模电课件CH01信号.ppt

1、张凌涛张凌涛中南林业科技大学计信学院中南林业科技大学计信学院 为什么要学？学什么？怎么学？一、电子技术的发展与应用二、课程的性质及教学目标三、课程内容四、课程特点五、学习方法六、教材和参考书以器件发展为里程碑：1906年李.德.福雷斯特发明电子三极管(triode)1948年威廉.肖克莱发明晶体管(transistor)1958年基尔比制成第一块集成电路（IC,Integrated Circuits）；6个月后诺伊斯制成第一块硅集成电路 1969年 大规模集成电路(LSI)1975年 超大规模集成电路(ULSI)SoC(System On a Chip),IP(Intellectual Pro

2、perty)摩尔定律摩尔定律传感器压力压力1压力压力2温度温度1温度温度2.放大滤波等预处理数模转换电路模数转换电路计算机数据处理.驱动电路.驱动电路驱动电路驱动电路传感器传感器传感器执行机构执行机构执行机构执行机构模拟电子技术数字信号处理模拟电子技术压力压力1压力压力2温度温度1温度温度2.压力压力1压力压力2温度温度1温度温度2.传感器.传感器传感器传感器.数模转换电路模数转换电路计算机数据处理.驱动电路.驱动电路驱动电路驱动电路.执行机构执行机构执行机构执行机构模拟电子技术数字信号处理模拟电子技术 电子系统电子系统非电子物理非电子物理系统系统模拟大信模拟大信号电路号电路电子系统电子系统温

3、度传感（输入）信号放大信号滤波执行机构（输出）功率放大数模转换数字逻辑电路模数转换恒温装置模拟小信号电路模拟小信号电路数字电路数字电路不失真大功率 由若干相互联接、相互作用的基本电子由若干相互联接、相互作用的基本电子电路组成的、具有特定功能的电路整体电路组成的、具有特定功能的电路整体 是是入门入门性质的性质的技术技术基础课基础课,核心核心课程课程 通过学习常用电子元器件、基本模拟电路及其系通过学习常用电子元器件、基本模拟电路及其系统的分析和设计，获得模拟电子技术方面的基本统的分析和设计，获得模拟电子技术方面的基本知识、基本理论和基本技能，为深入学习电子技知识、基本理论和基本技能，为深入学习电子

4、技术及其在专业中的应用打下基础。术及其在专业中的应用打下基础。概念性、工程性、实践性概念性、工程性、实践性 初学者不适，觉得概念繁杂、难以把握、入门难初学者不适，觉得概念繁杂、难以把握、入门难 放大（模拟小信号放大和功率放大）分立器件（晶体管和场效应管）集成器件（运放）信号滤波 信号产生、运算 直流稳压电源 掌握有关模拟电子技术的基本概念、基本掌握有关模拟电子技术的基本概念、基本器件、基本电路、基本分析方法、基本实验技器件、基本电路、基本分析方法、基本实验技能。能。1.1.会看：读图能力会看：读图能力定性分析定性分析2.2.会算：估算能力会算：估算能力定量分析定量分析3.3.会选：选择能力会选

5、：选择能力选电路、选器件、选参数选电路、选器件、选参数4.4.会调：调试能力会调：调试能力具体调试、实现具体调试、实现1、工程性工程性 实际工程需要论证其可行性。实际工程需要论证其可行性。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容许存实际工程在满足基本性能指标的前提下容许存 在一定的误差范围。在一定的误差范围。电子电路的定量分析称为电子电路的定量分析称为“估算估算”。近似分析要近似分析要“合理合理”。抓住主要方面，忽略次要因素抓住主要方面，忽略次要因素。电路理论分析电路理论分析电子电路。电子电路。估算不同的参数需采用不同的模型，可用电路的估算不同的参数需采用不同的模型，可

