電子技術(shù)基礎(chǔ)緒論課件

1、1 緒論第一章 緒 論課程簡介： 1.課程性質(zhì)：模擬電子基礎(chǔ)是高等院校電氣、信息類專業(yè)知識平臺重要核心課程，是學(xué)生在電子技術(shù)入門階段的專業(yè)基礎(chǔ)課，工程實(shí)踐性很強(qiáng)。 2.課程內(nèi)容：模擬信號的產(chǎn)生、傳輸及處理方面的內(nèi)容。 3課程任務(wù)： 掌握模擬電子的基本概念、基本知識及基本分析方法。 第一章 緒 論前期課程：高等數(shù)學(xué)、物理、電路后續(xù)課程：數(shù)字電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)4.相關(guān)課程教材：電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分 第四版 康華光編 主要參考書： 1 、 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 問答.例題.試題陳大欽，華中科技大學(xué)出版社 2 、 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)童詩白，清華大學(xué)出版社 3 、 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)彭容修，武漢理工大出版社

2、5.教材及參考書關(guān)于學(xué)習(xí)方法的幾點(diǎn)建議1. 注意系統(tǒng)與電路、電路與器件的關(guān)系；以路為主2. 注意分析與綜合的關(guān)系；在弄懂基本原理和掌握基本分析方法上下功夫 注重物理概念； 對課后習(xí)題予以充分重視，獨(dú)立完成； 充分利用實(shí)驗(yàn)來消化、理解課程的理論內(nèi)容； 借助EDA軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)；3.注意工程上簡化分析的條件與處理方法；4. 注意理論與實(shí)踐相結(jié)合：難點(diǎn)：交流、直流疊加，工程分析方法5. 學(xué)習(xí)方法：認(rèn)真聽講、多做練習(xí) 教學(xué)內(nèi)容： 第一章 緒論 第二章 半導(dǎo)體二極管及其基本電路 第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ) 第四章 場效應(yīng)管放大電路 第五章 功率放大電路 第六章 集成電路運(yùn)算放大器 第七章 反饋

3、放大電路 第八章 信號的運(yùn)算與處理電路 第九章 信號產(chǎn)生電路 第十章 直流穩(wěn)壓電源2）電子電路分立元件電路集成電路3）電子電路的應(yīng)用：電子系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相結(jié)合， 應(yīng)用在生產(chǎn)、生活、科研等領(lǐng)域。1）電子器件: 二極管、三極管、(場效應(yīng)管)、運(yùn)算放大器等例如 VCD，即是一個電子系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相結(jié)合的 應(yīng)用實(shí)例。VCD激光傳感技術(shù)精密機(jī)械技術(shù)電控系統(tǒng)（電子系統(tǒng)）電子技術(shù)三個方面：1. 信號的表達(dá)方式2. 電阻的串并聯(lián)，電壓分壓，電流分流3. 戴維南定理及諾頓定理及其相互轉(zhuǎn)換4. 電路中的電位5. 受控電源6. 交、直流電路的計(jì)算問題7. KVL KCL對前面課程的要求第一章 緒 論 教學(xué)內(nèi)容: 信

4、號與電子系統(tǒng)的基本概念，以及信號的頻譜特性，討論了本書所涉及的各種信號的特點(diǎn)。同時還講述了模擬電路的基本單元電路放大器（模型）及其性能。 1.1 電子系統(tǒng)與信號1.2 放大電路的基本知識教學(xué)要求： 本章需要基本掌握各種信號的概念，對 于四種放大電路：電壓放大、電流放大、互 阻放大、和互導(dǎo)放大的電路分析要重點(diǎn)掌握。 學(xué)習(xí)前者的目的是為學(xué)習(xí)模擬電路與數(shù)字電路提供引導(dǎo)性的背景知識。 重點(diǎn)掌握1.2放大電路的基本知識，為學(xué)習(xí)本課程后續(xù)章節(jié)打下基礎(chǔ)。 1.1 電子系統(tǒng)與信號1.1.1電子系統(tǒng)所謂電子系統(tǒng)，就是由若干個相互關(guān)聯(lián)、相互作用的基本電子電路組成的電路整體稱為電子系統(tǒng)。電子系統(tǒng)的示意圖信號的提取信

