電子技術基礎課件

1電子技術基礎（模擬部分）FundamentalofElectronicTechnologyCTGU謝謝你的閱讀2019年10月1421緒論FundamentalofElectronicTechnologyCTGU謝謝你的閱讀2019年10月1431.1課程慨述1.2電子學發(fā)展史1.3信號的傳輸與電子系統(tǒng)1.4放大電路的基本知識1.5學習方法與要求內容謝謝你的閱讀2019年10月1441.1課程慨述《電子技術基礎》課程（含模擬部分和數(shù)字部分）是電氣信息類各專業(yè)的技術基礎課程，是一門理論性與應用性都很強的課程。課程教學環(huán)節(jié)包括：理論課教學和實驗教學。實踐教學環(huán)節(jié)獨立設課，主要有：電子工程實踐、電工測量與實驗技術、電子線路設計等。本課程是研究各種半導體器件的性能、電路及其應用的學科。課程的任務是使學生獲得電子技術的基本理論、基本知識和基本分析方法。培養(yǎng)學生分析、解決問題的能力和初步具備電子線路的設計、應用能力。學生可上課程網站下載資料和答疑。課程平時成績占40%（其中課外作業(yè)占20%、課堂作業(yè)及小測驗占10%、課堂考勤占10%），期末考試成績占60%（以閉卷考試為主，從課程試題庫隨機抽題）。

謝謝你的閱讀2019年10月1451.2電子學發(fā)展史1750年，富蘭克林指出：雷電與摩擦生電是一回事1785年，庫侖總結出電荷的力學定理1800年，伏打創(chuàng)立了電位差理論1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)導線通電磁針偏轉1831年，法拉第完成磁生電實驗1865年，麥克斯韋發(fā)表電磁理論公式1888年，赫茲證明了電磁波的存在1896年，馬可尼發(fā)明電報，獲1908年諾貝爾獎1897年，湯姆蓀發(fā)現(xiàn)電子，獲1906年諾貝爾獎1947年，蕭克利、巴丁、布拉頓發(fā)明晶體管，獲56年諾貝爾獎1958年，基爾比發(fā)明集成電路，獲2000年諾貝爾獎謝謝你的閱讀2019年10月146

1706年1月17日，本杰明.富蘭克林出生在北美州的波士頓。1746年，一位英國學者在波士頓利用玻璃管和萊頓瓶表演了電學實驗。富蘭克林懷著極大的興趣觀看了他的表演，并被電學這一剛剛興起的科學強烈地吸引住了。他寫了一篇名叫《論天空閃電和我們的電氣相同》的論文，并送給了英國皇家學會。

1752年6月富蘭克林和他的兒子一道拉著風箏線，此時，剛好一道閃電從風箏上掠過，富蘭克林用手靠近風箏上的鐵絲，立即掠過一種恐怖的麻木感。他抑制不住內心的激動，大聲呼喊：“威廉，我被電擊了！”隨后，他又將風箏線上的電引入萊顧瓶中?；氐郊依镆院?，富蘭克林用雷電進行了各種電學實驗，證明了天上的雷電與人工摩擦產生的電具有完全相同的性質。富蘭克林關于天上和人間的電是同一種東西的假說，在他自己的這次實驗中得到了光輝的證實。1753年，俄國著名電學家利赫曼為了驗證富蘭克林的實驗，不幸被雷電擊死，這是做電實驗的第一個犧牲者。經過多次試驗，他制成了一根實用的避雷針。他把幾米長的鐵桿，用絕緣材料固定在屋頂，桿上緊拴著一根粗導線，一直通到地里。當雷電襲擊房子的時候，它就沿著金屬桿通過導線直達大地，房屋建筑完好無損。

謝謝你的閱讀2019年10月147

庫侖在1736年6月14日生于法國昂古萊姆。青少年時期，他就受到了良好的教育。他后來到巴黎軍事工程學院學習，離開學校后，他進入西印度馬提尼克皇家工程公司工作。工作了八年以后，他又在?？怂箥u瑟堡等地服役。這時庫侖就已開始從事科學研究工作，他把主要精力放在研究工程力學和靜力學問題上。

1777年法國科學院懸賞，征求改良航海指南針中的磁針的方法。庫侖對磁力進行深入細致的研究發(fā)現(xiàn)扭力和針轉過的角度成比例關系，從而可利用這種裝置算出靜電力或磁力的大小。這導致他發(fā)明了扭秤，1782年，他當選為法國科學院院士。

