电子技术基础模拟部分课件第一章.ppt

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1、1 绪论,第一章 绪 论,课程简介：1.课程性质：模拟电子基础是高等院校电气、信息类专业知识平台重要核心课程，是学生在电子技术入门阶段的专业基础课，工程实践性很强。2.课程内容：模拟信号的产生、传输及处理方面的内容。3课程任务：掌握模拟电子的基本概念、基本知识及基本分析方法。,第一章 绪 论,4.相关课程,教材：电子技术基础模拟部分 第四版 康华光编 主要参考书：1、模拟电子技术基础 问答.例题.试题陈大钦，华中科技大学出版社 2、模拟电子技术基础童诗白，清华大学出版社 3、模拟电子技术基础彭容修，武汉理工大出版社,5.教材及参考书,关于学习方法的几点建议,1.注意系统与电路、电路与器件的关系

2、；以路为主,2.注意分析与综合的关系；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；对课后习题予以充分重视，独立完成；充分利用实验来消化、理解课程的理论内容；借助EDA软件进行仿真实验；,3.注意工程上简化分析的条件与处理方法；,4.注意理论与实践相结合：,难点：交流、直流叠加，工程分析方法,5.学习方法：认真听讲、多做练习,教学内容：第一章 绪论 第二章 半导体二极管及其基本电路 第三章 半导体三极管及放大电路基础 第四章 场效应管放大电路 第五章 功率放大电路 第六章 集成电路运算放大器 第七章 反馈放大电路 第八章 信号的运算与处理电路 第九章 信号产生电路 第十章 直流稳压电

3、源,2）电子电路,分立元件电路,集成电路,3）电子电路的应用：电子系统与其他系统相结合，应用在生产、生活、科研等领域。,1）电子器件:二极管、三极管、(场效应管)、运算放大器等,例如 VCD，即是一个电子系统与其他系统相结合的 应用实例。,VCD,激光传感技术,精密机械技术,电控系统（电子系统）,电子技术三个方面：,1.信号的表达方式,2.电阻的串并联，电压分压，电流分流,3.戴维南定理及诺顿定理及其相互转换,4.电路中的电位,5.受控电源,6.交、直流电路的计算问题,7.KVL KCL,对前面课程的要求,第一章 绪 论,教学内容:信号与电子系统的基本概念，以及信号的频谱特性，讨论了本书所涉及

4、的各种信号的特点。同时还讲述了模拟电路的基本单元电路放大器（模型）及其性能。,1.1 电子系统与信号1.2 放大电路的基本知识,教学要求：本章需要基本掌握各种信号的概念，对 于四种放大电路：电压放大、电流放大、互 阻放大、和互导放大的电路分析要重点掌握。学习前者的目的是为学习模拟电路与数字电路提供引导性的背景知识。重点掌握1.2放大电路的基本知识，为学习本课程后续章节打下基础。,1.1 电子系统与信号,电子系统所谓电子系统，就是由若干个相互关联、相互作用的基本电子电路组成的电路整体称为电子系统。,第一章 绪 论,例如：常见的VCD系统，在光盘上记录的声音和图像信号，是通过激光传感系统转化为电信

5、号的，而光盘的同步旋转和激光探头的移动则是通过电子系统控制的精密机械系统实现的。,可以看出，电子系统中主要是对信号进行各种处理与变换。因此要对信号的表达与特性进行了解。,在许多情况下，电子系统必须与其他物理系统相结合，才能构成完整的实用系统。,第一章 绪 论,信号及其频谱,1.信号：信号是信息的载体。声音信号是语言、音乐的载体。图象信号是图象信息的载体。2.信号源的等效电路（1）大多数物理信号都需要通过传感器转变成电信号，从而用电子系统进行处理。这时传感器相当于电子系统的一个信号源。,第一章 绪 论,电压源等效电路与电流源等效电路互相转换,（2）信号源的等效电路,第一章 绪 论,3.信号的表达