6、用电路的基本理论分析电子电路。基本理论分析电子电路。2、实践性实践性 实用的模拟电子电路几乎都需进行调试才能达到预期实用的模拟电子电路几乎都需进行调试才能达到预期的目标，因而要掌握以下方法：的目标，因而要掌握以下方法：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 故障的诊断与排除方法故障的诊断与排除方法 EDA软件的使用方法软件的使用方法3 3、一些特有的概念：、一些特有的概念：非线性器件非线性器件 交直流共存交直流共存4 4、发展快、应用广发展快、应用广 关注技术新发展关注技术新发展2.掌握掌握基本基本概念、概念、基本基本电路和电路和基本基本分析方法分析

7、方法3.学会学会全面全面地分析电子电路中的问题地分析电子电路中的问题 根据需求，最适用的电路是最好的。根据需求，最适用的电路是最好的。折中考虑折中考虑，通常，通常“有一利必有一弊有一利必有一弊”。4.注意注意电路中常用定理电路中常用定理在电子电路分析中的应用在电子电路分析中的应用 打好基础、关注发展、主动更新、注重实践打好基础、关注发展、主动更新、注重实践1.兴趣兴趣是最好的老师是最好的老师5.课后习题课后习题充分重视，独立完成充分重视，独立完成6.至少有一本至少有一本参考书参考书7.预习和复习预习和复习康华光.电子技术基础-模拟部分.第5版.高等教育出版社,2006.华成英，童诗白.模拟电子

8、技术基础.第4版.高等教育出版社，2006陈大钦.电子技术基础（模拟部分）重点难点题解指导考研指南.高等教育出版社，2006罗杰.电子线路设计实验测试.第4版.华中科技大学出版社，2008Allan R.Hambley.电子电路基础（Electronics）第2版 影印版.高等教育出版社，2004 主要理论基础电路分析 电路分析基本定律 1)基尔霍夫电流定律(KCL)2)基尔霍夫电压定律(KVL)3)叠加定理 4)戴维宁定理 5)诺顿定理 6)分压公式和分流公式基尔霍夫电流定律(KCL)其基本内容是：对于集总电路的任一节点，在任一时刻流入该节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。2143ai2

9、i4i3i1对于节点a，有 i1=i2+i3+i4或 i1-i2-i3-i4=0基尔霍夫电压定律(KVL)基本内容是：对于基本内容是：对于任何集总电路中的任何集总电路中的任一回路，在任一任一回路，在任一瞬间，沿回路的各瞬间，沿回路的各支路电压的代数和支路电压的代数和为零。为零。1234+_u4u1u2u3abcdu1-u2-u3+u4=0叠加定理SSSS戴维宁定理和诺顿定理电压源等效电路电压源等效电路电流源等效电路电流源等效电路SSSRiv 戴戴维维宁宁诺诺顿顿转换转换IR1R2V1V2+_+_VabVRRRVVRRRV21222111 i2i1iR2R1+_abviRRRiiRRRi2112

10、2121 分压公式和分流公式1.1 信号信号1.3 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号1.2 信号的频谱信号的频谱1.4 放大电路模型放大电路模型1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标模拟电路最基本的模拟电路最基本的处理信号的功能处理信号的功能1.信号：信号：信息的载体信息的载体 1.1 信号信号温度、气压、风速、声音等温度、气压、风速、声音等传感器（传感器（信号源信号源）连续变化的电信号（模拟信号）连续变化的电信号（模拟信号）放大、滤波放大、滤波驱动负载（显示装置、扬声器等）驱动负载（显示装置、扬声器等）微音器输出的某一段信号的波形微音器输出的某一段信号的波形如何表达？2.电

11、信号源的电路表达形式电信号源的电路表达形式戴维宁等效：戴维宁等效：将信号源等效为一个将信号源等效为一个理想电压源理想电压源与与内阻内阻相串联的相串联的形式。形式。1.1 信号信号诺顿等效电路诺顿等效电路戴维宁等效电路戴维宁等效电路理想电压源：理想电压源：a、b端开路时的开路电压端开路时的开路电压内阻：所有电压源短路、电流源开路时，从内阻：所有电压源短路、电流源开路时，从a、b端往左看端往左看进去的等效电阻。进去的等效电阻。诺顿等效：诺顿等效：将信号源等效为一个将信号源等效为一个理想电流源理想电流源与与内阻内阻相并联的形式。相并联的形式。理想电流源：理想电流源：a、b端短路时的短路电流端短路时的