1785年，庫侖用自己發(fā)明的扭秤建立了靜電學中著名的庫侖定律。即兩電荷間的力與兩電荷的乘積成正比，與兩者的距離平方成反比。庫侖定律是電學發(fā)展史上的第一個定量規(guī)律，它使電學的研究從定性進入定量階段，是電學史中的一塊重要的里程碑。電荷的單位庫侖就是以他的姓氏命名的。同年，他在給法國科學院的《電力定律》的論文中詳細地介紹了他的實驗裝置，測試經過和實驗結果。謝謝你的閱讀2019年10月148

伏特出生于意大利科莫一個富有的天主教家庭里。伏特在青年時期就開始了電學實驗，伏特十六歲時開始與一些著名的電學家通信，伏特對靜電的了解至少可以和當時最好的電學家媲美。不久他就開始應用他的理論制造各種有獨創(chuàng)性的儀器，1775年由于起電盤的發(fā)明，使伏特擔任了科莫一些學校的物理教授。后來他被任命為帕維亞大學物理學教授，正是在那里他作出了他的劃時代的發(fā)現(xiàn)。他當時還被選為法國科學院的通迅院士，不久又被選為倫敦皇家學會的外國會員。

伏特發(fā)現(xiàn)導電體可以分為兩大類。第一類是金屬，它們接觸時會產生電勢差；第二類是電解質，第二類導體互相接觸時不會產生明顯的電勢差，第一類導體可依次排列起來，使其中第一種相對于后面的一種是正的，例如鋅對銅是正的,在一個金屬鏈中,一種金屬和最后一種金屬之間的電勢差是一樣的。

伏特把一些第一種導體和第二種導體連接得使每一個接觸點上產生的電勢差可以相加。他把這種裝置稱為"電堆"，因為它是由浸在酸溶液中的鋅板、銅板和布片重復許多層而構成的。他在《論不同導電物質接觸產生的電》中介紹了他的發(fā)明。電堆能產生連續(xù)的電流，它的強度的數(shù)量級比從靜電起電機能得到的電流大，由此開始了一場真正的科學革命。

謝謝你的閱讀2019年10月149

法拉第1791年9月22日生在一個手工工人家庭,21歲時當上了戴維的助手。法拉第所研究的課題廣泛多樣，按編年順序排列,有如下各方面：鐵合金研究（1818－1824）；氯和碳的化合物（1820）；電磁轉動（1821）；氣體液化（1823，1845）；光學玻璃（1825－1831）；苯的發(fā)明（1825）；電磁感應現(xiàn)象（1831）；不同來源的電的同一性（1832）；電化學分解（1832年起）；靜電學，電介質（1835年起）；氣體放電（1835年）；光、電和磁（1845年起）；抗磁性（1845年起）；“射線振動思想”（1846年起）；重力和電（1849年起）；時間和磁性（1857年起）

1821年他研究了奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流的磁作用，作出了一項重大發(fā)現(xiàn)：磁作用的方向是與產生磁作用的電流的方向垂直的。法拉第還制成了一種電動機，證明了導線在恒定磁場內的轉動。法拉第堅信，電與磁的關系必須被推廣，如果電流能產生磁場，磁場也一定能產生電流。法拉第為此冥思苦想了十年。他做了許多次實驗結果都失敗了。直到1831年年底，他才取得了巨大的突破，他發(fā)明最原始的發(fā)電機。奠定了現(xiàn)代電力工業(yè)的基礎。。

