绪论(模电康第五版)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,回主页,总目录,章目录,上一页,下一页,退出,1. 本课程的性质,是电子专业入门性质的课程，是实践性很强的技术基础课。,2. 特点,非纯理论性课程；,实践性很强；,以工程实践的观点来处理电路中的一些问题。,3. 研究内容,以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作原理、特点及性能指标等。,4. 教学目标,使学生获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力。通过本课程的学习，使学生具备应用电子技术的能力，为学习后续课程和电子技术在专业中的应用打好基础。,5. 学习方法,重点掌握基本概念、基本电路、基本方法。,6. 成绩评定,平时（考勤、作业）：,20 %,考试：,80 %,7. 参考书,童诗白主编，模拟电子技术基础（第三版），高教出版社,康华光,主编，电子技术基础模拟部分（第四版），高教出版社,康华光,主编，电子技术基础模拟部份（第五版），高教出版社,实验单独设课,第一章 绪 论,1.1 信号,1.2 信号的频谱,1.3 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,教学内容,理论课3学时。,放大电路模型。,1.,了解信号的分类方法及放大电路的分类；,2.,熟悉放大电路的主要性能指标。,教学重点,教学要求,放大电路、放大电路模型、放大电路的主要性能指标。,教学难点,教学学时,声音信号是语言、音乐的载体。,例：气候信息包含温度、气压、风速等信号；,一、信号是信息的载体,1.1,信号,扬声器,话筒,放大器,自然界的各种物理量必须首先经过传感器将非电量转换为电量（即电信号）。,模拟信号：,随时间连续变化的信号。,本书讨论的主要内容：处理模拟信号的各种电路。,二、信号源的等效,电路,1.1 信号,传感器常作为信号源看待。,电路中的信号源可等效为如下两种形式：,等效转换,将各种物理量转换为可由电子电路处理的信号的传感器，其输出信号都是电信号。,戴维宁等效电路,诺顿等效电路,+,电子系统,电子系统,在信号分析中，为简化信号特征参数的提取，通常将信号从时域变换到频域。,1.2,信号的频谱,信号的频谱：,信号在频域中表示的图形或曲线。,通过傅立叶变换可实现信号从时域到频域的变换。,下面以正弦波电压信号为例说明信号的表达方式及其基本特征。,时域,正弦波信号常作为标准信号用来对模拟电子电路进行测试。,V,m,：,正弦波电压的振幅,：,角频率,：,初始相角,当,=,0,时，,v,(,t,),则为直流电压信号。,当,V,m,、,均为已知常数时，信号中就不再含有任何未知信息，这是最简单的信号。,例：,周期性方波信号，其时域表达式如下：,1.2 信号的频谱,任意周期函数只要满足狄利克雷条件都可以展开成傅立叶级数。,方波的时域表示,方波信号可展开为傅立叶级数表达式：,直流分量,1.2 信号的频谱,基波,高次谐波分量,幅度频谱：,信号各频率分量的振幅随角频率变化的分布。,1.2 信号的频谱,相位频谱：,信号各频率分量的相位随角频率变化的分布。,方波信号的频谱图,频域,对于正弦波，其频谱只在基波频率上有相应的幅值，其他频率上的分量全部为零。,对于方波，谐波次数越高，幅值分量越小，对原波形的贡献越小，所以在一定条件下可以忽略高次谐波。,例如气温变化曲线是一非周期性时间函数波形。,非周期信号包含了所有可能的频率成分,连续频率函数,傅里叶变换,非周期信号,频域,时域,客观物理世界的信号如果从时间函数来看，往往很难直接用一个简单的表达式来描述。,离散频率函数,周期信号,傅里叶变换,气温波形的时域和频域表示,1.2 信号的频谱,信号的频域表达式可得到某些比时域表达式更有意义的参数。,信号的频谱特性是电子系统有关频率特性的主要设计依据。,运用傅立叶变换可将非周期信号表达为一连续频率函数形式的频谱，它包括了所有可能的频率成分。,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。,模拟信号：,在时间上和幅值上均是连续的信号，在一定动态范围内可能取任意值。,1.3,模拟信号和数字信号,模拟电路：,处理模拟信号的电子电路。,按时间和幅值的连续性和离散性把信号分为四类：,时间连续、数值连续信号；,时间离散、数值连续信号；,时间连续、数值离散信号；,时间离散、数值离散信号。,数字信号：,在时间上和数值上都是离散的信号。,这些量的变化在时间上不连续，总发生在一系列离散的瞬间。,这些量的变化在数量上不连续，是某个最小数量单位的整数倍，小于这个某个最小数量数值没有物理意义。,1.3 模拟信号和数字信号,信号的放大是最基本的模拟信号处理电路，放大电路是构成其他模拟电路的基本单元电路。