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1、模模 拟拟 电电 子子 技技 术术主讲教师：教材：陈大钦主编，模拟电子技术基础机械工业出版社，06年2月第1版邹韬平（华中科技大学电信系）邹韬平（华中科技大学电信系） 办公室：南一楼（中）办公室：南一楼（中）220n课件下载课件下载: (Analysis) 我的文件夹我的文件夹/模电模电48计算机计算机n电子技术基础国家精品课程电子技术基础国家精品课程: 学校主页精品课程学校主页精品课程(左上角左上角)2003年年 有授课录像、网络课程等有授课录像、网络课程等电子资源电子资源:0 课程介绍课程介绍0.4 参考书参考书0.2 课程内容与学时安排课程内容与学时安排0.5 考核考核0.3 课程特点
2、与学习方法课程特点与学习方法电类专业的一门技术基础课电类专业的一门技术基础课工程性质工程性质实践性很强实践性很强0.1 课程性质与教学目标课程性质与教学目标模模 拟拟 电电 子子 技技 术术电子学学科：研究电荷在气体、真空、电子学学科：研究电荷在气体、真空、半导体半导体中的运动规律。中的运动规律。微电子学集成电路微电子学集成电路(IC)技术，在单片半导体材料上制造电路、系统。技术，在单片半导体材料上制造电路、系统。模拟电子技术应用技术：研究电路的构成规律、电路功能、电路特性。模拟电子技术应用技术：研究电路的构成规律、电路功能、电路特性。n考试大纲：考察学生对电子技术的基本概念、基本原理和基本方
3、法的掌考试大纲：考察学生对电子技术的基本概念、基本原理和基本方法的掌握程度和利用其解决电子技术领域相关问题的能力（四会）握程度和利用其解决电子技术领域相关问题的能力（四会）n会看：电路的识别、定性分析（评价、特点）会看：电路的识别、定性分析（评价、特点）n会算：电路的定量分析。会算：电路的定量分析。n会选：根据需求选择电路及元器件。会选：根据需求选择电路及元器件。n会调：会调：如何如何调整电路性能指标调整电路性能指标，故障的判断。故障的判断。20.2 课程内容与学时安排课程内容与学时安排第第1章章 绪论绪论2学时学时第第2章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路4学时学时第第3章
4、章 半导体三极管及其放大电路基础半导体三极管及其放大电路基础 14学学时时第第4章章 多级放大电路及模拟集成电路基础多级放大电路及模拟集成电路基础6学时学时第第5章章 信号运算电路信号运算电路4学时学时第第6章章 负反馈放大电路负反馈放大电路6学时学时第第7章章 信号处理与信号处理与产生产生电路电路4学时学时第第8章章 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路4学时学时共：共：44学时学时第第9章章 功率放大电路功率放大电路第第10章章 集成运算放大器集成运算放大器第第11章章 直流电源直流电源2个个器件器件BJTFET二极管二极管核心核心内容内容1个个电路电路三极管三极管放大电路放大电路集成
5、运放集成运放完美的完美的放大电路放大电路核心核心基础基础30.3 课程特点与学习方法课程特点与学习方法n课程特点课程特点n(1)信号传输的信号传输的线性线性要求和要求和非线性非线性器件的矛盾器件的矛盾n(2)器件少（核心：三极管）、电路多器件少（核心：三极管）、电路多n(3)工程估算与工程估算与pspicen(4)分立是分立是(学习学习)基础、集成是应用基础、集成是应用(学习目标学习目标)n(5)电路理论（简单的）求解设计电子电路电路理论（简单的）求解设计电子电路n学习方法学习方法n(1)分析方法：非线性分析方法：非线性 线性线性n(1)非线性的概念实现线性的条件非线性的概念实现线性的条件n(
6、2)归纳、比较，归纳、比较，找出各电路之间的规律，可举一反三找出各电路之间的规律，可举一反三n(3)会抓主要矛盾，忽略次要因素（会抓主要矛盾，忽略次要因素（10）n(4)学习的目标：正确使用集成电路学习的目标：正确使用集成电路4学习目标学习目标电路的分析电路的分析 掌握电路的基本分析方法掌握电路的基本分析方法 理解基本电路的基本设计思想理解基本电路的基本设计思想 了解电路设计的基本方法、规则了解电路设计的基本方法、规则电路的电路的设计设计 理解基本电路的工作原理理解基本电路的工作原理 熟悉基本元器件的工作特性（外特性）熟悉基本元器件的工作特性（外特性）电路电路分析分析电路功能（定性的和定量的描
