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结暑散告
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1 模拟电子技术主讲教师 : 王庆凤 Emal:wangqf@jlu.edu.cn

2 模拟电子技术参考资料参考教材康华光电子技术基础模拟部分 ( 第五版 ) 高等教育童诗白模拟电子技术基础 ( 第四版 ) 高等教育华成英模拟电子技术基本教程清华大学出版社习题集模拟电子技术基础解题指南清华大学模拟电子技术常见题型解析及模拟题西北工业大学模拟电子技术基础学习与解题指南华中科技大学

3 电子技术的发展 1947 年贝尔实验室诞生了第一支晶体管 ; 体积小, 功率低 11 年后产生了集成电路 ; 又 11 年后产生了大规模集成电路 ; 又 6 年后产生了超大规模集成电路 ;

4 模拟电子技术特点工程性 : 实践性 : 可行性, 估算, 抓住主要矛盾和矛盾的主要方面电子电路归根结底是电路常用电子仪器的使用方法 ; 电子电路的测试方法 ; 故障的诊断和排除的方法 ; EDA 软件的应用方法

5 怎样学和学习的目的 1. 要抓概念 2. 要抓基本电路 3. 要抓基本分析方法 4. 学会辨证全面地分析电子电路中的问题 5. 电路中的定理在电子技术中的应用 1. 掌握基本概念基本电路基本分析方法和基本实验技能 ; 2. 立足于基础, 放眼于未来

6 几个观念 : 系统的观念 ; 工程观念 ; 科技进步的观念 ; 创新意识的培养考察方法 : 1. 会看, 定性分析 ; 2. 会算, 定量估算 ; 3. 会选, 提出需求, 用什么电路? 4. 会调, 实践能力

7 1.1 信号信号的频谱模拟信号和数字信号 1.4 放大电路模型 1.5 放大电路的主要性能指标

8 第一章绪论 1.1 信号信号信号是信息的载体, 反映消息的物理量, 如声音信号图像信号温度信号等 ; 信息需要借助于某些物理量的变化来表示和传递 ; 非电量容易转换成电信号, 电信号容易传送和控制, 信息通过电信号进行传送变换存储提取等 ; 须先经过传感器将非电量转换为电信号

9 1.1 信号 2. 电信号源的电路表达形式传感器信号源等效电路电压源等效电路电流源等效电路

10 1.1 信号电信号 : 随时间而变化的电压 u 或电流, uf(t) 或 f(t), 并可画出其波形微音器输出的某一段信号的波形

11 1.2 信号的频谱 1. 电信号的时域与频域表示 A. 正弦信号时域 v( t ) Vm sn( ωt + θ) 2π T ω ω ω 2π f

12 1.2 信号的频谱 1. 电信号的时域与频域表示 v T 2π ω B. 方波信号满足狄利克雷条件, 展开成傅里叶级数 v V S VS 2V S 1 1 t) + (sn ωt + sn 3ωt + sn 5ω t 2 π 3 5 ( 2π T V S 2 T 2 方波的时域表示 + ) 其中 ω 直流分量 V 2V S 1 基波分量 π 3 三次谐波分量 2 S π t

13 1.2 信号的频谱 2. 信号的频谱频谱 : 将一个信号分解为正弦信号的集合, 得到其正弦信号幅值和相位随角频率变化的分布, 称为该信号的频谱 B. 方波信号 VS 2V S 1 1 t ) + (sn ω t + sn 3 ω t + sn 5 ω t 2 π 3 5 v ( 表现为一系列频率上的幅值 + ) 且随着谐波次数的递增, 幅值总的趋势是减小的幅度谱相位谱

14 1.2 信号的频谱 C. 非周期信号傅里叶变换 : 周期信号非周期信号离散频率函数连续频率函数非周期信号包含了所有可能的频率成分 ( ω < ); 通过快速傅里叶变换 (FFT) 可迅速求出非周期信号的频谱函数气温波形气温波形的频谱函数 ( 示意图 )

