1、1緒論,AnalogElectronicCircuit,1.1電子學(xué)發(fā)展歷史1.2信號(hào)及其頻譜1.3模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)1.4放大電路模型1.5放大電路的主要性能指標(biāo),內(nèi)容,1.1電子學(xué)發(fā)展史,1750年，富蘭克林指出：雷電與摩擦生電是一回事1785年，庫(kù)侖總結(jié)出電荷的力學(xué)定理1800年，伏打創(chuàng)立了電位差理論1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)通電磁針偏轉(zhuǎn)1831年，法拉第完成磁生電實(shí)驗(yàn)1865年，麥克斯韋發(fā)表電磁理論公式1888年，赫茲證明了電磁波的存在1896年，馬可尼發(fā)明電報(bào)，獲1908年諾貝爾獎(jiǎng)1897年，湯姆蓀發(fā)現(xiàn)電子，獲1906年諾貝爾獎(jiǎng)1947年，蕭克利、巴丁、布拉頓發(fā)明晶體管，獲56年諾貝

2、爾獎(jiǎng)1958年，基爾比發(fā)明集成電路，獲2000年諾貝爾獎(jiǎng),1706年1月17日，本杰明.富蘭克林出生在北美州的波士頓。1746年，一位英國(guó)學(xué)者在波士頓利用玻璃管和萊頓瓶表演了電學(xué)實(shí)驗(yàn)。富蘭克林懷著極大的興趣觀(guān)看了他的表演，并被電學(xué)這一剛剛興起的科學(xué)強(qiáng)烈地吸引住了。他寫(xiě)了一篇名叫論天空閃電和我們的電氣相同的論文，并送給了英國(guó)皇家學(xué)會(huì)。1752年6月富蘭克林和他的兒子一道拉著風(fēng)箏線(xiàn)，此時(shí)，剛好一道閃電從風(fēng)箏上掠過(guò)，富蘭克林用手靠近風(fēng)箏上的鐵絲，立即掠過(guò)一種恐怖的麻木感。他抑制不住內(nèi)心的激動(dòng)，大聲呼喊：“威廉，我被電擊了！”隨后，他又將風(fēng)箏線(xiàn)上的電引入萊顧瓶中?；氐郊依镆院?，富蘭克林用雷電進(jìn)行了各種

3、電學(xué)實(shí)驗(yàn)，證明了天上的雷電與人工摩擦產(chǎn)生的電具有完全相同的性質(zhì)。富蘭克林關(guān)于天上和人間的電是同一種東西的假說(shuō)，在他自己的這次實(shí)驗(yàn)中得到了光輝的證實(shí)。1753年，俄國(guó)著名電學(xué)家利赫曼為了驗(yàn)證富蘭克林的實(shí)驗(yàn)，不幸被雷電擊死，這是做電實(shí)驗(yàn)的第一個(gè)犧牲者。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，他制成了一根實(shí)用的避雷針。他把幾米長(zhǎng)的鐵桿，用絕緣材料固定在屋頂，桿上緊拴著一根粗導(dǎo)線(xiàn)，一直通到地里。當(dāng)雷電襲擊房子的時(shí)候，它就沿著金屬桿通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)直達(dá)大地，房屋建筑完好無(wú)損。,本杰明.富蘭克林,庫(kù)侖在1736年6月14日生于法國(guó)昂古萊姆。青少年時(shí)期，他就受到了良好的教育。他后來(lái)到巴黎軍事工程學(xué)院學(xué)習(xí)，離開(kāi)學(xué)校后，他進(jìn)入西印度馬提尼克皇家

4、工程公司工作。工作了八年以后，他又在?？怂箥u瑟堡等地服役。這時(shí)庫(kù)侖就已開(kāi)始從事科學(xué)研究工作，他把主要精力放在研究工程力學(xué)和靜力學(xué)問(wèn)題上。1777年法國(guó)科學(xué)院懸賞，征求改良航海指南針中的磁針的方法。庫(kù)侖對(duì)磁力進(jìn)行深入細(xì)致的研究發(fā)現(xiàn)扭力和針轉(zhuǎn)過(guò)的角度成比例關(guān)系，從而可利用這種裝置算出靜電力或磁力的大小。這導(dǎo)致他發(fā)明了扭秤，1782年，他當(dāng)選為法國(guó)科學(xué)院院士。1785年，庫(kù)侖用自己發(fā)明的扭秤建立了靜電學(xué)中著名的庫(kù)侖定律。即兩電荷間的力與兩電荷的乘積成正比，與兩者的距離平方成反比。庫(kù)侖定律是電學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)定量規(guī)律，它使電學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段，是電學(xué)史中的一塊重要的里程碑。電荷的單位庫(kù)侖就是