7、述）电路功能（定性的和定量的描述）电路功能电路功能电路电路1综合综合电路电路n5电路的分析与设计（综合）电路的分析与设计（综合） 分析是认识电路的过程；分析是认识电路的过程； 综合是设计电路实现其功能的过程；综合是设计电路实现其功能的过程； 分析是为实现综合而积累知识和经验的过程。分析是为实现综合而积累知识和经验的过程。 手工理论分析为主，计算机仿真实验为辅。手工理论分析为主，计算机仿真实验为辅。 喜欢做简化假设和快捷近似计算，得出形式简单、物理意义喜欢做简化假设和快捷近似计算，得出形式简单、物理意义明确、具有指导作用的结论；明确、具有指导作用的结论；以牺牲分析结果的精度为代价，获得电路直觉以
8、牺牲分析结果的精度为代价，获得电路直觉利用基尔霍夫定律求解交流与直流电路的技能利用基尔霍夫定律求解交流与直流电路的技能RC电路的瞬态分析电路的瞬态分析戴维南和诺顿电源表示法，等效电路和电源变换戴维南和诺顿电源表示法，等效电路和电源变换正弦稳态分析正弦稳态分析60.4 参考书参考书n参考书参考书n教材类教材类清华、西交大、浙大、东南、哈工大等清华、西交大、浙大、东南、哈工大等n康华光主编，电子技术基础康华光主编，电子技术基础(模拟部分模拟部分)第五版，高教出版社第五版，高教出版社n童诗白主编，模拟电子技术基础第二版，高教出版社童诗白主编，模拟电子技术基础第二版，高教出版社n华成英主编，模拟电子技
9、术基础第三版，高教出版社华成英主编，模拟电子技术基础第三版，高教出版社n教辅类教辅类n陈大钦主编，模拟电子技术基础学习与解题指南华工出版社陈大钦主编，模拟电子技术基础学习与解题指南华工出版社0.5 考核考核n作业：作业：20n约约8次作业（第次作业（第18周），每周第周），每周第1次课时交作业；次课时交作业；n笔试：笔试：80（闭卷、闭卷、计算机学院统考）计算机学院统考）n计算器计算器7模拟电子技术基础模拟电子技术基础第第1章章 绪论绪论2学时学时第第2章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路4学时学时第第3章章 半导体三极管及其放大电路基础半导体三极管及其放大电路基础 14学学
10、时时第第4章章 多级放大电路及模拟集成电路基础多级放大电路及模拟集成电路基础6学时学时第第5章章 信号运算电路信号运算电路4学时学时第第6章章 负反馈放大电路负反馈放大电路6学时学时第第7章章 信号处理与信号处理与产生产生电路电路4学时学时第第8章章 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路4学时学时共：共：44学时学时第第9章章 功率放大电路功率放大电路第第10章章 集成运算放大器集成运算放大器第第11章章 直流电源直流电源2个个器件器件BJTFET二极管二极管核心核心内容内容1个个电路电路三极管三极管放大电路放大电路集成运放集成运放完美的完美的放大电路放大电路核心核心基础基础81 绪绪 论
11、论1.1.1 信号及其分类信号及其分类 1.1.2 电子系统举例电子系统举例1.2.1 放大电路符号放大电路符号1.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1.2.3 放大电路模型放大电路模型1.3.1 时间常数时间常数 的估算的估算1.3.2 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应1.1 信号与电子系统信号与电子系统1.2 放大电路的基本概念放大电路的基本概念1.3 单时间常数的单时间常数的RC电路电路概貌概貌基本原则基本原则模电模电核心内容核心内容基本功能基本功能移到移到3.6节节91.1 信号与电子系统信号与电子系统图图1.1.1 电视系统方框图电视系统方框图信
12、号：信息信号：信息的载体（随时间变化的物理量）的载体（随时间变化的物理量）。也可用语言、文字、图像或编码来表达。但不便于直接传输。也可用语言、文字、图像或编码来表达。但不便于直接传输。 电信号：随时间变化的电压或电流电信号：随时间变化的电压或电流（便于传输）（便于传输）不失真地传递信号，或对信号进行处理不失真地传递信号，或对信号进行处理 电子系统的任务电子系统的任务 电子系统：电子系统：可由若干相互关联的单元电子电路组成，用来实现信可由若干相互关联的单元电子电路组成，用来实现信号的传输或信号的处理号的传输或信号的处理 要点要点10 1.1.2 电子系统举例电子系统举例1.1 信号与电子系统信号
13、与电子系统电子系统的任务电子系统的任务 不失真地传递信号，不失真地传递信号，或对信号进行处理或对信号进行处理电子系统：电子系统： 可由若干相互关联的可由若干相互关联的单元电子电路组成，用单元电子电路组成，用来实现信号的传输或信来实现信号的传输或信号的处理号的处理 要点要点图图1.1.4 热电偶温度计的方框图热电偶温度计的方框图 图图1.1.5 炉温自动控制系统炉温自动控制系统11举例：举例：类比类比:搭积木搭积木电子系统：电子系统： 由若干相互关联的单元电子电路组成，用来实现由若干相互关联的单元电子电路组成，用来实现信号的传输或信号的处理信号的传输或信号的处理 12基本电路基本电路 大积木块大