,1.4,放大电路模型,一、放大电路的符号及模拟信号放大,放大电路的表示方法：实际电路,+,+,+,_,_,_,A,放大电路的表示方法：简化电路,+,+,+,_,_,_,A,V,1,为正电源，,V,2,为负电源，它俩给放大电路提供能量。,符号“ ”是作为电路输入与输出信号的公共端点或参考电位点。,该参考点对于分析电子电路是必要的，且带来极大方便。,放大电路是一种双口（含入口和出口）网络。,1.4 放大电路模型,电压放大电路：,电流放大电路：,互阻放大电路：,互导放大电路：,、 、 、 是放大电路工作在线性条件下的,增益,。,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，将放大电路分为：,二、放大电路模型,放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。,输入端口特性可以等效为一个输入电阻；,输出端口可根据不同情况等效成不同的电路形式。,1.4 放大电路模型,1.电压放大电路模型,（1）,模型：,虚线框内是电压放大电路模型，,A,vo,为输出,开路,（,R,L,=）时的,电压增益,，开路输出电压,v,o,受输入电压,v,i,的控制。,R,s,v,s,+,_,R,i,R,o,R,L,+,_,A,vo,v,i,v,i,+,_,v,o,+,_,1.4 放大电路模型,（3）,电压增益：,源,电压增益：,结论：电压放大电路适用于信号源内阻,R,S,较小而负载电阻,R,L,较大的场合。,为了提高源电压增益，应尽量减小,R,o,(,R,o,R,s,)，,理想电压放大电路,R,o,=0，,R,i,=,。,（2）,输出电压：,1.4 放大电路模型,2.电流放大电路的模型,（1）,模型：,虚线框内是电流放大电路模型，,A,is,为输出,短路,（,R,L,=,0,）时的,电流增益,，短路输出电流,i,o,受输入电流,i,i,的控制。,R,s,i,s,R,i,R,o,R,L,A,is,i,i,i,i,i,o,1.4 放大电路模型,（3）,电流增益：,源,电流增益：,结论：电流放大电路适用于信号源内阻,R,S,较大而负载电阻,R,L,较小的场合。,为了提高源电流增益，应尽量增大,R,o,(,R,o,R,L,),尽量减小,R,i,(,R,i,R,s,)，,理想电流放大电路,R,o,=，,R,i,=,。,（2）,输出电流：,1.4 放大电路模型,3.互阻放大电路的模型,（1）,模型：,虚线框内是互阻放大电路模型，,A,ro,为输出,开路,（,R,L,=）时的,互阻增益,。,(3),理想状态下,，互阻放大电路要求输入电阻,R,i,=0,输出电阻,R,o,=0,。,（2）,互阻增益：,R,s,i,s,R,i,R,o,R,L,A,ro,i,i,i,i,v,o,+,-,+,-,1.4 放大电路模型,(3),理想状态下,，互导放大电路要求,输入电阻,R,i,，,输出电阻,R,o,。,4.互导放大电路的模型,（1）,模型：,虚线框内是互导放大电路模型，,A,gs,为输出,短路,（,R,L,=0）时的,互导增益,。,（2）,互导增益：,i,o,R,s,-,v,s,R,i,R,o,R,L,A,gs,v,i,v,i,+,+,-,1.4 放大电路模型,一个实际放大电路原则上可以取四种电路模型中任意一种作为它的电路模型，但根据信号源的性质和负载的要求，一般只有一种模型在电路设计或分析中概念最明确，运用最方便。,根据信号源的戴维宁-诺顿等效变换原理，这四种电路模型相互之间可以实现任意转换,R,i,R,o,+,_,A,vo,v,i,v,i,+,_,+,_,当前有许多工业控制设备及医疗设备，为提高安全性和抗干拢能力，在前级信号预放大中，普遍采用,隔离放大,。,即放大电路的输入与输出电路（包括供电电源）相互绝缘，输入与输出信号之间不存在任何公共参考点。,其电压放大电路通过磁或光进行信号的传输。,隔离型放大电路模型,1.5,放大电路的主要性能指标,放大电路的性能指标是衡量它的品质优劣的标准，并决定其适用范围。,一、输入电阻,1.,定义：,输入电阻是从放大电路输入端向放大电路看进去的等效电阻。,2.,意义：,输入电阻,R,i,的大小决定了放大电路从信号源吸取信号电压或电流的大小。,对输入为电压信号的放大电路，即电压放大和互导放大电路，,R,i,越大，则,v,i,越大。,1.5 放大电路的主要性能指标,对输入为电流信号的放大电路，即电流放大和互阻放大电路，,R,i,越小，则,i,i,越大。,3.,求法：,在放大电路的输入端外加一测试电压,v,t,，根据放大电路内的各元件参数计算出相应的测试电流,i,t,，则,放大电路,A,R,L,v,t,R,i,i,t,+,-,二、输出电阻,1.5 放大电路的主要性能指标,1.,定义：,输出电阻是从放大电路输出端向放大电路看进去的等效电阻。