5、以他的姓氏命名的。同年，他在給法國(guó)科學(xué)院的電力定律的論文中詳細(xì)地介紹了他的實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)試經(jīng)過(guò)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。,庫(kù)侖,伏特出生于意大利科莫一個(gè)富有的天主教家庭里。伏特在青年時(shí)期就開(kāi)始了電學(xué)實(shí)驗(yàn)，伏特十六歲時(shí)開(kāi)始與一些著名的電學(xué)家通信，伏特對(duì)靜電的了解至少可以和當(dāng)時(shí)最好的電學(xué)家媲美。不久他就開(kāi)始應(yīng)用他的理論制造各種有獨(dú)創(chuàng)性的儀器，1775年由于起電盤(pán)的發(fā)明，使伏特?fù)?dān)任了科莫一些學(xué)校的物理教授。后來(lái)他被任命為帕維亞大學(xué)物理學(xué)教授，正是在那里他作出了他的劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)。他當(dāng)時(shí)還被選為法國(guó)科學(xué)院的通迅院士，不久又被選為倫敦皇家學(xué)會(huì)的外國(guó)會(huì)員。伏特發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電體可以分為兩大類(lèi)。第一類(lèi)是金屬，它們接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差；

6、第二類(lèi)是電解質(zhì)，第二類(lèi)導(dǎo)體互相接觸時(shí)不會(huì)產(chǎn)生明顯的電勢(shì)差，第一類(lèi)導(dǎo)體可依次排列起來(lái)，使其中第一種相對(duì)于后面的一種是正的，例如鋅對(duì)銅是正的,在一個(gè)金屬鏈中,一種金屬和最后一種金屬之間的電勢(shì)差是一樣的。伏特把一些第一種導(dǎo)體和第二種導(dǎo)體連接得使每一個(gè)接觸點(diǎn)上產(chǎn)生的電勢(shì)差可以相加。他把這種裝置稱(chēng)為電堆，因?yàn)樗怯山谒崛芤褐械匿\板、銅板和布片重復(fù)許多層而構(gòu)成的。他在論不同導(dǎo)電物質(zhì)接觸產(chǎn)生的電中介紹了他的發(fā)明。電堆能產(chǎn)生連續(xù)的電流，它的強(qiáng)度的數(shù)量級(jí)比從靜電起電機(jī)能得到的電流大，由此開(kāi)始了一場(chǎng)真正的科學(xué)革命。,伏特,法拉第1791年9月22日生在一個(gè)手工工人家庭,21歲時(shí)當(dāng)上了戴維的助手。法拉第所研究的課

7、題廣泛多樣，按編年順序排列,有如下各方面：鐵合金研究（18181824）；氯和碳的化合物（1820）；電磁轉(zhuǎn)動(dòng)（1821）；氣體液化（1823，1845）；光學(xué)玻璃（18251831）；苯的發(fā)明（1825）；電磁感應(yīng)現(xiàn)象（1831）；不同來(lái)源的電的同一性（1832）；電化學(xué)分解（1832年起）；靜電學(xué)，電介質(zhì)（1835年起）；氣體放電（1835年）；光、電和磁（1845年起）；抗磁性（1845年起）；“射線(xiàn)振動(dòng)思想”（1846年起）；重力和電（1849年起）；時(shí)間和磁性（1857年起）1821年他研究了奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流的磁作用，作出了一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)：磁作用的方向是與產(chǎn)生磁作用的電流的方向垂直的。