5、號的(預(yù))處理信號的加工信號的執(zhí)行第一章 緒 論 例如：常見的VCD系統(tǒng)，在光盤上記錄的聲音和圖像信號，是通過激光傳感系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為電信號的，而光盤的同步旋轉(zhuǎn)和激光探頭的移動則是通過電子系統(tǒng)控制的精密機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。 可以看出，電子系統(tǒng)中主要是對信號進(jìn)行各種處理與變換。因此要對信號的表達(dá)與特性進(jìn)行了解。 在許多情況下，電子系統(tǒng)必須與其他物理系統(tǒng)相結(jié)合，才能構(gòu)成完整的實(shí)用系統(tǒng)。第一章 緒 論1.1.2信號及其頻譜1.信號：信號是信息的載體。 聲音信號是語言、音樂的載體。 圖象信號是圖象信息的載體。 2.信號源的等效電路 （1）大多數(shù)物理信號都需要通過傳感器轉(zhuǎn)變成電信號，從而用電子系統(tǒng)進(jìn)行處理。這時傳

6、感器相當(dāng)于電子系統(tǒng)的一個信號源。第一章 緒 論 電壓源等效電路與電流源等效電路互相轉(zhuǎn)換RsIsVsRsIs=Vs/Rs（2）信號源的等效電路第一章 緒 論3.信號的表達(dá)方式(1)正弦波與方波的時域表達(dá)方式 Vm是正弦波的幅值,為角頻率,為初始相角.當(dāng)Vm、 、 均為已知常數(shù)時，信號中就不再含有任何未知信息，是最簡單的信號。 正弦波信號經(jīng)常作為標(biāo)準(zhǔn)信號用來對模擬電子電路進(jìn)行測試。正弦波：方波：第一章 緒 論頻譜：將一個周期性信號分解為正弦信號的集合，得到其正弦信號幅值隨角頻率變化的分布，稱為信號的頻譜。頻譜圖：將上述頻譜用圖表示稱為頻譜圖。頻譜圖是周期函數(shù)的頻域表達(dá)方式。第一章 緒 論(2) 頻

7、域表達(dá)方式第一章 緒 論VsTVsVs/22Vs/2Vs/32Vs/5以方波為例 任意周期函數(shù)只要滿足狄利克雷條件都可以展開成傅里葉級數(shù)。其中周期信號頻譜的特點(diǎn)：離散性和衰減性4. 非周期信號的帶寬 運(yùn)用傅立葉變換可將非周期信號表達(dá)為一連續(xù)頻率函數(shù)形式的頻譜，它包含了所有可能的頻率（0）成分。 實(shí)際物理世界的各種非周期信號，隨角頻率上升到一定程度，其頻譜函數(shù)總趨勢是衰減的。當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)模ń刂菇穷l率）點(diǎn)把頻率高端截?cái)鄷r，并不過多的影響信號的特性。 通常把保留的部分稱為信號的帶寬。第一章 緒 論1.1.3 模擬信號和數(shù)字信號1.模擬信號： 在時間上和幅值上都是連續(xù)信號。其數(shù)量在一定范圍內(nèi)可能取任意

8、值。處理模擬信號的電路稱為模擬電路。2.數(shù)字信號： 在時間上和數(shù)量上都是離散的信號。這些量的變化在時間上不連續(xù)，總發(fā)生在一系列離散的瞬間。這些量的變化在數(shù)量上不連續(xù)，是某個最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，小于這個某個最小數(shù)量數(shù)值沒有物理意義。第一章 緒 論1.2 放大電路的基本知識放大電路的作用：放大電信號、構(gòu)成其他模擬電路1.2.1 模擬信號的放大1.放大電路的表示方法：第一章 緒 論2.四種放大電路： 在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)放大電路輸入信號和輸出信號的要求，將放大電路分成以下四種： （1）電壓放大電路： o= Vi （2）電流放大電路： o= Ii （3）互阻放大電路： o= Ri （4）互導(dǎo)放大電路：

