模拟电子技术 主讲 钱伟康 制作 钱伟康 2013年9月 课程资料请访问课程中心

Presentation on theme: "模拟电子技术 主讲 钱伟康 制作 钱伟康 2013年9月 课程资料请访问课程中心"— Presentation transcript:

1 模拟电子技术 主讲 钱伟康 制作 钱伟康 2013年9月 课程资料请访问课程中心
主讲 钱伟康 制作 钱伟康 年9月 课程资料请访问课程中心

2 绪论 课程介绍 1. 课程的性质 2. 教学目标 3. 课程研究内容及发展 4. 课程特点与学习方法 5. 教材和参考书 2017/3/10

3 1．课程性质 2.课程目标 《模拟电子技术》是电气信息类专业的一门必修学科基础课，是联系基础课和专业课的桥梁课程，其系统性和实践性较强。
通过本课程的学习，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。能读懂典型的模拟电子电路，并能分析计算，会查阅电子器件手册，从而具备一定的设计制作模拟电子电路的能力，并为以后深入学习电子系统设计及其相关学科和专业打好以下两方面的基础: 1、正确分析设计基本模拟放大电路，特别是集成电路的基础； 2、为进一步学习电子系统设计及信号处理方法的基础。 2017/3/10

4 微电子学(Microelectronics)学科简介
研究对象——来自于物理量的模拟信号，例如速度、压力、声音、温度、重量及位移等。 特征——时间连续、数值连续，例如正弦函数、指数函数等。 模拟电子技术 Analog Electronics 微电子学 研究对象——二值数字逻辑（1、0）或二值函数，例如是与非、真与假、开与关、低与高、亮与暗等。 特征 二值性 记忆性 产生离散信号电压或数字电压 数字电子技术 Digital Electronics 数字逻辑设计 数字系统 2017/3/10

5 微电子学的历史发展及影响 1904年发明电子管（真空三极管—Triode Vacuum Tube） 1906年发明硅二极管（固态点矿石器）
1907年—1927年 产生无线电接收器 1925年电视机诞生（黑白） 1940年—雷达 1947年—1956年晶体管发明标志微电子学革命性突破 （Bell Telephone Laboratories） 1950年彩色电视机诞生 1958年首例集成电路（IC）诞生（美Texas Instrument) 1968年——第一代运算放大器（uA709) 1971年——Intel 4位微处理器，1975年——Intel 8位微处理器 1995年——Intel 千兆存储器芯片诞生 2017/3/10

6 晶体管历经60载，宝刀仍未老 1946年诞生的ENIAC，采用了大约1.8万只电子管，这台机器每隔两天发生一次故障。
在1956年，John Bardeen和William Shockley发明了晶体管并赢得了诺贝尔奖。 1960年发明了场效应晶体管FET。 1956年日本出现了第一台用晶体管实现的计算机ETL Mark3， 它采用了130只点接触晶体管，随后IBM采用了3,000只锗晶体管的第一台商用计算机。 1960年代初，小型收音机 出现8-16管。 集成电路以晶体管为最小单位。 2017/3/10

7 1904年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。目前在一些大功率发射装置中使用。
电子管时代 电压控制器件 电真空技术 1904年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。目前在一些大功率发射装置中使用。 2017/3/10

8 晶体管时代 电流控制器 半导体技术 半导体二极管、三极管 2017/3/10

9 集成电路的发展 60~70代：IC技术迅速发展：SSI、MSI、LSI 、VLSI。 10万个晶体管/片。
80年代后：ULSI ，10 亿个晶体管/片 、ASIC 制作技术成熟 90年代后： 97年一片集成电路上有40亿个晶体管。 目前：芯片内部的布线细微到亚微米(45~30nm)量级并向20nm进军，微处理器的时钟频率高达3GHz（109Hz） 等效电路由三个基本元件构成 摩尔定律:集成度按10倍/6年的速度发展。 将来：高分子材料或生物材料制成密度更高、三维结构的电路 2017/3/10

