模拟电子技术基础

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团结 勤奋 求实 创新

1.1 、电子系统与信号

1.2 、放大电路的基础知识

1.3 、学习内容

1.4 、学习方法

1.1 电子系统与信号

一、电子技术：无确切定义。因为近年来它发展迅猛，分支庞杂。有种说法为“凡是研究含有电子器件的电路、系统及应用的学科”。　　二、发展历程： 以电子器件的更新换代为标志！ 电子学近百年发展史上三个重要里程碑：1904 年电子管发明（真正进入电子时代）1948 年晶体管问世60 年代集成电路出现 (SSI 、 MSI 、 LSI 、 VLSI)

三、三、若干蓬勃发展的研究若干蓬勃发展的研究方向方向

纳米电子学

单芯片系统 (system on chip)微型卫星和纳米卫星应用，一片单芯片系统＝一颗卫星

纳米空间电子所表现出来的特性（波动性）和功能

生物电子学生物芯片、计算机

微机电系统 (Micro Electro Mechanical Systems ， MEMS)是一种外形尺寸在毫米量级，组成元器件尺寸在纳米、微米量级的可运作微型机电装置。将信号探测、处理、控制和执行各子系统集成于一体。德国工程师制成黄蜂大小的能升空的直升飞机应用：军事（小型间谍飞机）

微电子战争信息化武器，例如精确制导武器。它们实质上是一种能够获得和利用被攻击目标所提供的位置信息修正自己的弹道以准确命中目标的弹药。具有一定的智能。

海湾战争和最近北约空袭南斯拉夫实际上是微电子技术战争。多国部队实施的电子侦察、电子干扰与反干扰的各种电子措施。使伊军的引导雷达和防空雷达等许多重要的电子技术装备失灵。从而掌握整个战争的制空权、制海权和主动权。

1.2 放大电路的基础知识放大是最基本的模拟信号处理功能，它是通过放大电路实现的，大多数模拟电子系统中都应用了不同类型的放大电路。放大电路也是构成其他模拟电路，如滤波、振荡、稳压等功能电路的基本单元电路。

“ 放大” 的含义

一是能将微弱的电信号增强到人们所需要的数值（即放大电信号），以便于人们测量和使用；

二是要求放大后的信号波形与放大前的波形的形状相同或基本相同，即信号不能失真，

一、模拟信号放大

放大电路的一般符号如图所示， Vs 为信号源电压， Rs

为信号源内阻， Vi 和 Ii 分别为输入电压和输入电流，RL 为负载电阻， Vo 和 Io 分别为输出电压和输出电流。在实际应用中，根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大电路可分为四种类型。

1. 如果只需考虑电路的输出电压 Vo 和输入电压 Vi 的关系，则可表达为： Vo = AvVi

式中 Av 为电路的电压增益。这种只考虑电压增益的电路称为电压放大电路。2. 同样，若只考虑图中放大电路的输出电流 Io 和输入电流 Ii 的关系，则可表达为： Io = AiIi

式中 Ai 为电流增益，这种电路称为电流放大电路。3.当需要把电流信号转换为电压信号，则可利用所谓互阻放大电路，其表达式为： Vo=ArIi

式中 Ii 为放大电路的输入电流， Vo 为输出电压， Ar 为互阻增益，其量纲为欧。

4.把电压信号转换为与之相应变化的电流输出的关系可表达为： Vi=AgVi

式中 Ag称为放大电路的互导增益，它具有导纳量纲 S 。相应地，这种放大电路得名为互导放大电路。

二、放大电路模型

Av=Vo/Vi=AvoRL/(RL+Ro)

1 、电压放大电路模型

2 、电流放大电路模型

Ai=Io/Ii=AisRL/(RL+Ro)

3 、互阻放大电路模型

4 、互导放大电路模型

三、放大电路的主要性能指标

输入电阻 Ri 和输出电阻 Ro 可用图来表示。如图所示，输入电阻等于输入电压 Vi 与输入电流 Ii 的比值，即Ri=Vi/Ii 。输入电阻 Ri 的大小决定了放大电路从信号吸取信号幅值的大小。

1 、输入电阻 R

i

当定量分析放大电路的输入电阻 Ri时，一般可假定在输入端外加一测试电压 ，如图所示，根据放大电路内的各元件参数计算出相应在的测试电流 ，则 Ri=VT/IT

2 、输出电阻 R

i

当定量分析放大电路的输出电阻 Ro时，可采用图示的方法。在信号源短路（ Vs=0 ，但保留 Rs ）和负载开路（ RL= ¥ ）的条件下，在放大电路的输出端加一测试电压 ，相应地产生一测试电流 ，于是可得输出电阻为 Ro=VT/IT

根据这个关系，即可算出各种放大电路的输出电阻

3 、增益

用分贝表示的电压增益和电流增益分别如下式所示：

电压增益 =20lg|Av| dB

电流增益 =20lg|Ai | dB

由于功率与电压（或电流）的平方成比例，因而功率增益表示为 :

