1、 主講 楊永明模擬電子技術 主講 楊永明 課程概述1.2 電子系統與信號1.1 課程的特點及學習要點 課外作業 : 教材第1章 習題 1.1, 1.3 參考內容: 教材第1章 （1） “三基”內容多 本門課程的重點內容是放在電路分析上，以研究信號（模擬信號）的傳輸、放大、控制等有關的基本單元電路和多級集成電路的應用為主線，涉及到的 基本概念 和專業術語、基本原理和基本分析方法與其它前導課內容相比不但多，而且復雜。同學們在學習開始階段就會遇到一定困難。因此，學好入門基礎知識（1、2、 3、4、5、6講內容）是學好本門課程的關鍵。 1. 1 課程的特點及學習要點1.本門課程的特點 （2） 工程技術

2、性強 由于電子元、器件的參數分散性大，在分析計算電路技術指標時，常采用近似計算法或工程估算法。要求初學者盡快適應和掌握。 （3） 實踐性強 理論研究的的多種放大電路，必須通過實驗進行調試和測量，才能應用。因此本門課程的實驗內容較多，工程實踐性強。通過實驗培養學生學會使用常用電子儀器，學會調試、測量電路的基本方法，提高實踐動手能力，提高分析問題和處理問題的能力。 1. 1 課程的特點及學習要點1.本門課程的特點在入門階段要以聽課為線索；建立工程的觀念、系統的觀念、科學進步的觀念、實踐的觀念；特別注意電路原理在電子電路分析中的應用。2 學習方法3 考試方法平時成績： 20% ； 期末閉卷：80%2

3、. 學習要點3. 考試方法 教 材： 模擬電子技術基礎 唐治德主編，科學出版社 學習參考書 ： 模擬電子技術基礎第三版 清華大學 童詩白 華成英 主編 電子技術基礎（模擬部分) (第五版) 康華光主編，高等教育出版社 電子技術基礎模擬部分（第五版） 習題解析 馬謀 董威 主編 第 1 講 課程概述 重點內容： 電子器件、電子電路、電子系統簡介，信號與頻譜 ，課程特點與學習要點第2講 放大電路基礎及集成運算放大電路重點內容：放大電路的概念、放大電路的等效模型、放大電路的主要性能指標；運放的開環傳輸特性、線性模型、非線性模型及工作狀態。 第3講 負反饋放大電路重點內容：負反饋的基本概念與分類，負反

4、饋放大電路的 4種基本組態及判斷方法，負反饋放大電路的方框圖，深度負反饋電路的計算，負反饋對放大電路性能的改善。 第4講 集成運放的線性應用電路重點內容：基本放大及運算電路的電路結構及分析方法（參考教材第 4 章內容）；有源濾波電路的基本原理及分類，傳遞函數（參考教材中 5.1, 5.2 內容）。 第 5 講 二極管及其基本電路重點內容： 半導體基礎知識, 半導體二極管類型、特性及參數, 穩壓、限幅等二極管應用電路分析（參考教材中第 6 章 內容）。 第6講 晶體管及其放大電路 重點內容： 晶體管的結構、符號、特性、參數，基本放大電路及分析方法，放大電路的頻率響應概念（參考教材中第 7 章內容

5、）。 第7講 功率放大電路 重點內容：功率放大器的特點、互補對稱功率放大電路的分 析與計算（參考教材中 9.4 內容）。 第8講 集成運放的非線性應用電路 重點內容：電壓比較器 （參考教材中 10.5 內容）、非正弦波 發 生器的工作原理及電路分析（參考教材中 11.2 內容）。第 9 講直流穩壓電源重點內容：整流電路，電容濾波電路，串聯型直流穩壓電路、集成穩壓器及其應用 （參考教材 12 章內容）。 什么是電子技術 電子技術就是研究電子器件、電子電路、電子系統及其應用的科學技術。 電子器件 電子器件是指電真空器件、半導體器件和集成電路等。 1） 電真空器件：是以電子在高度真空中運動為基礎的器

6、件，如電子管、示波管、顯象管、雷達熒光屏和大功率發射管等。 1.2 電子系統與信號 2） 半導體器件：是以帶電粒子（電子和空穴）在半導體中運動為工作基礎的器件，如半導體二極管、三極管、場效應管等。 3） 集成電路： 將一定數量的元器件及電路集成在很小的芯片上的固體電路。按集成的元器件數量的多少又分為小規模、中規模、大規模集成電路，它體現了新工藝、新器件、新電路和新技術的綜合水準，是一種獨具特點的的電子器件。如集成運放、集成乘法器、集成計數器、計算機的中央處理器 CPU 等。 電子系統 電子系統是指由若干相互聯接、相互作用的基本電路組成的具有特定功能的電路整體。1.2 電子系統與信號電子系統 電