12、短路电流内阻：所有电压源短路、电流源开路时，从内阻：所有电压源短路、电流源开路时，从a、b端往左看端往左看进去的等效电阻。进去的等效电阻。1.1 信号信号电压源等效电路电压源等效电路电流源等效电路电流源等效电路sssRiv ssRiv s 简单的电信号可以用公式表达：简单的电信号可以用公式表达：便于提取特征参数便于提取特征参数频谱分析频谱分析 复杂的电信号的表达依赖于其特征参数，这些复杂的电信号的表达依赖于其特征参数，这些特征参数是设计电子系统的依据。特征参数是设计电子系统的依据。)sin()(mtVtv1.电信号的电信号的时域时域表示表示A A.正弦正弦信号信号)sin()(mtVtvffT

13、212 1.2 信号的频谱信号的频谱时域时域时域时域横轴为时间横轴为时间为表达正弦信号的特征参数为表达正弦信号的特征参数、mV最简单，通常作为标准信号测试模拟电路最简单，通常作为标准信号测试模拟电路1.电信号的时域与频域表示电信号的时域与频域表示B B.方波信号方波信号)5sin513sin31(sin22)(000SS tttVVtvT20 满足狄利克雷条件，展开成傅满足狄利克雷条件，展开成傅里叶级数里叶级数2SV直流分量直流分量其中其中2SV基波分量基波分量312S V三次谐波分量三次谐波分量 1.2 信号的频谱信号的频谱方波的时域表示方波的时域表示 2.信号的频谱信号的频谱B B.方波信

14、号方波信号)5sin513sin31(sin22)(000SS tttVVtv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。随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。1.2 信号的频谱信号的频谱幅度谱幅度谱相位谱相位谱正弦信号的频谱？C C.非周期信号非周期信号傅里叶变换：傅里叶变换：通过快速傅里叶变换（通过快速傅里叶变换（FFT）可迅速求出非周期信号的频谱函可迅速求出非周期信号的频谱函数。数。)0(非周期信号包含了所有可能的频非周期信号包含了所有可能的频率成分率成分离散频率函数离散

15、频率函数周期信号周期信号连续频率函数连续频率函数非周期信号非周期信号气温波形气温波形 气温波形的频谱函数（示意图）气温波形的频谱函数（示意图）1.2 信号的频谱信号的频谱1.3 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。1.4 放大电路模型放大电路模型电压增益（电压放大倍数）电压增益（电压放大倍数）iovvv A电流增益电流增益ioiiAi 互阻增益互阻增益)(io iA

16、rv互导增益互导增益)S(ioviAg 1.放大电路的符号及模拟信号放大放大电路的符号及模拟信号放大负载开路时的负载开路时的 电压增益电压增益A.电压放大模型电压放大模型ovAiR输入电阻输入电阻oR输出电阻输出电阻由输出回路得由输出回路得LoLiOoRRRAV vv则电压增益为则电压增益为iovv VALoLoRRRA v由此可见由此可见 LR vA即负载的大小会影响增益的大小即负载的大小会影响增益的大小要想减小负载的影响，则希望要想减小负载的影响，则希望？（考虑改变放大电路的参数）（考虑改变放大电路的参数）LoRR 理想情况理想情况0o R2.放大电路模型放大电路模型 1.4 放大电路模型

17、放大电路模型 另一方面，考虑到另一方面，考虑到输入回路对信号源的输入回路对信号源的衰减衰减siRR 理想情况理想情况有有sisiivvRRR 要想减小衰减，则希望要想减小衰减，则希望？iR 1.4 放大电路模型放大电路模型A.电压放大模型电压放大模型负载短路时的负载短路时的 电流增益电流增益2.电流放大模型电流放大模型s iA由输出回路得由输出回路得LooioRRRiAiis 则电流增益为则电流增益为ioiiAi LooRRRAis 由此可见由此可见 LR iA要想减小负载的影响，则希望要想减小负载的影响，则希望？LoRR 理想情况理想情况 oR由输入回路得由输入回路得isssiRRRii 要