15 模拟信号和数字信号模拟信号在时间和幅度是上都是连续变化的, 在一定动态范围内可取任意值模拟电路 f(t) 处理模拟信 f(t) 1. 时间离散, 幅度连续 ; 号的电路 f(t) 2. 时间离散, 幅度离散 ; f(t) 3. 时间连续, 幅度离散 ; 由数字信号处理电路例 : 水银温度计显示的温度值属于哪一类信号, 气象观测 t 1 t 3 t 5 员定时从水银温度计读出的温度值属于哪一类信号? t 1 t 2 t 3 t 4 t 5... t 1 t 2 t 3 t 4 t 5... t 2 t 4... t t t t

16 放大电路的基本知识 1.4 放大电路模型放大的概念 ; 放大是最基本的模拟信号处理功能 ; 是构成其他模拟电路的基本单元 ; 放大电路的本质是能量的控制和转换 ; 将原物形状或大小按一定比例放大了 ; 放大前后能量守恒 ; 放大的对象是变化量

17 放大电路的基本知识模拟信号放大电压放大电流放大互阻放大互导放大 V I V I A V V A I I A R I A G V 电压增益电流增益互阻增益互导增益

18 1.4 放大电路模型电压放大电路模型电压放大适用于信号源内阻 R S 较小, 负载电阻 R L 较大的场合 V AV A V V V V R L AV RL + R R L RL + R 输出开路 (R L ) 时的电压增益 R R 应尽量 <<R L, 以减小信号的衰减 V R S R + R V S R 当 R >>R S 时, 才能减小信号的衰减

19 电流放大 1.4 放大电路模型电流放大电路模型适用于信号源内阻 R S 较输出短路 (R I AIS I L ) 大, 负载电时的电流增益 RL R 阻 R L较小的 I 场合 R AI A IS R RL + R I R + R 应尽量 >> R L, 以减小信号的衰减 RS R + R I I S R S 当 R <<R S 时, 才能减小信号的衰减

20 互阻放大适用于信号源内阻 R S 较大, 负载电阻 R L 较大的场合 V AR 互阻放大电路模型放大电路模型 A R I V I R L AR R L + R R L RL + R 输出开路 (R L ) 时的互阻增益 R R 应尽量 << R L, 以减小信号的衰减 RS R + R I I S R S 当 R <<R S 时, 才能减小信号的衰减

21 1.4 放大电路模型互导放大电路模型互导放大适用于信号源内阻 R S 较小, 负载电阻 R L 较小的场合根据信号源的性质和负载的要求选择电路模型 I AG A GS V I V R L AGS R + R L R R + R 输出短路 (R L ) 时的互导增益 R R 应尽量 >> R L, 以减小信号的衰减 R + V S R RS R V 当 R >> R S 时, 才能减小信号的衰减

22 1.4 放大电路模型为了提高安全性和抗干扰能力, 普遍采用隔离放大输入输出回路没有公共端

23 1. 输入电阻 R 1.5 放大电路的主要性能指标输入电阻的大小决定了放大电路从信号源吸取信号幅度的大小 R V T I T 输入为电压信号的放大电路,R 越大, 输入端的 V 越大输入为电流信号的放大电路,R 越小, 输入端的越大 I

24 1.5 放大电路的主要性能指标 2. 输出电阻 R 输出电阻的大小决定了放大电路带负载能力的大小 R V T R I T V S 开路输出电压短路输出电流输出为电压信号的放大电路,R 越小, 负载电阻 R L 变化对影响越小 2 RL V V A V V P R + R R L L 输出为电流信号的放大电路,R 越大, 负载电阻 R L 变化对 I 影响越小 R 2 I AIS I P I R L RL + R V 的的

25 两个放大电路相连输入和输出电阻是描述电子电路中相互连接时所产生的影响而引入的参数放大电路 2 的输入电阻是 1 的负载电阻, 而放大电路 1 可看成 2 的信号源, 内阻就是 1 的输出电阻注意 : 输入输出电阻为交流电阻输出电阻为交流电阻

