模拟电子技术基础课绪论课件.ppt

1、主讲教师：俞亚堃主讲教师：俞亚堃1一、电子技术的发展一、电子技术的发展二、模拟信号与模拟电路二、模拟信号与模拟电路三、电子信息系统的组成三、电子信息系统的组成四、模拟电子技术基础课的特点四、模拟电子技术基础课的特点五、如何学习这门课程五、如何学习这门课程六、课程的目的六、课程的目的七、考查方法七、考查方法231904年年电子管问世电子管问世1947年年晶体管诞晶体管诞生生1958年集成电年集成电路研制成功路研制成功电子管、晶体管、集成电路比较电子管、晶体管、集成电路比较4 第一片集成电路只有第一片集成电路只有4 4个晶体管，而个晶体管，而19971997年一片集成电年一片集成电路中有路中有40

2、40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按1010倍倍/6/6年的速度增长，到年的速度增长，到20152015或或20202020年达到饱和。年达到饱和。学习电子技术方面的课程需时刻关注电子技术的发展！5 18831883年爱迪生在研究白炽灯的寿命时，年爱迪生在研究白炽灯的寿命时，在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。结果，在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。结果，他发现：金属片虽然没有与灯丝接触，但如他发现：金属片虽然没有与灯丝接触，但如果在它们之间加上电压，灯丝就会产生一股果在它们之间加上电压，灯丝就会产生一股电流，趋向附近的金属片。这股神秘的电流电流，趋向

3、附近的金属片。这股神秘的电流是从哪里来的？爱迪生也无法解释，但他不是从哪里来的？爱迪生也无法解释，但他不失时机地将这一发明注册了专利，并称之为失时机地将这一发明注册了专利，并称之为“爱迪生效应爱迪生效应”。后来，有人证明电流的产。后来，有人证明电流的产生是因为炽热的金属能向周围发射电子造成生是因为炽热的金属能向周围发射电子造成的。的。值得纪念的几位科学家！619041904年，弗莱明利用年，弗莱明利用“爱迪生效应爱迪生效应”制成了电子制成了电子二极管，并证实了电子管具二极管，并证实了电子管具有有“阀门阀门”作用，他首先被作用，他首先被用于无线电检波。世界上第用于无线电检波。世界上第一只电子管由

4、此诞生了。弗一只电子管由此诞生了。弗莱明为此获得了这项发明的莱明为此获得了这项发明的专利权。专利权。弗莱明弗莱明John John Ambrose Ambrose Fleming Fleming 人类第一只电子管的诞生，标志着人类第一只电子管的诞生，标志着世界从此进入了电子时代。世界从此进入了电子时代。7 这样，接收电子的面积大大增加了。经过实验，检波效果这样，接收电子的面积大大增加了。经过实验，检波效果十分理想。由于金属筒接正电、灯丝接负电时才有电流通过，十分理想。由于金属筒接正电、灯丝接负电时才有电流通过，因此弗莱明将金属筒称为因此弗莱明将金属筒称为“阳极阳极”，将灯丝称为，将灯丝称为“阴

5、极阴极”。这种新诞生的器件，其作用相当于一个只允许电流单向流动这种新诞生的器件，其作用相当于一个只允许电流单向流动的阀门，弗莱明就干脆把它叫做的阀门，弗莱明就干脆把它叫做“阀阀”。这种阀后人将其称。这种阀后人将其称为为“真空二极管真空二极管”弗莱明弗莱明同无线电的发明者、意大利发明家同无线电的发明者、意大利发明家马可尼马可尼的合作中已经感到，要实现远距离的无线电通信，就的合作中已经感到，要实现远距离的无线电通信，就必须有灵敏可靠的检波器。必须有灵敏可靠的检波器。“爱迪生效应爱迪生效应”引起了他的强烈兴趣。于是，他用引起了他的强烈兴趣。于是，他用一个金属圆筒代替了爱迪生所用的金属丝，套在灯丝一个

6、金属圆筒代替了爱迪生所用的金属丝，套在灯丝外面，和灯丝一起封在玻璃泡里。外面，和灯丝一起封在玻璃泡里。8李李 德福雷斯特德福雷斯特Lee de Forest Lee de Forest 李李 德福雷斯特德福雷斯特，美国科，美国科学家，被誉为电子管之父学家，被誉为电子管之父 ，19061906年他在弗莱明的二极管年他在弗莱明的二极管中放进了第三个电极中放进了第三个电极栅栅极极,只要把一个微弱的变化电只要把一个微弱的变化电压加在它的身上，就能在金压加在它的身上，就能在金属屏板上接收到更大的变化属屏板上接收到更大的变化电流，这正是电子管的电流，这正是电子管的“放放大大”作用，作用，“电子三极管电子三