14、积木块小积木块小积木块基本元器件基本元器件电子系统电子系统 基本电路基本电路大积木块大积木块14电子系统电子系统子系统子系统1子系统子系统2子系统子系统3基本电路基本电路1基本电路基本电路2基本电路基本电路3基本元器件基本元器件1基本元器件基本元器件2基本元器件基本元器件3电子系统电子系统 子系统子系统 功能电路功能电路 基本功能电路基本功能电路 元器件元器件半导体二极管半导体二极管双极结型晶体管双极结型晶体管场效应晶体管场效应晶体管基本基本BJT放大电路放大电路基本基本FET放大电路放大电路二极管电路二极管电路运算放大器电路运算放大器电路有源滤波电路有源滤波电路信号产生电路信号产生电路电源电
15、路电源电路主线：寻找一个主线：寻找一个性能最佳性能最佳的的放大电路放大电路！从而了解模电处理问题的思路从而了解模电处理问题的思路15 1.1.1 信号及其分类信号及其分类1.1 信号与电子系统信号与电子系统 信息的载体信息的载体随时间变化的物理量随时间变化的物理量传感器传感器 电信号电信号随随时时间间变变化化的的电电压压或或电流电流加热炉温度波动曲线加热炉温度波动曲线任务：不失真地传递信号（信息），或对信号进行处理任务：不失真地传递信号（信息），或对信号进行处理1. 含义：含义：电子系统的任务电子系统的任务 不失真地传递信号，不失真地传递信号，162. 电信号源的电路表达形式电信号源的电路表达
16、形式电电子子系系统统RS+ +- -VS电压源等效电路电压源等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RSIS戴戴维维宁宁诺诺顿顿转换转换 1.1.1 信号及其分类信号及其分类1.1 信号与电子系统信号与电子系统表示你关注的是电压信号！表示你关注的是电压信号！关注的是电流信号！关注的是电流信号！17图图1.1.2 几种模拟信号波形几种模拟信号波形(a) 正弦波正弦波 (b) 三角波三角波 (c) 调幅波调幅波 (d) 阻尼振荡波阻尼振荡波(a)(d)(b)(c)3、信号的分类、信号的分类模拟信号模拟信号模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上任意一
17、点的数值均有其物理意义。任意一点的数值均有其物理意义。 数字信号数字信号 1.1.1 信号及其分类信号及其分类1.1 信号与电子系统信号与电子系统电子系统的任务电子系统的任务 不失真地传递信号，不失真地传递信号，181.1 信号与电子系统信号与电子系统模拟信号模拟信号模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上模拟信号的幅值随时间呈连续变化，波形上任意一点的数值均有其物理意义。任意一点的数值均有其物理意义。 数字信号数字信号图图1.1.3 数字信号波形举例数字信号波形举例 数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值数字信号只在某些不连续的瞬时给出函数值,其函数值通常是某个最小单位的整数倍。其函数值通常是
18、某个最小单位的整数倍。 1.1.1 信号及其分类信号及其分类3、信号的分类、信号的分类电子系统的任务电子系统的任务 不失真地传递信号，不失真地传递信号，194、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最简单的信号：最简单的信号： 经经常常作作为为标标准准信信号号用用来来对对模模拟拟电电路路进进行行分分析析和和测测试试! 1.1.1 信号及其分类信号及其分类20B B. 方波信号方波信号时域时域频域频域 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直流分量直流分量其中其中基波分量基波分量三次谐波分量三次谐波分量频谱：将一个信号
19、分解为正弦信频谱：将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值号的集合，得到其正弦信号幅值随角频率变化的分布，称为该信随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。号的频谱。4、电信号的时域与频域表示、电信号的时域与频域表示 1.1.1 信号及其分类信号及其分类21C C. 非周期信号非周期信号傅里叶变换：傅里叶变换： 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。离散频率函数离散频率函数周期信号周期信号连续频率函数连续频率函数非周期信号非周期信号频域频域时域时域 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
