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1、 主讲主讲 杨永明杨永明 主讲主讲 杨永明杨永明1. 课程概述课程概述1.2 电子系统与信号电子系统与信号1.1 课程的特点及学习要课程的特点及学习要点点 课外作业课外作业 : 教材第教材第1章章 习题习题 1.1, 1.3 参考内容参考内容: 教材第教材第1章章 （1） “三基三基”内容多内容多 本门课程的重点内容是放在电路分析上，以研究信号（模本门课程的重点内容是放在电路分析上，以研究信号（模拟信号）的传输、放大、控制等有关的基本单元电路和多级集拟信号）的传输、放大、控制等有关的基本单元电路和多级集成电路的应用为主线，涉及到的成电路的应用为主线，涉及到的 基本概念基本概念 和专业术语、和专
2、业术语、基本基本原理原理和和基本分析基本分析方法与其它前导课内容相比不但多，而且复杂。方法与其它前导课内容相比不但多，而且复杂。同学们在学习开始阶段就会遇到一定困难。因此，学好入门基同学们在学习开始阶段就会遇到一定困难。因此，学好入门基础知识（础知识（1、2、 3、4、5、6讲内容）是学好本门课程的关键。讲内容）是学好本门课程的关键。 1. 1 课程的特点及学习要点课程的特点及学习要点1.1.本门课程的特点本门课程的特点 （2） 工程技术性强工程技术性强 由于电子元、器件的参数分散性大，在分析计算电路技术由于电子元、器件的参数分散性大，在分析计算电路技术指标时，常采用近似计算法或工程估算法。要
3、求初学者尽快适指标时，常采用近似计算法或工程估算法。要求初学者尽快适应和掌握。应和掌握。 （3） 实践性强实践性强 理论研究的的多种放大电路，必须通过实验进行调试和测理论研究的的多种放大电路，必须通过实验进行调试和测量，才能应用。因此本门课程的实验内容较多，工程实践性强。量，才能应用。因此本门课程的实验内容较多，工程实践性强。通过实验培养学生学会使用常用电子仪器，学会调试、测量电通过实验培养学生学会使用常用电子仪器，学会调试、测量电路的基本方法，提高实践动手能力，提高分析问题和处理问题路的基本方法，提高实践动手能力，提高分析问题和处理问题的能力。的能力。 1. 1 课程的特点及学习要点课程的特
4、点及学习要点1. .本门课程的特点本门课程的特点在入门阶段要以听课为线索；在入门阶段要以听课为线索；建立工程的观念、系统的观念、科学进建立工程的观念、系统的观念、科学进步的观念、实践的观念；步的观念、实践的观念；特别注意电路原理在电子电路分析中的特别注意电路原理在电子电路分析中的应用。应用。2 2 学习方法学习方法3 3 考试方法考试方法平时成绩：平时成绩： 20% ； 期末闭卷：期末闭卷：80%2. 学习要点学习要点3. 考试方法考试方法 教教 材：材： 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 唐治德主编，科学出版社唐治德主编，科学出版社 学习参考书学习参考书 ： 模拟电子技术基础第三版模拟电子技
5、术基础第三版 清华大学清华大学 童诗白童诗白 华成英华成英 主编主编 电子技术基础（模拟部分电子技术基础（模拟部分) (第五版第五版) 康华光主编，高等教育出版社康华光主编，高等教育出版社 电子技术基础模拟部分（第五版）电子技术基础模拟部分（第五版） 习题解析习题解析 马谋马谋 董威董威 主编主编 第第 1 讲讲 课程概述课程概述 重点内容：重点内容： 电子器件、电子电路、电子系统简介，信号与频谱 ，课程特点与学习要点第第2讲讲 放大电路基础及集成运算放大电路放大电路基础及集成运算放大电路重点内容：重点内容：放大电路的概念、放大电路的等效模型、放大电路的主要性能指标；运放的开环传输特性、线性模
6、型、非线性模型及工作状态。 第第3讲讲 负反馈放大电路负反馈放大电路重点内容：重点内容：负反馈的基本概念与分类，负反馈放大电路的 4种基本组态及判断方法，负反馈放大电路的方框图，深度负反馈电路的计算，负反馈对放大电路性能的改善。 第第4讲讲 集成运放的线性应用电路集成运放的线性应用电路重点内容：重点内容：基本放大及运算电路的电路结构及分析方法（参考教材第 4 章内容）；有源滤波电路的基本原理及分类，传递函数（参考教材中 5.1, 5.2 内容）。 第第 5 讲讲 二极管及其基本电路二极管及其基本电路重点内容：重点内容： 半导体基础知识, 半导体二极管类型、特性及参数, 稳压、限幅等二极管应用电