7、极管”从此诞生，从而建树了早期从此诞生，从而建树了早期电子技术上最重要的里程碑。电子技术上最重要的里程碑。910它用了它用了1880018800只真空管，占地只真空管，占地15001500平方英尺（约平方英尺（约139139平方米），重约平方米），重约3030吨，每小时耗电吨，每小时耗电2020万千瓦，价万千瓦，价格格4040多万美元，运算速度只有每秒多万美元，运算速度只有每秒50005000次。这就是人次。这就是人们通常所说的世界首台电子计算机。们通常所说的世界首台电子计算机。世界首台电子计算机世界首台电子计算机ENIACENIAC二战期间，美国军二战期间，美国军方要求宾州大学为方要求宾州大

8、学为它们设计一种以真它们设计一种以真空管来取代继电器空管来取代继电器来计算炮弹弹道的来计算炮弹弹道的机器。机器。19461946年年2 2月月1414日，这种机器正日，这种机器正式投入使用了。式投入使用了。11半个多世纪以来，电子管在电子技术中立下了半个多世纪以来，电子管在电子技术中立下了很大功劳；但是电子管毕竟成本高，制造繁，体很大功劳；但是电子管毕竟成本高，制造繁，体积大，耗电多，工作温度过高和寿命短的特点限积大，耗电多，工作温度过高和寿命短的特点限制了它的使用范围制了它的使用范围 。时至今日，电子管仍在发挥作用。如电视机的时至今日，电子管仍在发挥作用。如电视机的显像管、微波炉中产生微波的

9、主要器件、在广播、显像管、微波炉中产生微波的主要器件、在广播、电视、通信发射机里的大功率发射管等。电视、通信发射机里的大功率发射管等。技术的进步，导致电子管从兴旺走向衰败，令技术的进步，导致电子管从兴旺走向衰败，令人大有人大有“无可奈何花落去无可奈何花落去”之感，但电子管在人之感，但电子管在人类科技发展史上所占有的地位毕竟是不容忽视的。类科技发展史上所占有的地位毕竟是不容忽视的。展望未来，电子管在相当长的一段时间内还将继展望未来，电子管在相当长的一段时间内还将继续发挥重要作用。续发挥重要作用。12威廉威廉 肖克利肖克利William William ShockleyShockley 晶体管之父

10、，他与美国贝尔电话晶体管之父，他与美国贝尔电话实验室的实验室的巴丁、布拉坦巴丁、布拉坦等人，在对半等人，在对半导体性质进行广泛研究的基础上，终导体性质进行广泛研究的基础上，终于在于在 19471947年年1111月底发明了月底发明了点接触晶点接触晶体管体管，并在，并在1212月月1616日正式日正式宣布宣布“晶体晶体管管”诞生诞生。19481948年，他的研发小组为年，他的研发小组为晶体管技术晶体管技术申请了专利申请了专利。19491949年他又提出了年他又提出了结型晶体管结型晶体管概概念（念（sandwich-transistorsandwich-transistor），那是一），那是一种更

11、小、更易散热的硅晶片材料。一年种更小、更易散热的硅晶片材料。一年后，结型晶体管研制成功，一场电子技后，结型晶体管研制成功，一场电子技术革命由此爆发。他不但被术革命由此爆发。他不但被时代时代周周刊评为了刊评为了“2020世纪最伟大的科学家之一世纪最伟大的科学家之一”，也因发明也因发明“晶体管晶体管”而获得了而获得了 1956 1956 年的年的诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。1314世界首款集成块世界首款集成块Jack KilbyJack Kilby15 19851985年，年，1 1兆位兆位ULSIULSI的集成度达到的集成度达到200200万个元件，万个元件，器件条宽仅为器件条宽仅为1 1微

12、米；微米；19921992年，年，1616兆位的芯片集成度兆位的芯片集成度达到了达到了32003200万个元件，条宽减到万个元件，条宽减到0.50.5微米，而后的微米，而后的6464兆位芯片，其条宽仅为兆位芯片，其条宽仅为0.30.3微米。微米。16可编程逻辑器件（可编程逻辑器件（PLDPLD）微控制芯片（微控制芯片（MCUMCU）数字信号处理器（数字信号处理器（DSPDSP）大规模存储芯片大规模存储芯片（RAM/ROMRAM/ROM）18 电子设计技术的核心就是电子设计技术的核心就是EDAEDA技术。技术。EDAEDA是指以计算机为工作平台，融合应是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计

13、算机技术、智能化技术用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子最新成果而研制成的电子CADCAD通用软件通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即即ICIC设计、电子电路设计和设计、电子电路设计和PCBPCB设计。设计。193.3.电子系统设计自动化电子系统设计自动化(ESDA)(ESDA)阶段（阶段（9090年代以后）：年代以后）：设计人员按照设计人员按照“自顶向下自顶向下”的设计方法，对整个系统进行的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（成

14、电路（ASICASIC）实现，然后采用硬件描述语言（）实现，然后采用硬件描述语言（HDLHDL）完成）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。器件。1.1.计算机辅助设计计算机辅助设计(CAD)(CAD)阶段（阶段（7070年代）：年代）：用计算机辅助进行用计算机辅助进行ICIC版图编辑、版图编辑、PCBPCB布局布线，取代了手布局布线，取代了手工操作。工操作。2.2.计算机辅助工程计算机辅助工程(CAE)(CAE)阶段（阶段（8080年代）：年代）：与与CADCAD相比，相比，CAECAE除了有纯粹的图形绘制功能外，又