謝謝你的閱讀2019年10月1410

麥克斯韋1831年6月出生于英國愛丁堡，14歲在中學時期就發(fā)表了第一篇科學論文《論卵形曲線的機械畫法》，16歲進入愛丁堡大學學習物理，三年后，他轉學到劍橋大學三一學院。在劍橋學習時，打下了扎實的數(shù)學基礎，為他爾后把數(shù)學分析和實驗研究緊密結合創(chuàng)造了條件。麥克斯韋在總結前人工作的基礎上，引入位移電流的概念，建立了一組微分方程。確定了電荷、電流（運動的電荷）、電場、磁場之間的普遍聯(lián)系，麥克斯韋方程組表明，空間某處只要有變化的磁場就能激發(fā)出渦旋電場，而變化的電場又能激發(fā)渦旋磁場。交變的電場和磁場互相激發(fā)就形成了連續(xù)不斷的電磁振蕩即電磁波。麥克斯韋方程還說明，電磁波的速度只隨介質的電和磁的性質而變化，由此式可證明電微波在真空中傳播的速度，等于光在真空中傳播的速度。這不是偶然的巧合，而是由于光和電磁波在本質上是相同的。光是一定波長的電磁波，這就是麥克斯韋創(chuàng)立的光的電磁學說。麥克斯韋依據庫侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實驗成果，建立了第一個完整的電磁理論體系，不僅科學地預言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質的統(tǒng)一性，完成了物理學的又一次大綜合。這一理論自然科學的成果，奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、電子工業(yè)和無線電工業(yè)的基礎。

謝謝你的閱讀2019年10月1411

赫茲，德國物理學家，生于漢堡。十九歲入德累斯頓工學院學工程，由于對自然科學的愛好，次年轉入柏林大學，1885年任卡爾魯厄大學物理學教授。1889年，擔任波恩大學物理學教授。赫茲根據電容器經由電火花隙會產生振蕩原理，設計了一套電磁波發(fā)生器和一簡單的檢波器來探測電磁波，赫茲在暗室遠端的墻壁上覆有可反射電波的鋅板，入射波與反射波重迭應產生駐波，他以檢波器在距振蕩器不同距離處偵測加以證實。赫茲先求出振蕩器的頻率，又以檢波器量得駐波的波長，二者乘積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預測的一樣。電磁波傳播的速度等于光速。1888年，赫茲的實驗成功了。赫茲在實驗時曾指出，電磁波可以被反射、折射和如同可見光、熱波一樣的被偏振。由他的振蕩器所發(fā)出的電磁波是平面偏振波，其電場平行于振蕩器的導線，而磁場垂直于電場，且兩者均垂直傳播方向。

1889年在一次著名的演說中，赫茲明確的指出，光是一種電磁現(xiàn)象。第一次以電磁波傳遞訊息是1896年意大利的馬可尼開始的。1901年，馬可尼又成功的將訊號送到大西洋彼岸的美國。20世紀無線電通訊更有了異常驚人的發(fā)展。赫茲實驗不僅證實麥克斯韋的電磁理論，更為無線電、電視和雷達的發(fā)展找到了途徑。

謝謝你的閱讀2019年10月1412

1824年6月26日開爾文生于愛爾蘭的貝爾法斯特。原名W.湯姆孫。10歲時就進格拉斯哥大學預科學習。1845年畢業(yè)于劍橋大學，1846年受聘為格拉斯哥大學物理學教授1890～1895年任倫敦皇家學會會長。1877年被選為法國科學院院士。開爾文研究范圍廣泛，在熱學、電磁學、流體力學、光學、地球物理、數(shù)學、工程應用等方面都做出了貢獻。他一生發(fā)表論文多達600余篇，取得70種發(fā)明專利，

在電學方面，湯姆孫以極高明的技巧研究過各種不同類型的問題，從靜電學到瞬變電流。他揭示了傅里葉熱傳導理論和勢理論之間的相似性，討論了法拉第關于電作用傳播的概念，分析了振蕩電路及由此產生的交變電流。他的文章影響了麥克斯韋，后者向他請教，希望能和他研究同一課題，并給了他極高的贊譽。1855年他研究了電纜中信號傳播情況，解決了長距離海底電纜通訊的一系列理論和技術問題。由湯姆孫和亥姆霍茲起主導作用的在巴黎召開的國際代表大會，和1893年在芝加哥召開的另一次代表大會，正式采用伏特、安培、法拉和歐姆等作為電學單位，這一新的單位制，從此它們被普遍使用。