7、路分析（参考教材中第 6 章章 内容）。 第第6讲讲 晶体管及其放大电路晶体管及其放大电路 重点内容：重点内容： 晶体管的结构、符号、特性、参数，基本放大电路晶体管的结构、符号、特性、参数，基本放大电路及分析方法，放大电路的频率响应概念（参考教材中第及分析方法，放大电路的频率响应概念（参考教材中第 7 章内章内容）。容）。 第第7讲讲 功率放大电路功率放大电路 重点内容：功率放大器的特点、互补对称功率放大电路的分重点内容：功率放大器的特点、互补对称功率放大电路的分 析与计算（参考教材中析与计算（参考教材中 9.4 内容）。 第第8讲讲 集成运放的非线性应用电路集成运放的非线性应用电路 重点内容
8、：电压比较器重点内容：电压比较器 （参考教材中 10.5 内容）、非正弦波非正弦波 发发 生器的工作原理及电路分析生器的工作原理及电路分析（参考教材中 11.2 内容）。第第 9 讲直流稳压电源讲直流稳压电源重点内容：重点内容：整流电路，电容滤波电路，串联型直流稳压电路、集成稳压器及其应用 （参考教材 12 章内容）。 什么是电子技术什么是电子技术 电子技术就是研究电子器件、电子电路、电子系统电子技术就是研究电子器件、电子电路、电子系统及其应用的科学技术。及其应用的科学技术。 电子器件电子器件 电子器件是指电真空器件、半导体器件和集成电路电子器件是指电真空器件、半导体器件和集成电路等。等。 1
9、） 电真空器件电真空器件：是以电子在高度真空中运动为基础的器件，是以电子在高度真空中运动为基础的器件，如电子管、示波管、显象管、雷达荧光屏和大功率发射管等。如电子管、示波管、显象管、雷达荧光屏和大功率发射管等。 1.2 电子系统与信号电子系统与信号 2） 半导体器件半导体器件：是以带电粒子（电子和空穴）在半导：是以带电粒子（电子和空穴）在半导体中运动为工作基础的器件，如半导体二极管、三极管、体中运动为工作基础的器件，如半导体二极管、三极管、场效应管等。场效应管等。 3） 集成电路集成电路： 将一定数量的元器件及电路集成在很小将一定数量的元器件及电路集成在很小的芯片上的固体电路。按集成的元器件数
10、量的多少又分为的芯片上的固体电路。按集成的元器件数量的多少又分为小规模、中规模、大规模集成电路，它体现了新工艺、新小规模、中规模、大规模集成电路，它体现了新工艺、新器件、新电路和新技术的综合水准，是一种独具特点的的器件、新电路和新技术的综合水准，是一种独具特点的的电子器件。如集成运放、集成乘法器、集成计数器、计算电子器件。如集成运放、集成乘法器、集成计数器、计算机的中央处理器机的中央处理器 CPU 等。等。 电子系统电子系统 电子系统是指由若干相互联接、相互作用的基本电路组电子系统是指由若干相互联接、相互作用的基本电路组成的具有特定功能的电路整体。成的具有特定功能的电路整体。1.2 电子系统与
11、信号电子系统与信号电子系统电子系统 电子系统是指由若干相互联接、相互作用的基本电路组成电子系统是指由若干相互联接、相互作用的基本电路组成的具有特定功能的电路整体。的具有特定功能的电路整体。例如，例如， 有线扩音系统有线扩音系统拾音器拾音器音频音频放大器放大器扬声器扬声器音频放大器：音频放大器：实现电压和功率放大的电子电路，是扩音系统的核心。电压（弱）电压电流（强）声音（强）声音（弱） 信号信号1. 信号：信号： 信息的载体信息的载体温度波动曲线温度波动曲线1.2 电子系统与信号电子系统与信号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
12、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RSiS1.2 电子系统与信号电子系统与信号3. 电信号的时域与频域表示电信号的时域与频域表示A A. 正弦信号正弦信号时域时域频域频域1.2 电子系统与信号电子系统与信号时域时域频域频域B B. 方波信号方波信号 满满足足狄狄利利克克雷雷条条件件，展展开开成成傅傅里叶级数里叶级数频谱：频谱：将一个信号分解为正弦将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号信号的集合，得到其正弦信号幅值随角频率变化的分布，称幅值随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。为该信号的频谱。1.2 电子系统与信号电子系统与信号C C. 非周期信号非周期信号时域时域傅里叶
13、变换：傅里叶变换：周期信号周期信号 离散频率函数离散频率函数非周期信号非周期信号连续频率函数连续频率函数 非非周周期期信信号号包包含含了了所所有有可可能能的的频频率成分率成分 通通过过快快速速傅傅里里叶叶变变换换（FFT）可可迅迅速速求求出出非非周周期期信信号号的的频频谱谱函函数。数。频域频域1.2 电子系统与信号电子系统与信号 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号：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。模拟模拟 (Analog)电路电路: 处理模拟信号的电路。处理模拟信号的