8、法拉第還制成了一種電動(dòng)機(jī)，證明了導(dǎo)線(xiàn)在恒定磁場(chǎng)內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。法拉第堅(jiān)信，電與磁的關(guān)系必須被推廣，如果電流能產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)也一定能產(chǎn)生電流。法拉第為此冥思苦想了十年。他做了許多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果都失敗了。直到1831年年底，他才取得了巨大的突破，他發(fā)明最原始的發(fā)電機(jī)。奠定了現(xiàn)代電力工業(yè)的基礎(chǔ)。,法拉第,麥克斯韋1831年6月出生于英國(guó)愛(ài)丁堡，14歲在中學(xué)時(shí)期就發(fā)表了第一篇科學(xué)論文論卵形曲線(xiàn)的機(jī)械畫(huà)法，16歲進(jìn)入愛(ài)丁堡大學(xué)學(xué)習(xí)物理，三年后，他轉(zhuǎn)學(xué)到劍橋大學(xué)三一學(xué)院。在劍橋?qū)W習(xí)時(shí)，打下了扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，為他爾后把數(shù)學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)研究緊密結(jié)合創(chuàng)造了條件。麥克斯韋在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，引入位移電流的概念，建立了一組

9、微分方程。確定了電荷、電流（運(yùn)動(dòng)的電荷）、電場(chǎng)、磁場(chǎng)之間的普遍聯(lián)系，麥克斯韋方程組表明，空間某處只要有變化的磁場(chǎng)就能激發(fā)出渦旋電場(chǎng)，而變化的電場(chǎng)又能激發(fā)渦旋磁場(chǎng)。交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相激發(fā)就形成了連續(xù)不斷的電磁振蕩即電磁波。麥克斯韋方程還說(shuō)明，電磁波的速度只隨介質(zhì)的電和磁的性質(zhì)而變化，由此式可證明電微波在真空中傳播的速度，等于光在真空中傳播的速度。這不是偶然的巧合，而是由于光和電磁波在本質(zhì)上是相同的。光是一定波長(zhǎng)的電磁波，這就是麥克斯韋創(chuàng)立的光的電磁學(xué)說(shuō)。麥克斯韋依據(jù)庫(kù)侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)成果，建立了第一個(gè)完整的電磁理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的

10、存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又一次大綜合。這一理論自然科學(xué)的成果，奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、電子工業(yè)和無(wú)線(xiàn)電工業(yè)的基礎(chǔ)。,麥克斯韋,赫茲，德國(guó)物理學(xué)家，生于漢堡。十九歲入德累斯頓工學(xué)院學(xué)工程，由于對(duì)自然科學(xué)的愛(ài)好，次年轉(zhuǎn)入柏林大學(xué)，1885年任卡爾魯厄大學(xué)物理學(xué)教授。1889年，擔(dān)任波恩大學(xué)物理學(xué)教授。赫茲根據(jù)電容器經(jīng)由電火花隙會(huì)產(chǎn)生振蕩原理，設(shè)計(jì)了一套電磁波發(fā)生器和一簡(jiǎn)單的檢波器來(lái)探測(cè)電磁波，赫茲在暗室遠(yuǎn)端的墻壁上覆有可反射電波的鋅板，入射波與反射波重迭應(yīng)產(chǎn)生駐波，他以檢波器在距振蕩器不同距離處偵測(cè)加以證實(shí)。赫茲先求出振蕩器的頻率，又以檢波器量得駐波的波長(zhǎng)，二者乘

11、積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預(yù)測(cè)的一樣。電磁波傳播的速度等于光速。1888年，赫茲的實(shí)驗(yàn)成功了。赫茲在實(shí)驗(yàn)時(shí)曾指出，電磁波可以被反射、折射和如同可見(jiàn)光、熱波一樣的被偏振。由他的振蕩器所發(fā)出的電磁波是平面偏振波，其電場(chǎng)平行于振蕩器的導(dǎo)線(xiàn)，而磁場(chǎng)垂直于電場(chǎng)，且兩者均垂直傳播方向。1889年在一次著名的演說(shuō)中，赫茲明確的指出，光是一種電磁現(xiàn)象。第一次以電磁波傳遞訊息是1896年意大利的馬可尼開(kāi)始的。1901年，馬可尼又成功的將訊號(hào)送到大西洋彼岸的美國(guó)。20世紀(jì)無(wú)線(xiàn)電通訊更有了異常驚人的發(fā)展。赫茲實(shí)驗(yàn)不僅證實(shí)麥克斯韋的電磁理論，更為無(wú)線(xiàn)電、電視和雷達(dá)的發(fā)展找到了途徑。,赫茲,1824年6月26日