18、想减小对信号源的衰减，则希望要想减小对信号源的衰减，则希望？siRR 理想情况理想情况0i R 1.4 放大电路模型放大电路模型C.互阻放大模型（自学）互阻放大模型（自学）输入输出回路没有输入输出回路没有公共端，避免干扰公共端，避免干扰D.互导放大模型（自学）互导放大模型（自学）E.隔离放大电路模型隔离放大电路模型 1.4 放大电路模型放大电路模型 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1.输入电阻输入电阻 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标2.输出电阻输出电阻 Ls,0ttoRvviR注意：输入、输出电阻为交流电阻注意：输入、输出电阻为交流电阻 另一测量方法：

19、另一测量方法：得：得：负载开路时，测得开负载开路时，测得开路电压：路电压：LooRvvR)1(oiovvvoA接上负载时，测得负载电压：接上负载时，测得负载电压：LoLoLoLRRRvRRRAiovvvo 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标3.增益增益 反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量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。转换为输出信号能量的能力。其中其中(dB)lg20vA 电电压压增增益益四种增益四种增益iovvv AioiiAi ioiArv ioviAg iAA、v常用分贝（常用分贝（dBdB）表示。）表示。(dB)lg20

20、iA 电电流流增增益益(dB)lg10PA 功功率率增增益益 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4.频率响应频率响应A.A.频率响应及带宽频率响应及带宽 电压增益可表示为电压增益可表示为)j()j()j(io VVAV 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。响应，称为放大电路的频率响应。)()()j()j(ioio VV或写为或写为)()(VVAA其中其中称称为为幅幅频频响响应应 jjio)()()(VVAV 称称为为相相频频响响应应 io)()()(该图称为波特图该图称为波特

21、图纵轴：纵轴：dBdB横轴：对数坐标横轴：对数坐标 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4.频率响应频率响应A.A.频率响应及带宽频率响应及带宽 其中其中上上限限频频率率Hf普通音响系统放大电路的幅频响应普通音响系统放大电路的幅频响应下下限限频频率率Lf称称为为带带宽宽LHffBW HLH fBWff 时时，当当 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4.频率响应频率响应B.B.频率失真（线性失真）频率失真（线性失真）幅度失真：幅度失真：对不同频率的信号增对不同频率的信号增益不同，产生的失真。益不同，产生的失真。1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标

22、4.频率响应频率响应B.B.频率失真（线性失真）频率失真（线性失真）幅度失真：幅度失真：对不同频率的信号增对不同频率的信号增益不同，产生的失真。益不同，产生的失真。相位失真：相位失真：对不同频率的信号相对不同频率的信号相移不同，产生的失真。移不同，产生的失真。1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标5.非线性失真非线性失真 由元器件非线性特性由元器件非线性特性引起的失真。引起的失真。非线性失真系数非线性失真系数:%100o122o VVkk VO1是输出电压信号基波分量的是输出电压信号基波分量的有效值，有效值，Vok是高次谐波分量的有效是高次谐波分量的有效值，值，k k为正整数。为

23、正整数。5.非线性失真系数非线性失真系数非线性传输特性引起非线性失真波形非线性传输特性引起非线性失真波形(a)线性传输特性与不失真输出波形线性传输特性与不失真输出波形(b)非线性传输特性与非线性失真输出波形非线性传输特性与非线性失真输出波形end第第1 1章章 绪论绪论1.4 模拟信号放大、放大器模型和放大器的主要性能指标 模拟设计需要在速度、功耗、增益、精度等多因素间进模拟设计需要在速度、功耗、增益、精度等多因素间进行折衷，模拟电路对串扰、噪声等远比数字电路敏感，电阻行折衷，模拟电路对串扰、噪声等远比数字电路敏感，电阻电容数值和器件的二级效应对模拟电路的影响远比数字电路电容数值和器件的二级效