14、电路。数字数字(Digital)电路：处理数字信号的电路。电路：处理数字信号的电路。1.2 电子系统与信号电子系统与信号2 放大电路的基础及集成放大电路的基础及集成运算放大器运算放大器2.1 放大电路的基础放大电路的基础2.2 集成运算放大器集成运算放大器课外作业课外作业 教材第教材第2章习题章习题 2.1，2.2, 2.3, 2.5, 2.10 2.1 放大电路的基本知识放大电路的基本知识 模拟信号放大及放大电路模型模拟信号放大及放大电路模型 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1. 模拟信号的放大模拟信号的放大 信号送入放大电路放信号送入放大电路放大指的是放大的输出信大指的是放大的
15、输出信号除了幅值增大外，应号除了幅值增大外，应是输入信号的重现，输是输入信号的重现，输出信号的任何变形，都出信号的任何变形，都被认为是产生了失真。被认为是产生了失真。 2.1.1 模拟信号放大及放大电路模型模拟信号放大及放大电路模型 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）电流增益电流增益互阻增益互阻增益互导增益互导增益信号源信号源负载负载2. 放大电路模型放大电路模型 放放大大电电路路是是一一个个双双口口网网络络。从从端端口口特特性性来来研研究究放放大大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。信号源
16、信号源负载负载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 模型仅对输入小信号模型仅对输入小信号,输入信号输入信号频率在一定范围内等效频率在一定范围内等效 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输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻由输出回路得由输出回路得则电压增益为则电压增益为由此可见由此可见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
17、电路的参数）（考虑改变放大电路的参数）理想情况理想情况 2 放大电路模型放大电路模型 另另一一方方面面，考考虑虑到到输输入入回回路路对对信信号号源源的的衰减衰减理想理想有有要想减小衰减，则希望要想减小衰减，则希望？ 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由输出回路得由输出回路得则电流增益为则电流增益为由此可见由此可见要想减小负载的影响，则希望要想减小负载的影响，则希望？理想情况理想情况由输入回路得由输入回路得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，则希望？理想理想isiiAisiiio 关心输出电流与输入电流的关系关心
18、输出电流与输入电流的关系3) 互阻放大模型（自看）互阻放大模型（自看）4) 互导放大模型（自看）互导放大模型（自看） 2 放大电路模型放大电路模型5) 隔离放大电路模型隔离放大电路模型输入输出回路没有公共端输入输出回路没有公共端 ？复习思考题？复习思考题1 某放大电路输入信号为某放大电路输入信号为10pA, 输出为输出为500mV, 它的它的增益是多少？增益是多少？ 属于那一类放大电路？属于那一类放大电路？2 某电唱机拾音头内阻为某电唱机拾音头内阻为 1M , 输出为输出为1V（有效值）（有效值）,如果直接将它与如果直接将它与10 扬声器相接，扬声器上扬声器相接，扬声器上的电压的电压为多少？如
19、果在拾音头与为多少？如果在拾音头与扬声器之间接入一个放大电扬声器之间接入一个放大电路，它的输入电阻路，它的输入电阻Ri= 1M ,输出电阻输出电阻 Ro= 10 ,电电压增益为压增益为1，试求这时，试求这时扬声器上扬声器上的电压。该电路使用的电压。该电路使用那一类电路模型最方便？那一类电路模型最方便？ 2.1.1 模拟信号放大及放大电路模型模拟信号放大及放大电路模型 2.1.2 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vsvi 2 输出电阻输出电阻注意：输入、输出电阻为交流电阻注意：输入、输出电阻为交流电阻另一方法另一方法( (测试的方法测试的方法) ) 2.1.2 放
