Tel: 0553-2871262 E-mail: xuxg@163.com 模拟电子技术基础 Tel: 0553-2871262 E-mail: xuxg@163.com 团结 勤奋 求实 创新

第1章 绪论 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： 二、发展历程： 以电子器件的更新换代为标志！ 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)

1．第一代电子器件——电子管 1906年，福雷斯特（Lee De Fordst）等发明了电子管，是电子学发展史上第一个里程碑。用电子管可实现整流、稳压、检波、放大、振荡、变频、调制等多种功能电路。 电子管体积大、重量重、寿命短、耗电大。世界上第一台计算机用1.8万只电子管，占地170m2，重30t，耗电150kW。

2．第二代电子器件——晶体管 1948年，肖克利（W.Shckly）等发明了半导体三极管，其性能明显优于电子管，从而大大促进了电子技术的应用与发展。晶体管的发明是电子学历史上的第二个里程碑。 尽管晶体管在体积、重量等方面性能优于电子管，但由成百上千只晶体管和其他元件组成的分立电路体积大、焊点多，可靠性差。

3．第三代电子器件——集成电路 1958年，基尔白等提出将管子、元件和线路集成封装在一起的设想，三年后，集成电路实现了商品化。 当前，单个芯片可集成器件成千上万个，例如，CPU芯片P6内部就封装了550万只晶体管。集成电路的发展促进了电子学、特别是数字电路和微型计算机的发展，人类社会开始迈进信息时代。 集成电路按集成度可分作 (1)小规模集成电路（SSI）＜102 (2)中规模集成电路（MSI）＜103 (3)大规模集成电路（LSI）＜105 (4)超大规模集成电路(VLSI)＞105 当前，微电子已成为最具有发展前途的产业，微电子技术水平已成为衡量一个国家技术水平的重要标志。

三、若干蓬勃发展的研究方向 纳米电子学 生物电子学 单芯片系统(system on chip) 纳米空间电子所表现出来的特性（波动性）和功能 生物芯片、计算机 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

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 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。

Av=Vo/Vi=AvoRL/(RL+Ro) 二、放大电路模型 1、电压放大电路模型 Av=Vo/Vi=AvoRL/(RL+Ro)

Ai=Io/Ii=AisRL/(RL+Ro) 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 1、输入电阻Ri 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。

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Ri 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。

4、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。

1.3、学什么？（What） 1、技术基础课 2、具体研究对象 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。 　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。 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

3.典型应用--简单测控系统 被测 对象 传感器 信号调 理电路 显示 记录 控制 执行 温度 放大 压力 滤波 流量 线性化 液位 变换 等等 非电量 电量 放大 滤波 线性化 变换 *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。

1.4、怎么学？（How） 1.课程特点 2.具体要求 基本电子电路的组成具有规律性 1）规律性 2）非线性 3）工程性 4）实践性 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 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 资 料 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。 THE END