9、 o = Gi第一章 緒 論1.2.2 放大電路的模型（1）模型：虛線框內(nèi)部分，表示了電壓放大的含義，而 開路輸出電壓受輸入電壓的控制。（2）輸出電壓：Uo=AVoUi RL/(RL+R0 )1.電壓放大電路的模型第一章 緒 論外電路RsUs+-RiR0RL+-AV0Ui外電路模型+U0()電壓增益：AV=Uo/Ui=AVoRL /(RL+R0) AV的恒定性受到RL變化的影響，隨RL的減小而降低，這就要求在電路設(shè)計(jì)時努力使R0RL，以盡量減少信號的衰減。理想電壓放大電路R0=0。 ()源電壓增益：AVs=U0/Us=U0/Ui*Ui/Us=AVoRL/(RL+R0 )*Ri/(Rs+Ri)

10、為了提高源電壓增益，應(yīng)盡量減小R0，盡量增大Ri以使RiRS，理想電壓放大電路Ri=。()結(jié)論：電壓放大電路適用于信號源內(nèi)阻RS較小而負(fù)載Rl較大的場合。第一章 緒 論（）模型： AIs是輸出短路時的電流增益，與電壓放大電路模型不同之處，受控源AIsIi與R0并聯(lián)，而輸出為一個實(shí)電流源。2.電流放大電路的模型第一章 緒 論Is+-RiR0AIsIiRsRLI0Ii（）輸出電流：I0=AIsIiR0/（R0+RL）（）電流增益：AI=I0/Ii=AIsR0/（R0+RL）（）源電流增益：AIs=I0/Is=AIsR0RS/（R0+RL）*（Rs+Ri） 為了提高總的增益（源電流增益），應(yīng)使Rs較

11、大而RL較小。（）結(jié)論： 電流放大電路適用于信號源內(nèi)阻 Rs較大而RL較小的場合。第一章 緒 論3.互阻放大電路的模型（1）模型： AR0是輸出開路時的互阻增益，信號由受控源AR0Ii產(chǎn)生。（2）結(jié)論： 理想狀態(tài)下，互阻放大電路要求輸入電阻Ri=0而輸出電阻RO=0。Is+-RiR0+AR0IiRsRL+U0Ii第一章 緒 論4.互導(dǎo)放大電路的模型RsUs+-RiRLAGSUiI0R0+Ui-（1）模型： AGS是輸出短路時的互導(dǎo)增益，信號由受控源AGSUi產(chǎn)生。（2）結(jié)論： 理想狀態(tài)下，互導(dǎo)放大電路要求輸入電阻Ri=而輸出電阻RO=。第一章 緒 論5.四種電路模型之間的轉(zhuǎn)換 根據(jù)信號源的戴維

12、南- 諾頓等效變換定理，上述四種電路模型相互之間可以實(shí)現(xiàn)任意轉(zhuǎn)換。 如：電壓放大電路的開路電壓增益為AVO，電流放大電路的開路電壓增益可用短路電流增益表示為AVO=AISR0/Ri； 互阻放大電路的開路電壓增益可表示為AVO=ARO/Ri；互導(dǎo)放大電路的開路電壓增益可表示為AVO=AGSR0。第一章 緒 論結(jié)論： 一個實(shí)際的放大電路原則上可以取四類電路模型中任意一種作為它的電路模型，但是根據(jù)信號源的性質(zhì)和負(fù)載的要求，一般只有其中一種模型在電路設(shè)計(jì)或分析中概念最明確，運(yùn)用最方便。第一章 緒 論6. 參考點(diǎn)及隔離放大（1）參考點(diǎn)：放大電路所有電路模型的下部，在輸入和輸出回路之間都有一根連線，并標(biāo)以