6、方式,(1)正弦波与方波的时域表达方式,Vm是正弦波的幅值,为角频率,为初始相角.当Vm、均为已知常数时，信号中就不再含有任何未知信息，是最简单的信号。正弦波信号经常作为标准信号用来对模拟电子电路进行测试。,正弦波：,方波：,第一章 绪 论,频谱：将一个周期性信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值随角频率变化的分布，称为信号的频谱。频谱图：将上述频谱用图表示称为频谱图。频谱图是周期函数的频域表达方式。,第一章 绪 论,(2)频域表达方式,第一章 绪 论,周期信号频谱的特点：离散性和衰减性,4.非周期信号的带宽,运用傅立叶变换可将非周期信号表达为一连续频率函数形式的频谱，它包含了所有可能的

7、频率（0）成分。实际物理世界的各种非周期信号，随角频率上升到一定程度，其频谱函数总趋势是衰减的。当选择适当的（截止角频率）点把频率高端截断时，并不过多的影响信号的特性。通常把保留的部分称为信号的带宽。,第一章 绪 论,1.1.3 模拟信号和数字信号,1.模拟信号：在时间上和幅值上都是连续信号。其数量在一定范围内可能取任意值。处理模拟信号的电路称为模拟电路。2.数字信号：在时间上和数量上都是离散的信号。这些量的变化在时间上不连续，总发生在一系列离散的瞬间。这些量的变化在数量上不连续，是某个最小数量单位的整数倍，小于这个某个最小数量数值没有物理意义。,第一章 绪 论,1.2 放大电路的基本知识,放

8、大电路的作用：放大电信号、构成其他模拟电路,1.2.1 模拟信号的放大,1.放大电路的表示方法：,第一章 绪 论,2.四种放大电路：在实际应用中，根据放大电路输入信号和输出信号的要求，将放大电路分成以下四种：（1）电压放大电路：o=Vi（2）电流放大电路：o=Ii（3）互阻放大电路：o=Ri（4）互导放大电路：o=Gi,第一章 绪 论,1.2.2 放大电路的模型,（1）模型：虚线框内部分，表示了电压放大的含义，而 开路输出电压受输入电压的控制。（2）输出电压：Uo=AVoUi RL/(RL+R0),1.电压放大电路的模型,第一章 绪 论,()电压增益：AV=Uo/Ui=AVoRL/(RL+R0

9、)AV的恒定性受到RL变化的影响，随RL的减小而降低，这就要求在电路设计时努力使R0RL，以尽量减少信号的衰减。理想电压放大电路R0=0。()源电压增益：AVs=U0/Us=U0/Ui*Ui/Us=AVoRL/(RL+R0)*Ri/(Rs+Ri)为了提高源电压增益，应尽量减小R0，尽量增大Ri以使RiRS，理想电压放大电路Ri=。()结论：电压放大电路适用于信号源内阻RS较小而负载Rl较大的场合。,第一章 绪 论,（）模型：AIs是输出短路时的电流增益，与电压放大电路模型不同之处，受控源AIsIi与R0并联，而输出为一个实电流源。,2.电流放大电路的模型,第一章 绪 论,（）输出电流：I0=A

10、IsIiR0/（R0+RL）（）电流增益：AI=I0/Ii=AIsR0/（R0+RL）（）源电流增益：AIs=I0/Is=AIsR0RS/（R0+RL）*（Rs+Ri）为了提高总的增益（源电流增益），应使Rs较大而RL较小。（）结论：电流放大电路适用于信号源内阻 Rs较大而RL较小的场合。,第一章 绪 论,3.互阻放大电路的模型,（1）模型：AR0是输出开路时的互阻增益，信号由受控源AR0Ii产生。（2）结论：理想状态下，互阻放大电路要求输入电阻Ri=0而输出电阻RO=0。,第一章 绪 论,4.互导放大电路的模型,（1）模型：AGS是输出短路时的互导增益，信号由受控源AGSUi产生。（2）结论

11、：理想状态下，互导放大电路要求输入电阻Ri=而输出电阻RO=。,第一章 绪 论,5.四种电路模型之间的转换,根据信号源的戴维南-诺顿等效变换定理，上述四种电路模型相互之间可以实现任意转换。,如：电压放大电路的开路电压增益为AVO，电流放大电路的开路电压增益可用短路电流增益表示为AVO=AISR0/Ri；互阻放大电路的开路电压增益可表示为AVO=ARO/Ri；互导放大电路的开路电压增益可表示为AVO=AGSR0。,第一章 绪 论,结论：一个实际的放大电路原则上可以取四类电路模型中任意一种作为它的电路模型，但是根据信号源的性质和负载的要求，一般只有其中一种模型在电路设计或分析中概念最明确，运用最方