10 半导体集成电路 2017/3/10

11 3.主要内容及发展趋势 3.1 信号与系统 3.2 信号的频谱 3.3 模拟信号和数字信号 3.4 放大电路模型
3.1 信号与系统 3.2 信号的频谱 3.3 模拟信号和数字信号 3.4 放大电路模型 3.5 放大电路的主要性能指标 3.6 电子电路用于信息技术的趋势 2017/3/10

12 3.1 信号与系统 A. 信号： 信息的载体 微音器输出的某一段信号的波形 2017/3/10

13 模拟信号与数字信号 典型数字信号 模拟信号波形 (b)三角波 （e）逻辑电平表示数字波形 （f）16位数据的图形表示 (d)阻尼振荡波
(a)正弦波 (b)三角波 (c)调幅波 (d)阻尼振荡波 (e)指数衰减波 模拟信号波形 典型数字信号 （e）逻辑电平表示数字波形 （f）16位数据的图形表示 （g）矩形短脉冲 2017/3/10

14 B.模拟电子系统(Electronic System)
源信号 激励源 负载 or 执行器 放大器 显示器 传感器 放大器 2017/3/10

15 C. 电信号源的电路表达形式 电压源等效电路 电流源等效电路 2017/3/10

16 3.2 信号的频谱 时域 电信号的时域与频域表示 A. 正弦信号 2017/3/10

17 B. 方波信号 电信号的时域与频域表示 满足狄利克雷条件，展开成傅里叶级数 其中 ——直流分量 ——基波分量 ——三次谐波分量
方波的时域表示 其中 图中看出，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忽略高次谐波。 ——直流分量 ——基波分量 ——三次谐波分量 2017/3/10

18 信号的频谱 B. 方波信号 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。 相位谱
幅度谱 相位谱 2017/3/10

19 电子信号的频率范围 (Bandwidth of Electronic Signal)
Signal Type Bandwidth Seismic（地震）signals Electrocardiograms（心电图） Audio signals Video signals Am radio signals Radar signals VHF TV signals FM radio signals UHF TV signals Cellular telephone signals（蜂窝） Satellite TV signals Microwave communication signals 1 Hz to 200 Hz 0.05 Hz to 100 Hz 20 Hz to 20 kHz DC to 4.2 MHz 540 kHz to 1600 kHz 1 MHz to 100 MHz 54 MHz to 60 MHz 88 MHz to 806 MHz 470 MHz to 806 MHz 824 MHz to MHz 3.7 GHz to 4.2 GHz 1 GHz to 50 GHz 2017/3/10

20 非周期信号 傅里叶变换： 周期信号 离散频率函数 非周期信号 连续频率函数 非周期信号包含了所有可能的频率成分
气温波形 傅里叶变换： 周期信号 离散频率函数 非周期信号 连续频率函数 非周期信号包含了所有可能的频率成分 气温波形的频谱函数（示意图） 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。 2017/3/10

21 3.4 放大电路模型 电压增益（电压放大倍数） 电流增益 互阻增益 互导增益 1. 放大电路的符号及模拟信号放大
3.4 放大电路模型 1. 放大电路的符号及模拟信号放大 电压增益（电压放大倍数） 电流增益 此处说明电压电流等为什麽用相量形式. 互阻增益 互导增益 2017/3/10

22 2. 放大电路模型 A. 电压放大模型 ——负载开路时的 电压增益 ——输入电阻 ——输出电阻 由输出回路得 则电压增益为 由此可见
等效电路由三个基本元件构成 由此可见 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…？ （考虑改变放大电路的参数） 理想情况 2017/3/10

23 电压放大模型 另一方面，考虑到输入回路对信号源的衰减 有 要想减小衰减，则希望…？ 理想情况 2017/3/10

24 2. 电流放大模型 ——负载短路时的 电流增益 由输出回路得 则电流增益为 由此可见 要想减小负载的影响，则希望…？ 理想情况 由输入回路得
要想减小对信号源的衰减，则希望…？ 理想情况 2017/3/10

25 C. 互阻放大模型 D. 互导放大模型 E. 隔离放大电路模型 输入输出回路没有公共端 2017/3/10

26 3.5 放大电路的主要性能指标 1. 输入电阻 2017/3/10

27 2. 输出电阻 注意：输入、输出电阻为动态交流电阻 2017/3/10

28 3. 增益 四种增益 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。 其中 常用分贝（dB）表示。
2017/3/10