20、 ，但。，但。信号的带宽：信号的带宽：4、电信号的时域与频域表示、电信号的时域与频域表示 1.1.1 信号及其分类信号及其分类221.1节节 要点要点n电子系统的基本任务电子系统的基本任务n不失真地传递信号，或对信号进行处理不失真地传递信号，或对信号进行处理n电子系统的组成电子系统的组成n可由若干相互关联的单元电子电路组成，用来实现可由若干相互关联的单元电子电路组成，用来实现信号的传输或信号的处理信号的传输或信号的处理n学习思路：自下而上学习思路：自下而上n电信号的特性电信号的特性n时域：模拟信号和数字信号时域：模拟信号和数字信号n频域：傅里叶级数展开为直流分量和正弦分量频域：傅里叶级数展开为
21、直流分量和正弦分量n叠加原理：可采用正弦信号作为分析和测试的标准叠加原理：可采用正弦信号作为分析和测试的标准信号信号231.2 放大电路的基本概念放大电路的基本概念1.2.1 放大电路符号放大电路符号1.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1.2.3 放大电路模型放大电路模型模拟信号处理的最基本功能模拟信号处理的最基本功能 信号源信号源负载负载双口网络双口网络直流电源直流电源图图1.2.1 放大器的电路符号放大器的电路符号电源画法，单电源与电源画法，单电源与双电源双电源24 1.2.1 放大电路符号放大电路符号1.2 放大电路的基本概念放大电路的基本概念图图1.2.2 扩音机原
22、理示意图扩音机原理示意图（a）示意框图）示意框图 （b）等效电路）等效电路应用举例：应用举例： 双端口网络双端口网络图图1.2.1 放大器的电路符号放大器的电路符号251.2 放大电路的基本概念放大电路的基本概念信号源信号源负载负载（1 1）放大）放大 信号的增强信号的增强双口网络双口网络（2 2）基本要求）基本要求 不失真不失真线性关系：线性关系：y=y=k kx x放大含义：放大含义：增益（放大倍数）增益（放大倍数）直流电源直流电源（3 3）能量转换）能量转换 有源电路（器件）有源电路（器件） 约束约束问问题题（1） Ii =? （IiRS 对信号的衰减）对信号的衰减）（2） RL vO
23、AV 26问题问题?(1) Ii =? (2) RL vO AV 输入端口特性输入端口特性输入回路对信号源的衰减输入回路对信号源的衰减输入电阻输入电阻要想减小衰减，则希望要想减小衰减，则希望？理想理想 输出回路可等效为输出回路可等效为非理想的电压源非理想的电压源负载开路时的负载开路时的 电压增益电压增益输出电阻输出电阻由输出回路得由输出回路得要想减小负载的影响，则希望要想减小负载的影响，则希望？理想理想27模型模型 等效电路等效电路（端口特性不变）端口特性不变）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
24、据不同情况等效成不同的电路形式1. 电压放大器模型电压放大器模型 1.2.3 放大电路模型放大电路模型1.2 放大电路的基本概念放大电路的基本概念理想理想电压放大电路电压放大电路 输入电阻输入电阻 Ri = 输出电阻输出电阻 Ro = 02. 电流放大器模型电流放大器模型28 1.2.3 放大电路模型放大电路模型2. 电流放大器模型电流放大器模型1. 电压放大器模型电压放大器模型3. 互阻放大器模型互阻放大器模型4. 互导放大器模型互导放大器模型问题问题1：四种放大器对输入、输出电阻的要求？四种放大器对输入、输出电阻的要求？问题问题2：四种放大器模型可以相互转换？如何转换？四种放大器模型可以相
25、互转换？如何转换？291. 输入电阻输入电阻3类类与放大有关的与放大有关的 与失真有关的与失真有关的与能量转换有关的与能量转换有关的 增益、输入电阻、输出电阻增益、输入电阻、输出电阻非线性失真、线性失真非线性失真、线性失真最大输出功率、转换效率最大输出功率、转换效率1.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1.2 放大电路的基本概念放大电路的基本概念302. 输出电阻输出电阻所以所以另一方法另一方法注意：输入、输出电阻为交流电阻注意：输入、输出电阻为交流电阻 1.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标313. 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
