模拟电路与数字电路1章g

学习本课程的目的、方法
本课程是实践性很强的技术基础课，注意理论联系 实际。 目的：通过相关内容的学习，获得模拟电子技术的
基本理论、基本知识和基本技能，为学习后续课程
及从事工程技术和科学研究奠定初步基础。
1
绪
论
本章主要介绍电子技术的一些名词、术语、
基本概念，简要介绍电子系统的基本组成，
分析其内部各电路之间的信号流向及接口

AV AV ( ) ( )
音响系统放大电路的幅频响应
(波特图)Bode
BW f H f L
波特(Bode)图、半功率点、带宽
• 横坐标采用频率单位，图中的坐标均采用对数刻 度，称为波特 (Bode) 图，这样处理不仅把频率和 增益变化范围展得很宽，而且在绘制近似频率响 应曲线时也十分简便。 • 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。
实际应用所要求的输入信号和输出信号之间的关系，
小
结（续）
• 输入电阻、输出电阻、增益、频率 响应和非线性失真等主要性能指标 是衡量放大电路品质优劣的标准， 也是设计放大电路的依据。它们可 以通过对电路的分析、计算或对实 际电路的测量来确定。
2 V ok k 2

Vo1
100 %
其他性能指标
• 最大输出功率
• 效率 • 信号噪声比 • 抗干扰能力，等等 • 在某些特殊使用场合还会提出体积、重量、 工作温度、环境湿度等要求
小
结
• 本章首先通过具体实例简要来自百度文库绍了电子系统
与信号的概念，以及信号的频谱特性，讨论 了本课程所涉及的各种信号的特点。模拟电
信号处理 电路
再 生 器
非 电 信 号 输 出
电源
1.2
电子电路的特点
1.2.1 电子器件与电子电路
基本功能电路
信号产生电路 组合逻辑电路 时序逻辑电路 电源电路
信号放大电路
信号变换电路
信号存储电路
信号运算与处理电路
1.2.2
分立元件电路与集成电路
• 分立元件电路是将单个的电子元器件连接起来组 成的。一个功能复杂的电子系统，若用分立元件 实现，将会用很多元器件，不但体积和功耗大， 而且可靠性也较差。 • 与分立元件电路相比较，采用集成电路制造的电 子设备具有成本低、体积小、重量轻、功耗低、 可靠性高等许多优点，而且有利于提高生产效率， 并且便于维修。
“The Art of Electronics” (2nd Ed.) Horowitz & Hill, Cambridge University Press (1994)
“Electronic Devices & Circuit Theory” (7th Ed.) Boylestad & Nashelsky, Prentice-Hall (1999)
互导放大电路要求: 输入电阻Ri ，输出电阻 Ro
AVO Vi ,根据电流放大电路 电压放大电路模型的开路输出电压为


模型可得开路输出电压为AIS I i Ro ,且 I i
AVO Vi AIS




Vi / Ri

,令两电路等效，
Vi Ro Ri

电流放大模型就可转换为电压放大电路模型
“Microelectronic Circuits” (4th Ed.) Sedra & Smith, Oxford University Press (1997) “Introduction to Electronic Circuit Design” Spencer & Ghausi, Prentice Hall (2003)
1.1.3
模拟信号和数字信号
电子技术所处理的对象是载有信息的电信号，在电子技术中 会遇到多种信号，按其不同特点可分为两大类——模拟信号 和数字信号。 1.1.3.1 模拟信号
• 模拟信号的特点是，在时间上和幅值上均是连续的，在一 定动态范围内可取任意值。处理模拟信号的电子电路称为
模拟电路，本课程主要讨论各种模拟电子电路的基本概念、
直流(直接耦合)放大电路
• 下限频率为零的放大电路称为 直流(直接耦
合)放大电路。 • 现代模拟集成电路大多采用直接耦合进行
放大。
直流放大电路的频率响应
幅度失真与相位失真——线性失真
1.3.3.5 非线性失真
• 向放大电路输入标准的正弦波信号，可以测定输出信号的 非线性失真。
• 非线性失真系数
放大电路的表示方法
四种放大电路
• 电压放大电路 • 电流放大电路