12、便。,第一章 绪 论,6.参考点及隔离放大,（1）参考点：放大电路所有电路模型的下部，在输入和输出回路之间都有一根连线，并标以“”符号，这即是电路输入与输出信号的共同端点或参考电位点。作用：这个参考点对于分析电子电路是必要的，而且是很方便的。,（2）隔离放大：为了提高工业控制设备和医疗设备的安全性和抗干扰能力，在前极信号预放大中，普遍采用所谓的隔离放大，即放大电路的输入与输出电路（包括供电电源）相互绝缘，输入与输出信号之间不存在任何公共参考点。,第一章 绪 论,1.2.3 放大电路的主要性能指标,1.输入电阻：（）定义：输入电阻是放大器输入端向放大器看进去的方向所显示的电阻。（）意义：输入电阻

13、Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取信号电压或电流的大小。对输入为电压信号的电路，Ri越大，Ui越大；对输入为电流信号的电路，Ri越大，Ii越小。,第一章 绪 论,（）求法：在放大器的输入端外加一个测试电压UT，计算相应的测试电流IT(如上图所示)，则Ri=T/T,第一章 绪 论,2.输出电阻（）定义：输出电阻是放大器输出端向放大器看进去的方向所显示的电阻。（）意义：R0的大小决定了放大器带负载的能力。负载变化时，输出量变化较小，说明带负载能力强；输出量变化较大，说明带负载能力弱。对于输出为电压的电路，R0与负载串联，故要求R0要小，带负载能力强。对于输出为电流的电路，R0与负载并联，故要求R

14、0要大，带负载能力强。,第一章 绪 论,（）求法：在放大器信号源短路和负载开路的条件下,在放大电路的输出端加一测试电压T，计算相应的测试电流T(如上图所示)，则R0=T/T(S=0),第一章 绪 论,3.增益：（）四种增益：电压增益Av，电流增益AI，互阻增益AR，互导增益AG。（）意义：增益反映了放大电路在输入信号控制下，供电电源的能量转换为信号能量的能力。（）增益的分贝表示：两个无量纲的增益Av和Ai在工作上常用以10为底的对数表达。电压增益AV（dB）=20lg|V|dB 电流增益AI（dB）=20lg|I|dB 功率增益Pi（dB）=10lgAp dB,第一章 绪 论,4.频率响应及带

15、宽,第一章 绪 论,（1）幅频响应：AV（）表示电压增益的模与角频率之间的关系。,（2）相频响应：（）表示放大电路输出与输入正弦电压信号的相位差与角频率之间的关系。（3）波特图：表示幅频响应和相频响应的曲线，横坐标采用频率单位f，纵坐标采用对数刻度。（20lg|AV|）。,放大电路的电压增益：,相关概念：半功率点，上限频率，下限频率，带宽,（4）线性失真：幅度失真、相位失真、频率失真,（）定义：由放大器的非线形引起的失真，称为非线形失真。（）非线形失真系数：,其中：V01是输出基波分量的有效值 V0k是输出高谐波分量的有效值 k为正整数,5.非线形失真,第一章 绪 论,（3）特性：非线性失真对

16、某些放大电路的性能指标显得比较重要（如高保真度的音响系统和广播电视系统）随着电子技术的进步，目前非线性失真系数可达到不超过0.01%。,第一章 绪 论,作业:习题,补充：6.放大电路的其他指标,针对不同用途的电路，还要考虑如下指标：最大输出功率、效率、信号燥声比、抗干扰能力甚至体积、重量、工作温度、环境湿度等,第一章 绪 论,本 章 小 结模拟信号与数字信号是两种不同的信号，解决模拟信号产生、传输、处理问题的电路，在电子系统中称为模拟电路。模拟信号有时域和频域两种表达方式，二者可以通过傅立叶变换而互换。信号放大电路是最基本的模拟信号处理电路，要求掌握四种电路模型的电压增益、电流增益、互阻增益和互导增益的表达式及其单位。估算电路的输入电阻和输出电阻，相当于电路两次衰减而取得增益时的成本核算。放大电路绝不单纯是信号的放大问题，必须要考虑到放大信号品质的优劣，所以要提出多项指标来评价放大电路。,