29 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
放大电路存在电抗元件，如电容、电感。因此输入信号的频率不同，电路的输出响应也不同。 或写为 其中 2017/3/10

30 频率响应分析方法(波特图亦称对数坐标图)
该图称为波特图 纵轴：dB 横轴：对数坐标 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 2017/3/10

31 B.频率失真（线性失真） 4. 频率响应 幅度失真： 相位失真： 对不同频率的信号增益不同，产生的失真。
对不同频率的信号相移不同，产生的失真。 2017/3/10

32 5. 非线性失真 由元器件非线性特性引起的失真。 非线性失真系数:
VO1是输出电压信号基波分量的有效值，Vok是高次谐波分量的有效值，k为正整数。 2017/3/10

33 3.6 影响未来入类生活的世界三大新科技 信息通信技术——被认为是当前最关键的技术，在21世纪上半叶仍将起主导作用。
生命科学——将对人民健康、财富创造和环境质量产生重大影响，将为人类生命护航。 纳米科技——作为未来的启动技术，将为人类生活提速，一个全新的宽广视野将由此展开。 2017/3/10

34 三网合一 三重播放（Triple-play）
三网合一融合了话音（电话）、数据（网络）和视频（电视）业务的三重播放（Triple-play）。实现三重播放，其技术推动力来自于三个方面：第一数字信号处理（DSP），它是对数据进行处理，第二是包处理（PacketP），它是对数据进行传输，第三是高速运算(Tera Computing)，它是对数据进行分析的。但物理世界是真实的，也离不开模拟电子技术的支持！"Tera" means 1 trillion, or 1,000,000,000,000. To create platforms capable of performing trillions of calculations per second. 2017/3/10

35 Triple-play The Core Infrastructure (Virtex)
Performance & capability are premium Power & cost constrained Longer time-in-market Voice Data Video Triple Play The Expanding Edge (Spartan) Cost and flexibility are key “Moderate Performance” Shorter time-in-market Power 2017/3/10

36 Voice Data Video 2017/3/10

37 未来十年 我们用什么电脑? 独特触控屏 工作好帮手
未来十年，毋庸置疑，电脑的形态和功能必将发生翻天覆地的变化，尽管我们无法预知未来会怎么样，但我们有梦想，我们可以预先勾勒出未来电脑的轮廓。 独特触控屏 工作好帮手 2017/3/10

38 多核CPU的研发 英特尔在德国西北部城市Brunswick研发中心主要负责四核以上的多核处理器的研发工作。英特尔预计“处理器将包括数十个核心…这也是Brunswick研发中心的既定目标。”该研发中心是英特尔“兆运算研究计划”(Tera Computing Scale Program)的一部分，目的是研发每秒能处理一万亿次以上运算的处理器，目前有大约120名研发人员。 2017/3/10

39 像翻书一样用电脑 就像这台设计成书本模样的触控电脑，翻开来左右两边都有一个屏幕，浏览电子文档、电子书或是网页的时候会觉得相当方便。如果需要输入文字的话，把电脑竖过来，上面的屏幕显示内容，下面的屏幕显示虚拟键盘。虽然打字手感没有实体键盘好，但瑕不掩瑜，如此轻巧便携的电脑相信谁都难以抗拒。 2017/3/10

40 可卷起来带着跑的电脑 这款电脑的科幻味道相当浓厚。卷起来就像个水壶，背在身上带着走非常方便。展开之后，屏幕就与里面的圆筒相分离。由于具备弯曲的特性，屏幕可以拗成笔记本电脑的形状，方便浏览及打字，而电脑主机就是那个圆筒了。两者通过数据线进行连接。这款电脑是针对需要长时间在野外工作的研究人员而设计，可以方便地携带及展开使用。 2017/3/10

41 深藏不露的梦幻型电脑 连屏幕都没有，没开启的时候就像个台灯座似的。但当你看到利用投影技术投射出来的屏幕，利用触控感应技术“浮”在底座上的键盘，你就会为设计师这一精妙的设计所折服。此外，鼠标也被“省略”了，同样设计成触控的方式。 2017/3/10