7、子系統是指由若干相互聯接、相互作用的基本電路組成的具有特定功能的電路整體。例如， 有線擴音系統拾音器音頻放大器揚聲器音頻放大器：實現電壓和功率放大的電子電路，是擴音系統的核心。電壓（弱）電壓電流（強）聲音（強）聲音（弱） 信號1. 信號： 信息的載體溫度波動曲線1.2 電子系統與信號2. 電信號源的電路表達形式電子系統RS+-vS電壓源等效電路電流源等效電路電子系統RSiS1.2 電子系統與信號3. 電信號的時域與頻域表示A. 正弦信號時域頻域1.2 電子系統與信號時域頻域B. 方波信號 滿足狄利克雷條件，展開成傅里葉級數頻譜：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

8、布，稱為該信號的頻譜。1.2 電子系統與信號C. 非周期信號時域傅里葉變換：周期信號 離散頻率函數非周期信號連續頻率函數 非周期信號包含了所有可能的頻率成分 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。頻域1.2 電子系統與信號 模擬信號和數字信號模擬信號：在時間和幅值上都是連續的信號。數字信號：在時間和幅值上都是離散的信號。模擬 (Analog)電路: 處理模擬信號的電路。數字(Digital)電路：處理數字信號的電路。1.2 電子系統與信號2 放大電路的基礎及集成運算放大器2.1 放大電路的基礎2.2 集成運算放大器課外作業 教材第2章習題 2.1，2.2, 2.3, 2.

9、5, 2.10 2.1 放大電路的基本知識 模擬信號放大及放大電路模型 放大電路的主要性能指標1. 模擬信號的放大 信號送入放大電路放大指的是放大的輸出信號除了幅值增大外，應是輸入信號的重現，輸出信號的任何變形，都被認為是產生了失真。 2.1.1 模擬信號放大及放大電路模型 1. 模擬信號的放大電壓增益（電壓放大倍數）電流增益互阻增益互導增益信號源負載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 模型僅對輸入小信號,輸入信號頻率在一定范圍

10、內等效 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）理想情況 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？ 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isiiAisiiio 關心輸出電流與輸入電流的關系3) 互阻放大模型（自看）4) 互導放大模型（自看） 2 放大電路模型5) 隔離放

11、大電路模型輸入輸出回路沒有公共端 ？復習思考題1 某放大電路輸入信號為10pA, 輸出為500mV, 它的增益是多少？ 屬于那一類放大電路？2 某電唱機拾音頭內阻為 1M , 輸出為1V（有效值）,如果直接將它與10 揚聲器相接，揚聲器上的電壓為多少？如果在拾音頭與揚聲器之間接入一個放大電路，它的輸入電阻Ri= 1M ,輸出電阻 Ro= 10 ,電壓增益為1，試求這時揚聲器上的電壓。該電路使用那一類電路模型最方便？ 2.1.1 模擬信號放大及放大電路模型 2.1.2 放大電路的主要性能指標1 輸入電阻vsvi 2 輸出電阻注意：輸入、輸出電阻為交流電阻另一方法(測試的方法) 2.1.2 放大電

12、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？常用分貝（dB）表示 2.1.2 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變化的穩態響應，稱為放大電路的頻率響應。或寫為其中 2.1.2 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 普通音響系統放大電路的幅頻響應該圖稱為波特圖縱軸：dB橫軸：對數坐標 2.1.2 放大電路的主要性能指標4.

13、 頻率響應及帶寬（頻域指標）A.頻率響應及帶寬 其中普通音響系統放大電路的幅頻響應高頻區中頻區低頻區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有何區別？ 2.1.2 放大電路的主要性能指標4 頻率響應及帶寬（頻域指標）B.頻率失真（線性失真）幅度失真： 對不同頻率的信號增益不同，產生的失真。基波二次諧波輸入信號輸出信號基波二次諧波 2.1.2 放大電路的主要性能指標 相位失真 對不同頻率的信號相移不同，產生的失真。相位失真：輸入信號二次諧波二次諧波基波基波輸出信號4 頻率響應及帶寬（頻域指標） 問題:對于具有上圖幅頻響應的放大電路，若輸入50kHz的正弦波