,2.,意义：,输出电阻,R,o,的大小决定了放大电路带负载的能力。所谓带负载能力是指放大电路输出量随负载变化的程度。,对输出为电压信号的放大电路，即电压放大和互阻放大电路，,R,o,越小，负载电阻,R,L,的变化对输出电压,v,o,影响越小。,当负载变化时，输出量变化很小或基本不变表示带负载能力强；,1.5 放大电路的主要性能指标,对输出为电流信号的放大电路，即电流放大和互导放大电路，,R,o,越大，负载电阻,R,L,的变化对输出电流,i,o,影响越小。,3.,求法：,在信号源短路和负载开路的条件下，在放大电路的输出端加一测试电压,v,t,，相应地产生一测试电流,i,t,，则,放大电路,A,R,s,v,s,=0,R,o,i,t,+,-,v,t,+,-,三、增益,3.两种无量纲增益,A,v,和,A,i,在工程上常用以10为底的对,数增益表达。,1.四种增益：,电压增益,A,v,、电流增益,A,i,、互阻增益,A,r,、互导增益,A,g,。,2.意义：,反映了放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为信号能量的能力。,电压增益,A,u,（dB）= 20lg|,A,u,|dB,电流增益,A,i,（dB）= 20lg|,A,i,|dB,功率增益,A,p,（dB）= 10lg,A,p,dB,1.5 放大电路的主要性能指标,四、频率响应, 定义：,在输入正弦信号的情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应。,1.5 放大电路的主要性能指标,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：,或,幅频响应：,表示电压增益的模与角频率之间的关系。,相频响应：,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。,1.5 放大电路的主要性能指标,例：,一个普通音响系统放大电路的幅频响应。,半功率点：,输入信号幅值保持不变的条件下，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。,0,20,40,60,2,20,200,2000,20000,3dB,f,L,f,/Hz,f,H,带宽,中频区,高频区,低频区,1.5 放大电路的主要性能指标,带宽或通频带：,幅频响应的高、低两个半功率点间的频率差，即：,BW,=,f,H,-,f,L,f,H,:,上限频率,f,L,:,下限频率,通常,f,L,f,H,故有,BW,=,f,H,0,20,40,60,2,20,200,2000,20000,3dB,f,L,f,/Hz,f,H,带宽,中频区,高频区,低频区,基波,二次谐波,输入信号,输出信号,基波,二次谐波,幅度失真：,放大电路对不同频率的信号产生的增益不同造成输出波形的失真。,相位失真：,放大电路对不同频率的信号产生的相移不同造成输出波形的失真。,频率失真,幅度失真,相位失真,频率失真又称线性失真：,由于线性电抗元件引起的失真。,传输特性曲线：,放大电路输出量与输入量的关系曲线。,五、非线性失真,1.5 放大电路的主要性能指标,非线性失真：,由于放大电路元器件特性的非线性造成的失真。,非线性失真系数：,是输出电压信号基波分量的有效值。,是高次谐波分量的有效值。,为正整数。,小写字母、大写下标表示总量（含交、直流）。如：,v,CE,、,i,B,等。,大写字母、大写下标表示直流量。如：,V,CE,、,I,C,等。,小写字母、小写下标表示纯交流量。如：,v,ce,、,i,b,等。,上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。如：,、,等。,书中有关符号的约定,习题课,1.2.1 写出下列正弦波电压信号的表达式（设初始相角为零）：,（1）峰-峰值10V，频率10kHz；,（2）有效值220V，频率50Hz；,（3）峰-峰值100mV，周期1ms；,（4）峰-峰值0.25V，角频率1000rad/s。,解：,（1）,（2）,习题课,（3）,（4）,1.5.2 当负载电阻,R,L,=1k,时，电压放大电路输出电压比负载开路（,R,L,=,）时输出电压减少20,%,，求该放大电路的输出电阻,R,o,。,解：,+,-,电压放大电路输出端等效电路,输出开路时：,接入负载后：,所以,习题课,设此时输出电流为,i,o,，则：,1.5.3 一电压放大电路输出端接,1k,负载电阻时，输出电压为,1V,，负载电阻断开时，输出电压上升到,1.1V,，求该放大电路的输出电阻,R,o,。,+,-,解：,电压放大电路输出端等效电路,输出开路时：,接入负载后，设电流为,i,o,，则：,习题课,1.5.6 如图所示电流放大电路的输出端直接与输入端相连，求输入电阻,R,i,。,+,-,解：,