26、控制制下下，将将供供电电电电源源能能量量转换为输出信号能量的能力转换为输出信号能量的能力其中其中四种增益四种增益常常用用分分贝贝（dBdB）表表示示 1.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标32 4. 最大输出幅值最大输出幅值来表示。来表示。 通常把非线性失真系数达到某一规定值（例如通常把非线性失真系数达到某一规定值（例如5%）时）时的输出幅值称为最大输出幅值，用的输出幅值称为最大输出幅值，用或或 5. 最大输出功率与效率最大输出功率与效率效率：效率：输出信号功率输出信号功率Po 与直流电源提供的平均与直流电源提供的平均功率功率PV的比值。的比值。 1.2.2 放大电路的主要性
27、能指标放大电路的主要性能指标最大输出功率最大输出功率:在输出信号基本不失真的情况下能输出在输出信号基本不失真的情况下能输出的最大功率，记作的最大功率，记作Pom 。 即：即：33 6. 非线性失真非线性失真图图1.2.4 线性传输特性与线性放大线性传输特性与线性放大 图图1.2.5 非线性传输特性与非线性失真非线性传输特性与非线性失真放大器的非线性失真的程度可用非线性失真系数放大器的非线性失真的程度可用非线性失真系数D来表示，定义为：来表示，定义为： 式中式中V1、V2、V3、分别为基波和各次谐波的幅值分别为基波和各次谐波的幅值 1.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标削波削波
28、34 7. 频率响应及带宽（频域指标）频率响应及带宽（频域指标）实际的信号实际的信号 多个正弦波的叠加多个正弦波的叠加增益与正弦信号增益与正弦信号频率的关系频率的关系2个问题：个问题：B、Av为什么是为什么是 f 的函的函数？如何表达？数？如何表达？A、多个正弦频率成分的多个正弦频率成分的放大程度不同，会产生放大程度不同，会产生什么危害？什么危害？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 1.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标35频率失真频率失真（线性失真线性失真）幅度失真：幅度失真： 对对信信号号的的不不同同频频率率成成分分增增益益不同，产生的失真。不同
29、，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二次谐波二次谐波AV=2基波基波AV=1A.A. 多个正弦频率成分的放大程度不多个正弦频率成分的放大程度不同，会产生什么危害？同，会产生什么危害？相位失真：相位失真： 对对信信号号的的不不同同频频率率成成分分相相移移不同，产生的失真。不同，产生的失真。 7. 频率响应及带宽（频域指标）频率响应及带宽（频域指标） 1.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标36幅度失真：幅度失真： 对对信信号号的的不不同同频频率率成成分分增益不同，产生的失真。增益不同，产生的失真。相位失真：相位失真： 对对信信号号的的不不同同频频
30、率率成成分分相移不同，产生的失真。相移不同，产生的失真。频频率率失失真真线线性性失失真真37频率响应频率响应电压增益表示为电压增益表示为 在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率 连续变化的稳态响应。连续变化的稳态响应。或写为或写为其中其中B、Av为什么是为什么是 f 的函数？如何表达？的函数？如何表达？原因：放大电路存在电抗元件，如电容、电感。原因：放大电路存在电抗元件，如电容、电感。 7. 频率响应及带宽（频域指标）频率响应及带宽（频域指标） 1.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标38普通音响系统放大电路的幅频响应普通音响系统放大电
31、路的幅频响应新问题新问题：如何避免频率失真？：如何避免频率失真？中频区中频区高频区高频区低频区低频区频域频域指标指标信号的带宽信号的带宽 放大器的带宽放大器的带宽直流放大电路的幅频响应直流放大电路的幅频响应与此有何区别？与此有何区别？ 若输入若输入5050kHzkHz的正弦波的正弦波是否会产生频率失真？是否会产生频率失真？ 7. 频率响应及带宽（频域指标）频率响应及带宽（频域指标） 1.2.2 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标39基本要求基本要求 n了解电子系统的组成了解电子系统的组成n模块化思路模块化思路n了解信号的描述及分类方法了解信号的描述及分类方法 n熟悉放大概念、放大电路模型和放大电路熟悉放大概念、放大电路模型和放大电路主要性能指标主要性能指标 40 vCE、iB 表示总表示总量量 VCE、IB 表示表示直流量直流量 vce、ib 表示纯表示纯交流量交流量书中有关符号的约定书中有关符号的约定 表示正弦相表示正弦相量量vAB= VDC + vaciA = IDC + ia例如：例如：41