14、，是否會產生頻率失真？ 2.1.2 放大電路的主要性能指標5 非線性失真 由元器件非線性特性引起的失真。 2.1.2 放大電路的主要性能指標最大不失真輸出電壓幅度 定義為：在負載容許的非線線失真系數的條件下，當輸入電壓再增大就會使輸出電壓產生非線性失真時的輸出電壓幅度。 非線性失真系數ooo 在容許的非線線失真系數的條件下，負載能夠獲得的最大平均信號功率稱為最大輸出功率（Pom）。 通常，它與最大不失真輸出電壓幅度的平方成正比。6 最大輸出功率和效率 輸出功率源于直流電源發出的平均功率（Pv）。 效率定義為最大輸出功率與直流電源發出的平均功率之比的百分值，即2.2 集成運算放大器2.2.1 運

15、算放大器的基本概念2.2.2 運算放大器的線性模型 運算放大器的開環增益頻率特性2.2.4 運算放大器的非線性模型2.2.1 運算放大器的基本概念 集成運算放大器簡稱為運算放大器（Operational Amplifier）或運放（OP），是一種特殊類型的高增益集成電路放大器。運算放大器的開環電路運放LM741的封裝圖 運放的內部電路主要由半導體元件和電阻元件組成，通常不包含電抗元件，全部元件集成制造在只有針尖大小的硅芯片上，封裝后形成電子器件。 +RLRNRP RP + VEEVCCRLRN +-VEEVCCRLRNRP +電路符號1 運算放大器的開環電路 運算放大器同相輸入端反相輸入端輸出

16、端正、負電源端電位參考節點輸入信號電源用節點電位表示理論上，電源不直接產生輸出信號開環：信號只能從輸 入端傳遞到輸出端 2 差模信號和共模信號 +RLRNRP 任意輸入信號可分解為差模信號和共模信號： +RLRNRP 共模抑制比3 主要性能指標 在電子系統中，差模信號是有用信號，需要增強； 共模信號則是無用信號或誤差信號，應該抑制。 所以，運算放大器的差模增益 (也即開環增益 Avo)很大，通常可達104（80dB）以上，而共模增益卻很小，導致共模抑制比很大，通常可達103（60dB）以上。Vidmax-VidmaxVOsat+VOsat-Vidl-Vidl4 運算放大器的開環傳輸特性 運算放

17、大器的輸出電壓與差模輸入電壓的函數關系稱為開環傳輸特性。 整體非線性局部線性線性區：飽和區：線性范圍：飽和電壓VOsat+、 VOsat-差模輸入電壓Vidmax、 -Vidmax例如，運算放大器LM741通常作用的電源電壓為15V，開環差模電壓增益為105。其VOsat+ =15V，VOsat-=-15V， Vidmax=13V， Vidl=0.15mV。所以，實際高增益運算放大器的線性區很窄，開環工作通常處于飽和區（非線性區）。 由于開環增益很大和輸出電壓有限，實際運放的開環特性抽象為理想的開環特性。 Vidmax-VidmaxVOsat+VOsat-o 具有理想開環特性的運放稱為理想運放

18、。 理想運放的開環增益、帶寬和輸入電阻是無窮大，輸出電阻為0，VOsat+=VOsat-= VCC 。 +RL當輸入信號很小（）時，運算放大器工作在線性區。應用疊加原理 2.2.2 運算放大器的線性模型(小信號模型) 因此，應用戴維寧定理，可以構造出運算放大器的線性模型（小信號模型），即線性等效電路. Rid2Ric2RicRo+-+RL運放的簡化小信號模型RidRo+-+Rid2Ric2RicRo+-+RL 通常，開環電壓增益可達104（80dB）以上，共模抑制比可達103（60dB）以上。 差模信號和共模信號是同一數量級的量。實際運算放大器的輸出電壓主要取決于差模輸入信號和開環電壓增益。 運算放大器的模型選擇進行信號分析時，選擇小信號模型：運放的簡化小信號模型RidRo+-+進行誤差分析時，選擇小信號誤差模型，并令信號為零：Rid2RicRo+-+RLVID/2VID/22.2.3 運算放大器的開環增益頻率特性 當信號頻率很小時，電荷積累效應不明顯，可以不考慮它對運算放大器增益的影響。 但是，當信號頻率足夠大時，電荷積累效應將明顯地使增益隨頻率增大而減小。-2