15、增加除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。者结合在一起，实现了工程设计。CAECAE的主要功能是：原理的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCBPCB后分析。后分析。20纳米技术与微电子技术相结合出现了纳米电子学。主要是纳米技术与微电子技术相结合出现了纳米电子学。主要是将集成电路的几何结构进一步减小，超越目前发展中遇到的极将集成电路的几何结构进一步减小，超越目前发展中遇到的极限，研制出体积更小、速度更

16、快、功耗更低的新一代限，研制出体积更小、速度更快、功耗更低的新一代量子功能量子功能器件器件，因而使得功能密度和资料传输率达到目前难以想象的水，因而使得功能密度和资料传输率达到目前难以想象的水平。其性能涉及放大、振荡、脉冲技术、运算处理和读写等基平。其性能涉及放大、振荡、脉冲技术、运算处理和读写等基本问题。其新原理主要基于电子的波动性、电子的量子隧道效本问题。其新原理主要基于电子的波动性、电子的量子隧道效应、电子能级的不连续性、量子尺寸效应和统计涨落特性等。应、电子能级的不连续性、量子尺寸效应和统计涨落特性等。2122纳米电子技术在军事领域的应用纳米电子技术在军事领域的应用 23纳米计算机系统纳

17、米计算机系统 24纳米飞机侦察和干扰系统纳米飞机侦察和干扰系统 25261.1.电子电路中信号的分类电子电路中信号的分类数字信号：离散性数字信号：离散性模拟信号：连续性模拟信号：连续性。大多数物理量为模拟信号大多数物理量为模拟信号。2.2.模拟电路模拟电路 模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放大电路。大电路。其它模拟电路多以放大电路为基础。其它模拟电路多以放大电路为基础。“1”“1”的的电压当量电压当量“1”的倍数的倍数介于介于K K与与K K+1+1之之间时需根

18、据阈值间时需根据阈值确定为确定为K K或或K K+1+1任何瞬间的任何任何瞬间的任何值均是有意义的值均是有意义的27三、电子信息系统的组成三、电子信息系统的组成模拟电子电路模拟电子电路数字电子电路（系统）数字电子电路（系统）传感器传感器接收器接收器隔离、滤隔离、滤波、放大波、放大运算、转运算、转换、比较换、比较功放功放模拟模拟-数字混合电子电路数字混合电子电路模拟电子系统模拟电子系统执行机构执行机构281 1、工程性工程性 实际工程需要证明其可行性实际工程需要证明其可行性。强调定性分析强调定性分析。实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存 在一定

19、的误差范围的。在一定的误差范围的。定量分析为定量分析为“估算估算”。近似分析要近似分析要“合理合理”。抓主要矛盾和矛盾的主要方面。抓主要矛盾和矛盾的主要方面。电子电路归根结底是电路电子电路归根结底是电路。不同条件下构造不同模型。不同条件下构造不同模型。2.2.实践性实践性 常用电子仪器的使用方法常用电子仪器的使用方法 电子电路的测试方法电子电路的测试方法 故障的判断与排除方法故障的判断与排除方法 EDAEDA软件的应用方法软件的应用方法291.1.掌握掌握基本概念、基本电路和基本分析方法基本概念、基本电路和基本分析方法 基本概念基本概念：概念是不变的，应用是灵活的，：概念是不变的，应用是灵活的

20、，“万万变不离其宗变不离其宗”。基本电路基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种：构成的原则是不变的，具体电路是多种多样的。多样的。基本分析方法基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标：不同类型的电路有不同的性能指标和描述方法，因而有不同的分析方法。和描述方法，因而有不同的分析方法。2.2.注意定性分析和近似分析的重要性注意定性分析和近似分析的重要性 3.3.学会辩证、全面地分析电子电路中的问题学会辩证、全面地分析电子电路中的问题 根据需求，最适用的电路才是最好的电路。根据需求，最适用的电路才是最好的电路。要研究利弊关系，通常要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊有一利必有一弊”。4.4

21、.注意电路中常用定理在电子电路中的应用注意电路中常用定理在电子电路中的应用30 本课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分析本课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基础知识、和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基础知识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专业中基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下基础。的应用打下基础。注重培养系统的观念、工程的观念、科技进步注重培养系统的观念、工程的观念、科技进步的观念和创新意识，学习科学的思维方法。提倡的观念和创新意识，学习科学的思维方法。提倡快乐学习！快乐学习！31考查分析问题的能力考查分析问题的能力3.3.会选：电路形式、器件、参数会选：电路形式、器件、参数4.4.会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDAEDA考查解决问题的能力设计能力考查解决问题的能力设计能力考查解决问题的能力实践能力考查解决问题的能力实践能力综合应用所学知识的能力综合应用所学知识的能力32