謝謝你的閱讀2019年10月1413

杰克·S·基爾比，曾長期供職于美國著名的德州儀器公司，出生于美國堪薩斯州，曾獲美國伊利諾伊州電子工程學學士和威斯康星州電子工程學碩士。他從1947年開始從事消費類電子產品的開發(fā)，1958年加入德州儀器公司，從事計算機集成電路研究和開發(fā)。1970年榮獲美國國家科學獎章。1982年，他的名字被寫入了美國發(fā)明家名人堂，獲得了與亨利·福特、愛迪生和懷特兄弟并列的榮譽。他目前擁有六十多項美國專利，是電器和電子工程師協(xié)會的成員?；鶢柋泉氉匝芯科陂g，漸漸形成一個天才的想法：電阻器和電容器可以用與晶體管相同的材料制造。另外，既然所有元器件都可以用同一塊材料制造，那么這些部件可以先在同一塊材料上就地制造，再相互連接，最終形成完整的電路。他選用了半導體硅。集成電路取代了晶體管，為開發(fā)電子產品的各種功能鋪平了道路，并且大幅度降低了成本，它的誕生，使微處理器的出現(xiàn)成為了可能，也使計算機變成普通人可以親近的日常工具。集成技術的應用，催生了更多方便快捷的電子產品，比如常見的手持電子計算器，就是基爾比繼集成電路之后的一個新發(fā)明?！薄?/p>

基爾比獲獎后對青年人的特別建議：

電子學是一項迷人的領域，發(fā)展速度日新月異，未來的機遇一如既往，建議投身其中，從頭做起。謝謝你的閱讀2019年10月1414

電子技術是十九世紀末、二十世紀初開始發(fā)展起來的新興技術，二十世紀發(fā)展最迅速，應用最廣泛，成為近代科學技術發(fā)展的一個重要標志。電子計算機發(fā)展經歷的四個階段恰好能夠充分說明電子技術發(fā)展的四個階段的特性第一代（1946~1957年）是電子計算機，它的基本電子元件是電子管，運算速度為每秒幾千次~幾萬次第二代（1958~1970年）是晶體管計算機。第三代（1963~1970年）是集成電路計算機。開始采用性能更好的半導體存儲器，運算速度提高到每秒幾十萬次基本運算。第四代（1971年~日前）是大規(guī)模集成電路計算機。運算速度可達每秒幾百萬次，甚至上億次基本運算。謝謝你的閱讀2019年10月14151.3信號的傳輸與電子系統(tǒng)

1.3.1電子系統(tǒng)

傳輸信號，由三部分組成：

信號獲取依靠傳感器得到電信號

信號處理對信號加工，適合傳輸

信號執(zhí)行完成系統(tǒng)的最終任務光電管放大器顯示器計數(shù)器激光測距電子系統(tǒng)謝謝你的閱讀2019年10月1416信號：信息的載體溫度波動曲線謝謝你的閱讀2019年10月14171.3.2信號描述（1）信號源等效電路

（2）正弦電壓信號

(3)

模擬與數(shù)字信號時間和幅值均連續(xù)為模擬信號RiRSRSRi+VS-ISVmtωω0Vmπv(t)謝謝你的閱讀2019年10月1418電信號源的電路表達形式電子系統(tǒng)RS+-VS電壓源等效電路電流源等效電路電子系統(tǒng)RSIS戴維寧諾頓轉換謝謝你的閱讀2019年10月1419電信的時域與頻域表示A.正弦信號時域頻域信號及其頻譜謝謝你的閱讀2019年10月1420電信的時域與頻域表示B.方波信號時域頻域

滿足狄利克雷條件，展開成傅里葉級數(shù)——直流分量其中——基波分量——三次諧波分量頻譜：將一個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，稱為該信號的頻譜。謝謝你的閱讀2019年10月1421電信的時域與頻域表示C.非周期信號傅里葉變換：

通過快速傅里葉變換（FFT）可迅速求出非周期信號的頻譜函數(shù)。

非周期信號包含了所有可能的頻率成分離散頻率函數(shù)周期信號連續(xù)頻率函數(shù)非周期信號頻域時域謝謝你的閱讀2019年10月1422模擬信號和數(shù)字信號處理模擬信號的電子電路稱為模擬電路。模擬信號：在時間和幅值上都是連續(xù)的信號。數(shù)字信號：在時間和幅值上都是離散的信號。謝謝你的閱讀2019年10月14231.4放大電路的基本知識