Vo AV Vi
• 互阻放大电路




I o AI I i
• 互导放大电路

Vo AR I i
I o AG Vi
1.3.2 放大电路模型 • 电压放大电路模型，由输入电阻、输出电阻和 受控电压源三个基本元件构成。 • 受控电压源是一种非独立的电压信号源，它的 输出受另一信号控制。
关系，最后介绍电子电路的特点和分析方
法，为学好这门课程奠定基础。
1.1 电子技术
1.1.1 电子技术的概念及发展历史 • 电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的科学技 术。 • 常见的电子器件有电子管、晶体管和集成电路，等等。 • 电子电路是由电子元件（例如电阻、电容、电感等）和 电子器件构成的具有某种功能的电路，它是电子设备的 重要组成部分。
外接。
1.2.4
电子电路的分析方法
• 数字电路着重研究各种电路的输入和输出之间的逻 辑关系，分析时常利用逻辑代数、真值表、卡诺图 和状态转换图等方法。 • 模拟电路研究的重点是信号在处理过程中的波形变
化以及器件和电路对信号波形的影响，主要采用电
路分析的方法。
1.3 放大电路的基本知识 1.3.1 模拟信号放大
路处理的是模拟信号，数字电路中运行的是
数字信号。
小
结（续）
• 信号放大电路是最基本的模拟信号处理电路。根据 放大电路可分为四种类型：电压放大、电流放大、
互阻放大和互导放大。用输入电阻、输出电阻和受 控电压源或受控电流源等基本元件，可建立起四种 放大电路的简化模型，用于对放大电路基本特性的 分析。根据电路分析的要求，这四种放大电路模型 之间可实现相互转换。
贝尔晶体二极管
1.1.2
信息和信号
• 信息是对于接收者来说，预先不知道的内容或知识。信
息只有传输出去才有意义，为了传输信息，需要将它载于
某种物理量中，才能使它表现出来，被接收者感觉或认识，
这种载有信息的物理量一般称之为信号。 • 一般把将非电量转换为电量的器件称为 传感器。非电量 转换成电量经过电子技术处理后，有时还需要将电量再还 原为非电量，完成还原作用的器件，称为再生器。
基本原理、基本分析方法和基本应用。
模拟信号
1.1.3.2 数字信号
数字信号可以分为三种：
①时间离散、数值连续信号（模拟信号的取样信号）
②时间离散、数值离散信号（模数转换器输出信号） ③时间连续、数值离散信号（数模转换器输出信号）
数字信号（a）
①时间离散、数值连续信号（模拟信号的取样信号）；
数字信号（b）


Ro AI AIS RL Ro Ii

Io

Rs Ii I s Rs Ri


Ri <<R s 时，才可使电路 RL 和 当 Ro >>
具有较理想的电流放大效果。
互阻放大电路
在理想状态下，互阻放大电路要求 输入电阻Ri 0 且输出电阻 Ro 0
互导放大电路
电压放大 电路模型

Vo AVO Vi



RL RL Ro
RL AV AVO RL Ro Vi

Vo

Ro <<RL
Ri Vi Vs Rs Ri


Ri >> R s
电压放大电路适合于信号 源内阻RS较小且RL负载较 大场合。
电流放大 电路模型
Ro I o AIS I i RL Ro
(2)计算多级放大电路的总增益时，可将乘法化为加法进
行运算。 在某些情况下， AV 或 的相位关系为
180