功率增益 =10lgAp dB

4 、频率响应和带宽1)频率响应。

如前所述的放大电路模型是极为简单的模型，实际的放大电路中总是存在一些电抗性元件，如电容、电感、电子器件的极间电容以及接线电容与接线电感等。因此，放大电路的输出和输入之间的关系必然和信号频率有关。放大电路的频率响应所指的是，在输入正弦信号情况下，输出随频率连续变化的稳态响应。

若考虑电抗性元件的作用和信号角频率变量，则放大电路的电压增益可表达为： Av(j ω)=Vo (j ω) /Vi (j ω)

式中 ω 为信号的角频率， AV （ ω ）表示电压增益的模与角频率之间的关系，称为幅频响应；而 j （ ω ）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，称为相频响应，二者综合起来可全面表征放大电路的频率响应。

4 、频率响应和带宽2)带宽

图示幅频响应的中间一段是平坦的，即增益保持常数 60dB ，称为中频区。在 20Hz 和 20kHz两点增益分别下降 3dB ，而在低于 20Hz 和高于 20kHz 的两个区域，增益随频率远离这两点而下降。在输入信号幅值保持不变条件下，增益下降 3dB 的频率点，其输出功率约等于中频区输出功率的一半，通常称为半功率点。一般把幅频响应的高、低两个半功率点间的频率差定义为放大电路的带宽，即

BW = fH - fL

式中， fH 是频率响应的高端半功率点，也称为上限频率，而 fL则称为下限频率。由于通常有 fL << fH 的关系，故有 BW » fH 。

从信号的频谱一节的讨论可知，理论上许多非正弦信号的频谱范围都延伸到无穷大，而放大电路的带宽却是有限的，并且相频响应也不能保持常数。例如图中输入信号由基波和二次谐波组成，如果受放大电路带宽所限制，基波增益较大，而二次谐波增益较小，于是输出电压波形产生了失真，这叫作幅度失真。

当放大电路对不同频率的信号产生的相移不同时也要产生失真，称为相位失真，在图中，如果放大后的二次谐波滞后了一个相角，输出电压也会变形。由傅里叶级数或傅里叶反变换也可反映出，无论频谱函数还是相位谱函数发生变化，相应的时间函数波形都会由此而失真。幅度失真和相位失真总称为频率失真，它们都是由于线性电抗元件所引起的，所以又称为线性失真，以区别于因为元器件特性的非线性造成的非线性失真。

信号的另一种失真是由放大电器件的非线性特性所引起的。放大器件包括分立器件（如半导体三极管等）和集成电路器件（如集成运算放大器等）。对于分立器件放大电路来说，电子电路设计工作者应设法使它工作在线性放大区。当要求信号的幅值较大，如多级放大电路的末级，特别是功率放大电路，非线性失真难以避免。

对于集成运算放大器，通常是由正、负双电源供电，当输出信号的幅值接近双电源值时，其输出将产生非线性失真，称为饱和失真。有关上述非线性失真的细节，将在后续各章讨论。

4 、非线性失真

1 、技术基础课 　本课程是研究各种半导体器件的性能、电路及其应用的学科。

1.3 、学什么？（ What ）

2 、 具 体 研 究 对象 电子技术几种典型分类：

（ 1 ）按处理信号：模拟 (A) 数字 (D) 　 （ 2 ）按信号频率：高频 中频 低频 （ 3 ）按应用方向：汽车、医疗、消费

被测

对象传感器

信号调

理电路

显示

记录

控制

执行温度

压力

流量

液位

等等

非电量 电量

放大

滤波

线性化

变换

等等

3.典型应用 -- 简单测控系统

*若配以微机、单片机或 DSP 等，并利用信号处理技术

可设计智能系统。

4 、预期学习效果在高校学生多有“软件强，硬件弱” 、“数字强，模拟弱”的情况下，拟通过课程学习，初步具备以下四种能力：“看、算、选、干”，成为当今社会急需的电路设计人才。本课程重点培养看算能力，并贯穿选干的思想。但选干能力尚需配合实践和后续的其他教学环节进一步加强。

1.课程特点1 ）规律性

2 ）非线性

3 ）工程性

4 ）实践性

基本电子电路的组成具有规律性

半导体器件具有非线性即近似性。抓主要矛盾实验和设计－硬软件 (EDA) 实验室

1.4 、怎么学？（ How ）

2. 具体要求 1 ）抓“三基”：基本概念、基本原理、基本分析方法 2 ）平时测验和作业以 30%记入期末总成绩

3 ）鼓励实践与创新。合格设计作品加分

参考教材主要有： 1. 康华光：“电子技术基础” 模拟部分 ED4 或 ED4 ，高教出版社。 2. 童诗白：“模拟电子技术基础” ED3 ，高教出版社。