13、“ ”符號，這即是電路輸入與輸出信號的共同端點(diǎn)或參考電位點(diǎn)。 作用：這個參考點(diǎn)對于分析電子電路是必要的，而且是很方便的。（2）隔離放大：為了提高工業(yè)控制設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備的安全性和抗干擾能力，在前極信號預(yù)放大中，普遍采用所謂的隔離放大，即放大電路的輸入與輸出電路（包括供電電源）相互絕緣，輸入與輸出信號之間不存在任何公共參考點(diǎn)。第一章 緒 論1.2.3 放大電路的主要性能指標(biāo)1.輸入電阻：（）定義：輸入電阻是放大器輸入端向放大器看進(jìn)去的方向所顯示的電阻。（）意義：輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號源吸取信號電壓或電流的大小。對輸入為電壓信號的電路，Ri越大，Ui越大；對輸入為電流信號的電路，Ri

14、越大，Ii越小。第一章 緒 論（）求法：在放大器的輸入端外加一個測試電壓UT，計(jì)算相應(yīng)的測試電流IT(如上圖所示)，則Ri=T/T放大電路+T-RLRi?T求放大電路的輸入電阻第一章 緒 論2.輸出電阻（）定義：輸出電阻是放大器輸出端向放大器看進(jìn)去的方向所顯示的電阻。（）意義：R0的大小決定了放大器帶負(fù)載的能力。負(fù)載變化時，輸出量變化較小，說明帶負(fù)載能力強(qiáng)；輸出量變化較大，說明帶負(fù)載能力弱。 對于輸出為電壓的電路，R0與負(fù)載串聯(lián)，故要求R0要小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。 對于輸出為電流的電路，R0與負(fù)載并聯(lián)，故要求R0要大，帶負(fù)載能力強(qiáng)。第一章 緒 論放大電路+S=0-R0RS?T求放大電路的輸出電阻+

15、T-（）求法：在放大器信號源短路和負(fù)載開路的條件下,在放大電路的輸出端加一測試電壓T，計(jì)算相應(yīng)的測試電流T (如上圖所示)，則R0=T/T(S=0)第一章 緒 論3.增益：（）四種增益：電壓增益Av，電流增益AI，互阻增益AR，互導(dǎo)增益AG。（）意義：增益反映了放大電路在輸入信號控制下，供電電源的能量轉(zhuǎn)換為信號能量的能力。（）增益的分貝表示： 兩個無量綱的增益Av和Ai在工作上常用以10為底的對數(shù)表達(dá) 。 電壓增益AV（dB）=20lg|V| dB 電流增益AI （dB）=20lg|I| dB 功率增益Pi（dB）=10lgAp dB第一章 緒 論4.頻率響應(yīng)及帶寬第一章 緒 論（1）幅頻響應(yīng)

16、：AV（）表示電壓增益的模與角頻率之間的關(guān)系。（2）相頻響應(yīng)：（）表示放大電路輸出與輸入正弦電壓信號的相位差與角頻率之間的關(guān)系。（3）波特圖：表示幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)的曲線，橫坐標(biāo)采用頻率單位f，縱坐標(biāo)采用對數(shù)刻度。（20lg|AV|）。放大電路的電壓增益：相關(guān)概念：半功率點(diǎn)，上限頻率，下限頻率，帶寬（4）線性失真：幅度失真、相位失真、頻率失真（）定義：由放大器的非線形引起的失真，稱為非線形失真。（）非線形失真系數(shù)： 其中：V01是輸出基波分量的有效值 V0k是輸出高諧波分量的有效值 k為正整數(shù)5.非線形失真第一章 緒 論（3）特性： 非線性失真對某些放大電路的性能指標(biāo)顯得比較重要（如高保真度的音響系統(tǒng)和廣播電視系統(tǒng)） 隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，目前非線性失真系數(shù)可達(dá)到不超過0.01%。第一章 緒 論作業(yè): 習(xí)題1.2.1, 1.2.6補(bǔ)充：6.放大電路的其他指標(biāo) 針對不同用途的電路，還要考慮如下指標(biāo)：最大輸出功率、效率、信號燥聲比、抗干擾能力甚至