AI

为负数，意味着输出与输入之间
，这与对数增益为负值时的意义不能混

淆。在某种情况下，放大电路的增益为 -2OdB ，这表示信号
电压衰减到l／lO，即
A 0.1 V
。
1.3.3.4
Analog circuits and digital circuits
课程内容
1、绪论
2、半导体器件基础
3、放大电路基础
4、放大电路的反馈
5、集成运算放大电路基础 6、正弦波振荡电路 7、直流电源 8、功率放大电路
教材： 模拟电路与数字电路，电子工业出版社, 寇戈主编
参考书目：
1《电子技术基础》模拟部分（第四版），华中理工大学电子教 研室编，康华光等，高等教育出版社。 2 童诗白主编：《模拟电子技术基础》，高等教育出版社， 1995年10月第1版；
电子技术发展历史
• 1904年英国伦敦大学的弗莱明发明了真空电子二极管； • 1906年美国的德福雷斯特发明了对电子信号具有放大作
用的真空电子三极管，简称电子管；
• 1948年美国贝尔电话研究所的三位科学家肖克莱、巴丁
和布拉顿发明了晶体三极管（一种半导体器件）；
• 50年代末，美国德克萨斯公司和仙童公司发明了集成电 路（实现了材料、元件和电路的三合一）。
• 对输出为电流信号的放大电路（电流放大和互导放 大），输出电阻愈大，负载电阻的变化对输出电流 的影响愈小，常用于电子系统的输出级。
1.3.3.3 增益
• 四种放大电路有不同的增益------电压增益、电流增益、 互阻增益及互导增益。实际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。 •
频率响应及带宽
放大电路的频率响应——指在输入正弦信号 情况下，输出随频率连续变化的稳态响应。
幅频响应与相频响应
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。

Vo ( j ) AV ( j ) Vi ( j )
一个实际的放大电路原则上可以取四类电 路模型中任意一种作为它的电路模型，但
是根据信号源的性质和负载的要求，一般
只有其中一种模型在电路设计或分析中概 念最明确，运用最方便。
隔离放大
1.3.3 放大电路的主要性能指标 • 输入电阻 • 输出电阻
• 增益
• 频率响应 • 非线性失真
1.3.3.1 输入电阻
输入电阻等于输入电压
与输入电流的比值

Ri Vi / I i
Rs Ii I s Rs Ri



Ri Vi Vs Rs Ri

输入为电压信号的放大电路，即电压放大和互导放大，
Vi 值愈大。 愈大，则放大电路输入端的 输入为电流信号的放大电路，即电流放大和互阻放大， Ri Ri I i 愈大。 愈小，注入放大电路的输入电流
集成电路的特点：
①所有元件都做在一小块硅片上，相互距离非常近，制
作时工艺条件相同，各元件参数值具有相同方向的偏
差，温度特性一致，容易制成两个特性相同的晶体管
或电阻； ②使用晶体管多，电阻少。一般集成电路中电阻值为几 十欧，太大的电阻往往用晶体管制成的有源负载电阻 代替，或者在集成电路外部连接。
③集成电路内部很少使用电容，一般不用电感，只能靠

1.3.3.2
RL Vo AVO Vi RL Ro

输出电阻
Ro I o AIS I i RL Ro

• 输出电阻的大小决定带负载的能力。
• 对输出为电压信号的放大电路（电压放大和互阻放 大），输出电阻愈小，负载电阻的变化对输出电压 的影响愈小。多用于信号的前置放大和中间级放大。
②时间离散、数值离散信号（模数转换器输出信号）；
数字信号（c）
③时间连续、数值离散信号（数模转换器输出信号）。
1.1.4
电子系统
电子系统——通常是指由若干相互关联、相 互作用的基本电路组成的具有特定功能的 电路整体。
扩声系统方框图
传 声 器
声频放大器
扬 声 器
电子系统的基本组成框图
非 电 信 号 输 入 传 感 器
AV 和 AI 两种无量纲增益在工程上常用以 10为底的 对数增益表达，基本单位为 B( 贝尔， Bel) ，平时用它 的十分之一单位dB(分贝)。


• 电压增益＝ 电流增益＝
2 0 lg AV 2 0 lg AI


dB dB
用对数方式表达原因：
(1)当用对数坐标表达增益随频率变化的曲线时，可大大 扩大增益变化的视野；