12、開(kāi)爾文生于愛(ài)爾蘭的貝爾法斯特。原名W.湯姆孫。10歲時(shí)就進(jìn)格拉斯哥大學(xué)預(yù)科學(xué)習(xí)。1845年畢業(yè)于劍橋大學(xué)，1846年受聘為格拉斯哥大學(xué)物理學(xué)教授18901895年任倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。1877年被選為法國(guó)科學(xué)院院士。開(kāi)爾文研究范圍廣泛，在熱學(xué)、電磁學(xué)、流體力學(xué)、光學(xué)、地球物理、數(shù)學(xué)、工程應(yīng)用等方面都做出了貢獻(xiàn)。他一生發(fā)表論文多達(dá)600余篇，取得70種發(fā)明專(zhuān)利，在電學(xué)方面，湯姆孫以極高明的技巧研究過(guò)各種不同類(lèi)型的問(wèn)題，從靜電學(xué)到瞬變電流。他揭示了傅里葉熱傳導(dǎo)理論和勢(shì)理論之間的相似性，討論了法拉第關(guān)于電作用傳播的概念，分析了振蕩電路及由此產(chǎn)生的交變電流。他的文章影響了麥克斯韋，后者向他請(qǐng)教，希望能和

13、他研究同一課題，并給了他極高的贊譽(yù)。1855年他研究了電纜中信號(hào)傳播情況，解決了長(zhǎng)距離海底電纜通訊的一系列理論和技術(shù)問(wèn)題。由湯姆孫和亥姆霍茲起主導(dǎo)作用的在巴黎召開(kāi)的國(guó)際代表大會(huì)，和1893年在芝加哥召開(kāi)的另一次代表大會(huì)，正式采用伏特、安培、法拉和歐姆等作為電學(xué)單位，這一新的單位制，從此它們被普遍使用。,開(kāi)爾文,杰克S基爾比，曾長(zhǎng)期供職于美國(guó)著名的德州儀器公司，出生于美國(guó)堪薩斯州，曾獲美國(guó)伊利諾伊州電子工程學(xué)學(xué)士和威斯康星州電子工程學(xué)碩士。他從1947年開(kāi)始從事消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，1958年加入德州儀器公司，從事計(jì)算機(jī)集成電路研究和開(kāi)發(fā)。1970年榮獲美國(guó)國(guó)家科學(xué)獎(jiǎng)?wù)隆?982年，他的名字被寫(xiě)

14、入了美國(guó)發(fā)明家名人堂，獲得了與亨利福特、愛(ài)迪生和懷特兄弟并列的榮譽(yù)。他目前擁有六十多項(xiàng)美國(guó)專(zhuān)利，是電器和電子工程師協(xié)會(huì)的成員?；鶢柋泉?dú)自研究期間，漸漸形成一個(gè)天才的想法：電阻器和電容器可以用與晶體管相同的材料制造。另外，既然所有元器件都可以用同一塊材料制造，那么這些部件可以先在同一塊材料上就地制造，再相互連接，最終形成完整的電路。他選用了半導(dǎo)體硅。集成電路取代了晶體管，為開(kāi)發(fā)電子產(chǎn)品的各種功能鋪平了道路，并且大幅度降低了成本，它的誕生，使微處理器的出現(xiàn)成為了可能，也使計(jì)算機(jī)變成普通人可以親近的日常工具。集成技術(shù)的應(yīng)用，催生了更多方便快捷的電子產(chǎn)品，比如常見(jiàn)的手持電子計(jì)算器，就是基爾比繼集成電路

15、之后的一個(gè)新發(fā)明?！?。,基爾比獲獎(jiǎng)后對(duì)青年人的特別建議：電子學(xué)是一項(xiàng)迷人的領(lǐng)域，發(fā)展速度日新月異，未來(lái)的機(jī)遇一如既往，建議投身其中，從頭做起。,杰克S基爾比,電子技術(shù)是十九世紀(jì)末、二十世紀(jì)初開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，二十世紀(jì)發(fā)展最迅速，應(yīng)用最廣泛，成為近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。電子計(jì)算機(jī)發(fā)展經(jīng)歷的四個(gè)階段恰好能夠充分說(shuō)明電子技術(shù)發(fā)展的四個(gè)階段的特性第一代（19461957年）是電子計(jì)算機(jī)，它的基本電子元件是電子管，運(yùn)算速度為每秒幾千次幾萬(wàn)次第二代（19581970年）是晶體管計(jì)算機(jī)。第三代（19631970年）是集成電路計(jì)算機(jī)。開(kāi)始采用性能更好的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，運(yùn)算速度提高到每秒幾十萬(wàn)次基本