24、应对模拟电路的影响远比数字电路严重严重好的模拟电路设计需要直觉、严密和创新好的模拟电路设计需要直觉、严密和创新1.4.2 放大器模型（放大器模型（不失真地放大信号不失真地放大信号）第第1 1章章 绪论绪论一、放大倍数一、放大倍数A-Amplify(增益增益)ioi.IIA 电流放大倍数电流放大倍数互导放大倍数互导放大倍数iog.UIA 电压放大倍数电压放大倍数iou.UUA 互阻放大倍数互阻放大倍数 ior.IUA 第第1 1章章 绪论绪论电压放大器电压放大器电压电压增益增益 LRi.o.uo.UUAuo.LOLu.ARRRA s.isii.URRRU 理想理想 iR0 OR第第1 1章章 绪

25、论绪论电流放大器电流放大器电流电流增益增益0 LRi.o.io.IIAio.LOOi.ARRRA s.issi.IRRRI 理想理想0iR OR第第1 1章章 绪论绪论互阻放大器互阻放大器互阻互阻增益增益 LRi.o.ro.IUAro.LOLr.ARRRA s.issi.IRRRI 理想理想0iR0 OR第第1 1章章 绪论绪论互导放大器互导放大器互导互导增益增益0 LRi.o.go.UIAgo.LOOg.ARRRA s.isii.URRRU 理想理想 iR OR第第1 1章章 绪论绪论1.51.5放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标1、电压放大倍数、电压放大倍数(电压增益电压增益).i.

26、o.uUUA)dB(UUlg)dB(A.i.o.u20.uA电压放大倍数测量方法电压放大倍数测量方法第第1 1章章 绪论绪论二、输入电阻二、输入电阻RiRi:iiiIUR Ri 表征该放大器从信号源有效吸取信号幅值的大小表征该放大器从信号源有效吸取信号幅值的大小从放大器输入端看进去的从放大器输入端看进去的等效等效电阻电阻第第1 1章章 绪论绪论12URRRUiiRUUUIURiii212例：R=3K，测得U1=0.6V，U2=0.2V则 Ri=1.5K输入电阻测量方法输入电阻测量方法第第1 1章章 绪论绪论三、输出电阻Ro:LsRorUoooIUR,0I0sRo表征放大器带负载能力 从放大器输

27、出端看进去从放大器输出端看进去的等效的等效电阻电阻第第1 1章章 绪论绪论LOOOORUUUR221.1.oiuoSoUUAU打开S打开，测得S闭合，测得.1LoL.LoL.2.RRRRRRoiuooSoUUAUU闭合例：测得S打开时输出电压UO1=2V，测得S闭合时输出电压 UO2=0.8V，已知RL=5K 则kRO5.758.08.02输出电阻测量方法输出电阻测量方法第第1 1章章 绪论绪论4.频率响应与失真频率响应与失真)/)()()()(j(jAjUjUjAuiOu HLHLHfffBW 22)dB()(半功率点uAdBAAAuIuIu3lg202lg20lg202lg20ILHdBf

28、fBW 3第第1 1章章 绪论绪论放大器的幅频特性和相频特性放大器的幅频特性和相频特性(a)幅频特性幅频特性 (b)相频特性相频特性第第1 1章章 绪论绪论5.非线性失真系数非线性失真系数非线性传输特性引起非线性失真波形非线性传输特性引起非线性失真波形(a)线性传输特性与不失真输出波形线性传输特性与不失真输出波形(b)非线性传输特性与非线性失真输出波形非线性传输特性与非线性失真输出波形第第1 1章章 绪论绪论非线性失真系数（全谐波失真系数）非线性失真系数（全谐波失真系数）THDmnnmmnmmmUUUUUUTHD122122322 Unm 第第n次谐波分量振幅次谐波分量振幅U1m 输出信号基波分量振幅输出信号基波分量振幅