輸入電阻輸出電阻

電壓放大模型電流放大模型

1.4.1

模擬信號的放大

1.4.2

放大電路模型

1.4.3

放大電路的主要性能指標

增益互阻放大模型互導放大模型隔離放大電路模型頻率響應及帶寬非線性失真謝謝你的閱讀2019年10月14241.4放大電路的基本知識1.4.1模擬信號的放大

電壓放大Vo=AVVi

電流放大Io=AIIi

互阻放大Vo=ARIi

互導放大Io=AGVi

1.4.2放大電路模型uiuoAu電壓放大+Vo-RSRiRL+VS-Ro+AV0Vi

-+Vi-謝謝你的閱讀2019年10月1425要求RL?RORSISRSAISIiRiRLIoIi

電流放大要求Ri?Rs要求RO?RL要求RS?Ri謝謝你的閱讀2019年10月1426

1.4.1

模擬信號的放大電壓增益（電壓放大倍數(shù)）電流增益互阻增益互導增益信號源負載謝謝你的閱讀2019年10月1427

1.4.2

放大電路模型

放大電路是一個雙口網絡。從端口特性來研究放大電路，可將其等效成具有某種端口特性的等效電路。信號源負載

輸入端口特性可以等效為一個輸入電阻

輸出端口可以根據不同情況等效成不同的電路形式謝謝你的閱讀2019年10月1428

1.4.2

放大電路模型——負載開路時的電壓增益1.電壓放大模型——輸入電阻——輸出電阻由輸出回路得則電壓增益為由此可見即負載的大小會影響增益的大小要想減小負載的影響，則希望…？

（考慮改變放大電路的參數(shù)）理想情況謝謝你的閱讀2019年10月1429

1.4.2

放大電路模型

另一方面，考慮到輸入回路對信號源的衰減理想有要想減小衰減，則希望…？謝謝你的閱讀2019年10月1430電壓放大模型電流放大模型

1.4.2

放大電路模型

關心輸出電流與輸入電流的關系2.電流放大模型謝謝你的閱讀2019年10月1431

1.4.2

放大電路模型——負載短路時的電流增益2.電流放大模型由輸出回路得則電流增益為由此可見要想減小負載的影響，則希望…？理想情況由輸入回路得要想減小對信號源的衰減，則希望…？理想謝謝你的閱讀2019年10月1432

1.4.2

放大電路模型3.互阻放大模型（自看）輸入輸出回路沒有公共端4.互導放大模型（自看）5.隔離放大電路模型謝謝你的閱讀2019年10月1433

1.4.3放大電路的主要性能指標1.輸入電阻ri

輸入電阻是衡量放大電路從其前級取電流大小的參數(shù)。Au~USUi2.輸出電阻ro

放大電路對其負載而言，相當于信號源，這個戴維南等效電路的內阻就是輸出電阻UI謝謝你的閱讀2019年10月14343.增益

輸入信號控制下將電源能量轉換為信號能量的能力。無量綱增益用對數(shù)表示

電壓增益=20lg∣AV∣dB

電流增益=20lg∣AI∣dB謝謝你的閱讀2019年10月14354.通頻帶fAuAum0.7AumfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL謝謝你的閱讀2019年10月1436

1.4.3

放大電路的主要性能指標1.輸入電阻謝謝你的閱讀2019年10月1437

1.4.3

放大電路的主要性能指標2.輸出電阻所以另一方法注意：輸入、輸出電阻為交流電阻謝謝你的閱讀2019年10月1438

1.4.3

放大電路的主要性能指標3.增益

反映放大電路在輸入信號控制下，將供電電源能量轉換為輸出信號能量的能力其中

“甲放大電路的增益為-20倍”和“乙放大電路的增益為-20dB”，問哪個電路的增益大？四種增益常用分貝（dB）表示謝謝你的閱讀2019年10月1439

1.4.3

放大電路的主要性能指標4.頻率響應及帶寬（頻域指標）A.頻率響應及帶寬

電壓增益可表示為

在輸入正弦信號情況下，輸出隨輸入信號頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應，稱為放大電路的頻率響應?；驅憺槠渲兄x謝你的閱讀2019年10月1440

1.4.3

放大電路的主要性能指標4.頻率響應及帶寬（頻域指標）A.頻率響應及帶寬

普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應該圖稱為波特圖縱軸：dB橫軸：對數(shù)坐標謝謝你的閱讀2019年10月1441

1.4.3

放大電路的主要性能指標4.頻率響應及帶寬（頻域指標）A.頻率響應及帶寬

其中普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應高頻區(qū)中頻區(qū)低頻區(qū)3dB頻率點（半功率點）3dB頻率點（半功率點）

直流放大電路的幅頻響應與此