42 聚焦4G技术集中展示下一代手机应用 2008年美国无线通信展（CTIA Wireless 2008）是全球最重要的通信技术展之一，也是美国通信展会中规模最大、影响力最大的一个。该展会每年举行一次，到目前已有20多年的历史。2008年的展会主要聚焦各种向4G演进的新技术。其中LTE、UMB和WiMAX三大技术（3.9G网络技术，被视作从3G向4G演进的主流技术 ）的竞合备受关注。各种基于3G及超高速无线宽带技术的手机应用及新型的终端产品也成为展会的一大亮点。 2017/3/10

43 IFA 2010 德国柏林国际消费电子展 3D概念再领风骚
2010德国柏林国际消费电子展上，围绕3D概念研发的各种数码产品在6天的展会时间里竞相登场，除了大家已经熟知的3D电视，还有便携式3D摄像机、3D手机、3D MP4、3D笔记本电脑等等。 “第50届德国柏林国际消费电子展将专注推进3D化进程，并展示未来家庭及电影院中的数字娱乐方式以及数字生活方式”。 2017/3/10

44 3D视频 可看还可拍 3D手机 夏普展示的这款3D手机原型，不仅采用了支持裸眼看3D（无需佩戴3D眼镜）的液晶屏，而且还配有一个3D摄像头，可以直接拍摄3D照片及3D视频。为了方便观看，还为该机配备了一个HDMI接口，方便用户连接3D电视观看用该机拍摄的3D视频，可谓提供了一个完整的掌上3D视频的摄录、播放平台。 2017/3/10

45 走到哪儿看到哪儿 3D MP4 虽然还是工程样机，但这款可以播放3D电影的MP4的实用性已非常高。而且最关键的是，它可以实现裸眼3D效果——也就是说，无需戴立体眼镜，就可以直接体验到3D立体的震撼效果。对于一款便携式影音娱乐产品来说，可以减少外出携带行李的重量，这点至关重要。 2017/3/10

46 立体电影“带着跑” 3D笔记本电脑  电视领域的3D热潮，也引起了家用电脑的相继跟风。除了3D台式电脑，笔记本电脑也不甘落后。在本届展会上，有电脑厂商展示了一款配备了3D液晶屏的笔记本电脑原型机。这款3D笔记本采用了一块16.4英寸的高清液晶屏，刷新率达到了240Hz！现场演示3D视频的效果非常理想。同样的，和3D电视一样，要在这台笔记本上观看3D电影，也是要佩戴专门的3D眼镜的。此外，这台笔记本还设置了一个3D转换按钮，通过它就可实现将屏幕上显示的2D平面影像转换成3D立体影像，以弥补3D影像节目匮乏的问题。 2017/3/10

47 苹果大爆发！iPhone5S/iPhone 6齐曝光
iPhone 5S在前代产品的基础上对硬件进行了更新升级，增加了指纹识别系统， 4英寸1366×640分辨率屏幕，采用了全新的64位A7双核处理器，摄像头保持在800万像素，光圈由f/2.4提升至f/2.2，可自动设定白平衡和曝光。配备LED冷暖双色闪光灯，最快可实现每秒拍摄10张照片。 2017/3/10

48 酷派旗舰产品大观4正式发布 9月23号消息，中国电信携手国内智能手机领导品牌酷派推出了年度旗舰力作——酷派大观4。凭借着领先的产品设计以及非凡的用户体验，酷派大观4完美地展现出酷派雄厚的研发能力：5.9英寸超高清视网膜屏，杜比7.1 HIFI音质体验，创新的酷派数据加密，安全、简单、易用的CoolLife5.0用户体验设计，……酷派大观4毫无疑问将成为2013年高端产品市场上一颗璀璨的明星。 2017/3/10

49 2017/3/10

50 2017/3/10

51 太阳能运动手机 这款手机由知名运动品牌彪马和手机厂商Sagem Wireless在本次大会上合作推出。这款手机定位于喜欢户外运动及健身人士。机器内置了太阳能接收板，对于长时间在户外运动的用户来说，不用担心手机突然没电而无处充电。有了太阳能，走到哪里，只要有一定强度的光源，都能给手机充电。 该机采用Android智能操作系统，可以安装更多有趣的软件，如天气预报、DJ混音、快捷联系人等等。此外，音乐播放器、摄像头、触控操作等流行的手机功能一个都不少。当然，作为一款运动手机，该机还包含了全球定位追踪系统、计步器和指南针等功能。 2017/3/10