16、運(yùn)算。第四代（1971年日前）是大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百萬(wàn)次，甚至上億次基本運(yùn)算。,1.2信號(hào)及其頻譜,1.2.1電子系統(tǒng)由若干相互連接、相互作用的基本電路組成具有特定功能的電路整體,傳輸信號(hào)，由三部分組成：信號(hào)獲取依靠傳感器得到電信號(hào)信號(hào)處理對(duì)信號(hào)加工，適合傳輸信號(hào)執(zhí)行完成系統(tǒng)的最終任務(wù),激光測(cè)距電子系統(tǒng),1.2.2信號(hào),信息的載體隨時(shí)間變化的物理量,電信號(hào)隨時(shí)間變化的電壓或電流,任務(wù)：不失真地傳遞信號(hào)（信息），或?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理,電信號(hào)源的電路表達(dá)形式,戴維寧,諾頓,電信號(hào)的時(shí)域與頻域表示,A.正弦信號(hào),信號(hào)及其頻譜,最簡(jiǎn)單的信號(hào)：經(jīng)常作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)用來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行分析和測(cè)

17、試!,電信的時(shí)域與頻域表示,B.方波信號(hào),滿(mǎn)足狄利克雷條件，展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù),直流分量,其中,基波分量,三次諧波分量,電信的時(shí)域與頻域表示,C.非周期信號(hào),傅里葉變換：,通過(guò)快速傅里葉變換（FFT）可迅速求出非周期信號(hào)的頻譜函數(shù)。,非周期信號(hào)包含了所有可能的頻率成分,離散頻率函數(shù),連續(xù)頻率函數(shù),1.3模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào),處理模擬信號(hào)的電子電路稱(chēng)為模擬電路。,模擬信號(hào)：在時(shí)間和幅值上都是連續(xù)的信號(hào)。,數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和幅值上都是離散的信號(hào)。,任務(wù)：不失真地傳遞信號(hào)（信息），或?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理,模擬信號(hào)的放大,（1）放大信號(hào)的增強(qiáng),雙口網(wǎng)絡(luò),（2）不失真,3層含義：,增益（放大倍數(shù)）,（3）能量轉(zhuǎn)換

18、有源電路（器件）,問(wèn)題,（1）Ii=?（IiRS對(duì)信號(hào)的衰減）,（2）RLvOAV,問(wèn)題?,(1)Ii=?,(2)RLvOAV,輸入端口特性,輸入回路對(duì)信號(hào)源的衰減,輸入電阻,要想減小衰減，則希望？,理想,輸出回路可等效為受控電壓源,負(fù)載開(kāi)路時(shí)的電壓增益,輸出電阻,由輸出回路得,要想減小負(fù)載的影響，則希望？,理想,1.4放大電路模型,模型等效電路（端口特性不變）,輸入端口特性可以等效為一個(gè)輸入電阻,輸出端口可以根據(jù)不同情況等效成不同的電路形式,1.電壓放大模型,關(guān)心輸出電流與輸入電流的關(guān)系,2.電流放大模型,3.互阻放大模型,4.互導(dǎo)放大模型,1.4放大電路模型,1.電壓放大模型,關(guān)心輸出電壓

19、與輸入電壓的關(guān)系,負(fù)載短路時(shí)的電流增益,2.電流放大模型,由輸出回路得,則電流增益為,由此可見(jiàn),要想減小負(fù)載的影響，則希望？,理想情況,由輸入回路得,要想減小對(duì)信號(hào)源的衰減，則希望？,理想,1.4放大電路模型,1.5放大電路的主要性能指標(biāo),1.輸入電阻,3類(lèi),與放大有關(guān)的,與失真有關(guān)的,與能量轉(zhuǎn)換有關(guān)的,增益、輸入電阻、輸出電阻,非線(xiàn)性失真、線(xiàn)性失真,最大輸出功率、轉(zhuǎn)換效率,2.輸出電阻,所以,另一方法,注意：輸入、輸出電阻為交流電阻,1.5放大電路的主要性能指標(biāo),3.增益,反映放大電路在輸入信號(hào)控制下，將供電電源能量轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)能量的能力,其中,四種增益,常用分貝（dB）表示,1.5放大電路的主要性能指標(biāo),好處？,4.非線(xiàn)性失真,由元器件非線(xiàn)性特性引起的