26 1.5 放大电路的主要性能指标 3. 增益反映放大电路在输入信号控制下, 将供电电源能量转换为输出信号能量的能力四种增益其中 A v A v A v v 电压增益 2 lg Av o A o (db) A r v 常用分贝 (db) 表示 o A g v o 电流增益 2lg A (db) 例功率增益 : 放大电路的增益为 1lg A 1 P (db) 倍, 应为多少 db? 放大电路的增益为 -2dB, 应为多少倍?

27 1.5 放大电路的主要性能指标 4. 频率响应 A. 频率响应及带宽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, 称为放大电路的频率响应电压增益可表示为 A v (jω) V o (jω ) V (jω) V o (jω ) [ ϕ ( ) ( (j ) )] o ω ϕ ω V ω 或写为 A v A v ( ω ) ϕ ( ω ) 其中 A v A V o(jω) ( ω ) V (jω) 称为幅频响应 ϕ( ω ) ϕ ω o ( ω ) ϕ ( ) 称为相频响应

28 1.5 放大电路的主要性能指标 4. 频率响应 A. 频率响应及带宽普通音响系统放大电路的幅频响应其中 f H f L 上限频率下限频率该图称为波特图纵轴 :db 横轴 : 对数坐标 BW f H f L 称为带宽当 f H >> f 时, BW L f H

29 线性失真频率失真 1.5 放大电路的主要性能指标幅度失真 : 对不同频率的信号增益不同产生的失真相位失真 : 对不同频率的信号相移不同产生的失真

30 1.5 放大电路的主要性能指标 5. 非线性失真由元器件非线性特性引起的失真 (a) 分立元件 ( 三极管 ) 设计时要使其工作在线性区 (b) 集成运放, 当输出信号的幅值接近双电源值时, 将引起饱和失真正弦信号输入时非线性失真系数 : γ k 2 V V o1 2 ok 1% V o1 是输出电压信号基波分量的有效值,V ok 是高次谐波分量的有效值,k 为正整数 end

31 1.6 电子信息系统 1. 模拟电子系统的组成信号的信号的信号的信号的提取 ( 预 ) 处理加工执行对模拟信号最基本的处理是放大 ; 放大电路对模拟信号最基本的处理是放大 ; 放大电路是构成各种功能模拟电路的基本电路

32 电子系统结构压力 1 传感器压力 2 传感器放大... 滤波叠加温度 1 传感器组合模数转换电路计算机数据处理数模转换电路... 驱动电路驱动电路... 驱动电路执行机构执行机构... 执行机构温度 2 传感器模拟电子技术数字信号处理驱动电路模拟电子技术执行机构

33 电子信息系统的组成原则 1. 必须满足功能和性能指标的要求 ; 2. 在满足功能和性能指标的要求前提下, 电路要尽量简单 ; 3. 电磁兼容性 ; 4 系统的调试应简单方便且生产工艺 4. 系统的调试应简单方便, 且生产工艺应简单

34 电子信息系统中的模拟电路 1. 放大电路 : 用于信号的电压电流和功率放大 ; 2. 滤波电路 : 用于信号的提取变换和抗干扰 ; 3. 运算电路 : 完成一个或多个信号的加减乘除积分微分对数指数等运算 ; 4. 信号转换电路 : 用于将电流 ( 压 ) 信号转换成电压 ( 流 ) 信号将直 ( 交 ) 流信号转换成交 ( 直 ) 流信号将直流电压转换成与之成正比的频率等等 ; 5. 信号发生电路 : 用于产生正弦波矩形波三角波锯齿波等 ; 6. 直流电源 : 将 22v5Hz 交流电转换成不同输出电压和电流的直流电, 作为各种电子电路的供电电源

35 电子电路的计算机辅助分析和设计软件介绍 1. Pspce 2. Multsm