20、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 反反映映放放大大电电路路在在输输入入信信号号控控制制下下，将将供供电电电电源源能能量量转转换为输出信号能量的能力换为输出信号能量的能力其中其中 “甲甲放放大大电电路路的的增增益益为为-20-20倍倍”和和“乙乙放放大大电电路路的的增增益益为为-20dB”-20dB”，问哪个电路的增益大？，问哪个电路的增益大？常用分贝（常用分贝（dB）表示）表示 2.1.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4 频率响应及带宽（频域指标）频率响应及带宽（频域指标）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 在在输输入
21、入正正弦弦信信号号情情况况下下，输输出出随随输输入入信信号号频频率率连连续续变变化化的的稳稳态态响应，称为放大电路的频率响应。响应，称为放大电路的频率响应。或写为或写为其中其中 2.1.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4 频率响应及带宽（频域指标）频率响应及带宽（频域指标）A.A.频率响应及带宽频率响应及带宽 普通音响系统放大电路的幅频响应普通音响系统放大电路的幅频响应该图称为波特图该图称为波特图纵轴：纵轴：dB横轴：对数坐标横轴：对数坐标 2.1.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4. 频率响应及带宽（频域指标）频率响应及带宽（频域指标）A.A.频率响应及带宽频
22、率响应及带宽 其中其中普通音响系统放大电路的幅频响应普通音响系统放大电路的幅频响应高频区高频区中频区中频区低频区低频区3dB 频率点频率点（半功率点）（半功率点）3dB 频率点频率点（半功率点）（半功率点） 直直流流放放大大电电路路的的幅幅频频响响应应与此有何区别？与此有何区别？ 2.1.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4 频率响应及带宽（频域指标）频率响应及带宽（频域指标）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： 对对不不同同频频率率的的信信号号增益不同，产生的失真。增益不同，产生的失真。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
23、基波二次谐波二次谐波 2.1.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 相位失真相位失真 对对不不同同频频率率的的信信号号相相移移不不同同，产产生生的的失真。失真。相位失真：相位失真：输入信输入信号号二次谐波二次谐波二次谐波二次谐波基波基波基波基波输出信号输出信号4 频率响应及带宽（频域指标）频率响应及带宽（频域指标） 问问题题: :对对于于具具有有上上图图幅幅频频响响应应的的放放大大电电路路，若若输入输入50kHz50kHz的正弦波，是否会产生频率失真？的正弦波，是否会产生频率失真？ 2.1.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标5 非线性失真非线性失真 由元器件非线性特性
24、引起的失真。由元器件非线性特性引起的失真。 2.1.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标最大不失真输出电压幅度最大不失真输出电压幅度 定义为：在负载容许的非线线失真系数的条件下，当输入电压再增大就会使输出电压产生非线性失真时的输出电压幅度。 非线性失真系数非线性失真系数ooo 在容许的非线线失真系数的条件下，负载能够获得的最大平均信号功率称为最大输出功率（Pom）。 通常，它与最大不失真输出电压幅度的平方成正比。6 最大输出功率和效率最大输出功率和效率 输出功率源于直流电源发出的平均功率（Pv）。 效率定义为最大输出功率与直流电源发出的平均功率之比的百分值，即2.2 集成运算放大器
25、集成运算放大器2.2.1 运算放大器的基本概念运算放大器的基本概念2.2.2 运算放大器的线性模型运算放大器的线性模型 运算放大器的开环增益频率特性运算放大器的开环增益频率特性2.2.4 运算放大器的非线性模型运算放大器的非线性模型2.2.1 运算放大器的基本概念运算放大器的基本概念 集成运算放大器简称为运算放大器（集成运算放大器简称为运算放大器（Operational Amplifier）或运放）或运放（OP），是一种特殊类型的高增益集成电路放大器。），是一种特殊类型的高增益集成电路放大器。1运算放大器的开环电路运算放大器的开环电路运放LM741的封装图 运放的内部电路主要由半导体元件和电阻