52 7.98毫米的超薄3D立体LED液晶电视 德国柏林国际消费电子展上，有电视机厂商展出了厚度仅为7.98毫米的超薄3D立体LED液晶电视。这个厚度甚至还小于普通人的一根手指头。 2017/3/10

53 3D立体电视机将成未来主流 人在家中坐，也能轻松体验到3D立体影像所带来的视觉冲击。不远的将来，3D立体电视机将成为客厅的新宠儿。
2017/3/10

54 新颖立体电视可让人触摸图像 套在手指上的传感器 试验者把立体地球图像揪掉一块
立体互动电视的未来用途（设计、雕塑、绘画、手术、帮助视觉障碍者、钓鱼） 2017/3/10

55 拍摄“背包”功能强 立体地图精度高 在美国加州大学伯克利分校，研究人员示范了一种自动绘制建筑物内部3D地图的背包。一位小伙子背负着装满设备的背包从走廊穿过，经楼梯走到上一层，他只要按下一个按钮，就能输出所有走过区域的立体模型，不仅是墙面，还包括地板和天花板，而且清晰程度都是照片级的。 2017/3/10

56 2020年半导体技术将我们的生活带向何方？ 来源: 国际电子商情
2020年后，芯片将可以植入人体，比如手机将以芯片的形式植入到人耳后面，通过感应和视觉神经直接让人们打电话和看图像，人们不再需要一个手持的手机；能源（绿色）采集技术可以使芯片直接采用人体的发热或其它能源转化为电源稳压器，而不再需要电池供电；植入人体内的芯片可以预警各种疾病，能用最新的科技来治疗一些顽疾，并且人们可以通过体内的芯片预测生命的最后一个月；当然，我们还可以用最新半导体技术驱动的机器人做我们人类不想做或不能做的事情，以让我们有更高的生活质量。 2017/3/10

57 模拟和数字技术之间的相互关系 无论从日常生活中的通讯、工作甚至是旅行方式哪个角度来看，“数字革命”都正在改变我们的生活。现在，整个世界好像都可以随我们的手指按动而发生变化。但是，必须清楚的意识到，先进的数字技术所带来的种种优势或者便利，必须以同样先进的模拟技术为基础，因为只有模拟技术才能将数字世界中的“1”或“0”转换为我们真正能听到、看到、感受到、观察到的模拟信号。市场著名的调研公司DataBeans作过预计：在消费应用和电信领域的推动下，2006年模拟半导体器件市场有望增长15%。电子终端产品设计中附加的每1个美元的数字内容，都要求伴随1.4美元的模拟技术。因此模拟技术与数字技术休戚相关，模拟技术和器件让我们更加接近真实的世界 。 2017/3/10

58 4.课程特点与学习方法 (1)课程特点 a、发展快 b、应用广 c、工程实践性强 (2)学习方法 打好基础、 关注发展、 主动更新、
注重实践 a、掌握基本概念、基本电路和基本分析、设计方法 b、能独立的应用所学的知识去分析和解决电子电路的实际问题的能力。 2017/3/10

59 5.主要教材及参考书 选用教材 《电子技术基础.模拟部分》 (第五版) 华中理工大学教研室编 康华光主编 高等教育出版社 2017/3/10

60 主要参考书 《模拟电子技术基础》 童诗白、华成英 主编 高等教育出版社 《模拟电子技术》 王 远 主编 机械工业出版社出版
童诗白、华成英 主编 高等教育出版社 《模拟电子技术》 王 远 主编 机械工业出版社出版 陈大钦 主编 华中理工大学出版 《模拟电子技术基础习题集》 XXX 主编 XXXX出版社 2017/3/10

61 我的联系方式： 钱伟康 （光电信息与计算机工程学院） 电话 13801602341 Email elelsec@usst.edu.cn
电话 课程中心网址： 2017/3/10