬電子設(shè)備。它們在國民經(jīng)濟(jì)、上層建筑直至人們的日常生活中，發(fā)揮著作用。 例如

10、可燃?xì)怏w報警器，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度超過標(biāo)準(zhǔn)時，能發(fā)出聲光報警，以采取措施，保證安全。雖然它們的性能、用途各有不同，但就其電子電路部分而言，可以說都是由一些基本單元電路組成的，其基本結(jié)構(gòu)方面有著共同的特點(diǎn)。 一般來說，典型的模擬電子設(shè)備由3個組成部分：一是傳感器件部分；二是信號放大和變換電路部分，三是執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。圖0.1所示為典型模擬電子設(shè)備的方框圖。 傳感器件信號放大與變換執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖0.1 模擬電子設(shè)備組成框圖 1傳感器件 傳感器件主要用來把非電信息轉(zhuǎn)換為電信號，例如話筒、磁頭、熱敏器件、氣敏器件等。例如附錄B中的可燃?xì)怏w報警器、煙霧報警器中的傳感器，紅外報警器中的熱釋電傳感器等。2信號放大與變

11、換 從傳感器件送來的電信號，一般是比較微弱的，有的信號波形也不符合要求，往往不能直接推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常工作，必須將這種信號加以放大或變換，再傳送給執(zhí)行結(jié)構(gòu)。例如紅外報警器的熱釋電傳感器需經(jīng)兩級放大；可燃?xì)怏w報警器需經(jīng)過比較器、發(fā)光二極管驅(qū)動電路、振蕩器等送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 3執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)則是把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，以便完成人們所需要的功能。例如報警器中的發(fā)光二極管、揚(yáng)聲器等。 本課程有著下列與其他課程不同的特點(diǎn)和分析方法。 （1）近似估算的方法 半導(dǎo)體器件的物理特性十分復(fù)雜，需要進(jìn)行十分復(fù)雜的分析，且其性能參數(shù)有很大的不同。且電子元件的允許誤差范圍較寬，如電阻器、電容器允許誤差：級為5%，

12、級為10%，III級為20%，同一類標(biāo)稱值的元器件有著較大的變化范圍。 同時，在實(shí)際電路中存在著各種寄生參數(shù)的影響如分布電容、分布電感等。 因此，在模擬電路的分析過程中，要從實(shí)際情況出發(fā)，突出主要矛盾，忽略次要因素，采用工程經(jīng)驗(yàn)公式，采用近似估算的方法。 如果不采用近似估算的方法，片面追求數(shù)字上的“嚴(yán)密”，勢必使問題復(fù)雜化，甚至無從解決。 （2）等效的方法 由于電子電路中含有非線性的電子器件，為使問題簡單便捷地得以解決，在一定的條件下，常將非線性電路等效為線性電路，再用電路分析基礎(chǔ)中線性電路的分析方法進(jìn)行分析。 （3）圖解的方法 伏安特性曲線能準(zhǔn)確地反映非線性半導(dǎo)體器件的性能，在非線性的器件和

13、線性元器件（特性曲線為直線）組成的電子電路中，用伏安特性曲線（圖）代替元器件，用圖解的方法直觀地進(jìn)行分析，以確定電子電路的工作狀態(tài)或研究電路特性和變化趨勢。 （4）實(shí)驗(yàn)調(diào)整的方法 由于實(shí)際電子器件性能參數(shù)的分散性和寄生因素的影響，不能單靠理論分析來解決問題，電子電路一般需要經(jīng)過調(diào)整才能投入實(shí)際應(yīng)用。 因而在本課程學(xué)習(xí)過程中，要根據(jù)課程特點(diǎn)進(jìn)行，并注意以下問題。 第一，提高對本課程重要性的認(rèn)識，努力學(xué)習(xí)。 本課程在本專業(yè)人才培養(yǎng)過程中具有十分重要的地位和作用： 本課程要為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，要為學(xué)生走上工作崗位后 再學(xué)習(xí)能力的形成打好基礎(chǔ)； 本課程是為培養(yǎng)學(xué)生的電子技術(shù)應(yīng)用能力服務(wù)的，電子技

14、術(shù)應(yīng)用能力是電子信息專業(yè)人才的能力主線之一； 本課程所學(xué)的元器件和基本電路在工程技術(shù)實(shí)踐中具有廣泛的實(shí)用價值，學(xué)好它，直接為形成專業(yè)能力適應(yīng)工作崗位要求服務(wù)； 本課程所學(xué)知識，是就業(yè)應(yīng)聘面試或測驗(yàn)的主要內(nèi)容之一。本課程是電類專業(yè)的主干課程，應(yīng)提高認(rèn)識，認(rèn)真學(xué)習(xí)。 第二，理論聯(lián)系實(shí)際，重視實(shí)踐動手能力培養(yǎng)。 學(xué)習(xí)的目的在于應(yīng)用，理論教學(xué)要為培養(yǎng)電子技術(shù)能力服務(wù)。 本課程是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際顯得尤為重要。 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)如電子線路實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等是培養(yǎng)能力、實(shí)現(xiàn)知識向能力轉(zhuǎn)化的重要途徑。 能力的培養(yǎng)對學(xué)生十分重要，具有較強(qiáng)的實(shí)踐動手能力是電子信息類高職人才在社會上立足的必備條件之一。