26、元件组成，通常运放的内部电路主要由半导体元件和电阻元件组成，通常不包含电抗元件，全部元件集成制造在只有针尖大小的硅芯片不包含电抗元件，全部元件集成制造在只有针尖大小的硅芯片上，封装后形成电子器件。上，封装后形成电子器件。 +RLRNRP RP + VEEVCCRLRN +-VEEVCCRLRNRP +电路符号1 运算放大器的开环电路运算放大器的开环电路 运算放大器运算放大器同相输入端同相输入端反相输入端反相输入端输出端输出端正、负电源端正、负电源端电位参考节点电位参考节点输输入入信信号号电源用节点电位表示电源用节点电位表示理论上，电源不直接产生输出信号理论上，电源不直接产生输出信号开环：信号只
27、能从输开环：信号只能从输 入端传递到输出端入端传递到输出端 2 差模信号和共模信号差模信号和共模信号 +RLRNRP 任意输入信号可分解为差模信号和共模信号：任意输入信号可分解为差模信号和共模信号： +RLRNRP 共模抑制比共模抑制比3 主要性能指标主要性能指标 在电子系统中，差模信号是有用信号差模信号是有用信号，需要增强； 共模信号则是无用信号或误差信号无用信号或误差信号，应该抑制。 所以，运算放大器的差模增益 (也即开环增益 Avo)很大，通常可达104（80dB）以上，而共模增益却很小，导致共模抑制比很大，通常可达103（60dB）以上。Vidmax-VidmaxVOsat+VOsat
28、-Vidl-Vidl4 运算放大器的开环传输特性运算放大器的开环传输特性 运算放大器的输出电压与差模输入电压的函数关系称为开环传输特性运算放大器的输出电压与差模输入电压的函数关系称为开环传输特性。 整体非线性整体非线性局部线性局部线性线性区：线性区：饱和区：饱和区：线性范围：线性范围：饱和电压饱和电压VOsat+、 VOsat-差模输入电压差模输入电压Vidmax、 -Vidmax例如，运算放大器例如，运算放大器LM741通常作用的电源电压为通常作用的电源电压为15V，开环差模，开环差模电压增益为电压增益为105。其其VOsat+ =15V，VOsat-=-15V， Vidmax=13V， V
29、idl=0.15mV。所以，实际高增益运算放大器的线性区很窄，开环所以，实际高增益运算放大器的线性区很窄，开环工作通常处于饱和区（非线性区）。工作通常处于饱和区（非线性区）。 由于开环增益很大和输出电压有限，实际运放的开环特性抽象为理想的开环特性。 Vidmax-VidmaxVOsat+VOsat-o 具有理想开环特性的运放称为理想运放。 理想运放的开环增益、带宽和输入电阻是无穷大，输出电阻为0，VOsat+=VOsat-= VCC 。 +RL当当输入信号很小入信号很小（）时，运算放大器工作在运算放大器工作在线性区性区。应用叠加原理应用叠加原理 2.2.2 运算放大器的线性模型运算放大器的线性
30、模型(小信号小信号模型模型) 因此，应用戴维宁定理，可以构造出运算放大器的线性模因此，应用戴维宁定理，可以构造出运算放大器的线性模型（小信号模型），即线性等效电路型（小信号模型），即线性等效电路. Rid2Ric2RicRo+-+RL运放的运放的简化小信号模型化小信号模型RidRo+-+Rid2Ric2RicRo+-+RL 通常，开通常，开环电压增益可达增益可达104（80dB）以上，共模抑制比可达）以上，共模抑制比可达103（60dB）以上。）以上。 差模信号和共模信号是同一差模信号和共模信号是同一数量数量级的量。的量。实际运算放大器的运算放大器的输出出电压主要取决于差模主要取决于差模输入信
31、入信号和开号和开环电压增益。增益。 运算放大器的模型选择进行信号分析时，选择小信号模型：运放的简化小信号模型RidRo+-+进行误差分析时，选择小信号误差模型，并令信号为零：Rid2RicRo+-+RLVID/2VID/22.2.3 运算放大器的开环增益频率特性运算放大器的开环增益频率特性 当信号频率很小时，电荷积累效应不明显，可以不考虑它对运算放大器增益的影响。 但是，当信号频率足够大时，电荷积累效应将明显地使增益随频率增大而减小。增益随频率增大而减小。-20ndB/10倍频程of dB204060801010210310410510710-1运算放大器的开环增益频率特性fHfT1fH - 截止频率或3dB频率fT - 单位增益频率或特征频率。 f fH 2.2.4 运算放大器的非线性模型运算放大器的非线性模型当输入信号较大（ )时,运算放大器工作在饱和区。由运放的传输特性可知,VCC= VEE VOsat+= VOsat-=VCC通常，对运算放大器施加对称的正电源和负电源，即则+-VEEVCC运算放大器的非线性模型+
