1、1,電子技術(shù)基礎(chǔ),（模擬部分）,2,1 緒論,Fundamental of Electronic Technology,CTGU,3,1.1 課程慨述 1.2 電子學(xué)發(fā)展史 1.3 信號的傳輸與電子系統(tǒng) 1.4 放大電路的基本知識 1.5 學(xué)習(xí)方法與要求,內(nèi)容,4,1.1 課程慨述,電子技術(shù)基礎(chǔ)課程（含模擬部分和數(shù)字部分）是電氣信息類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，是一門理論性與應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程。課程教學(xué)環(huán)節(jié)包括：理論課教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)獨(dú)立設(shè)課，主要有：電子工程實(shí)踐、電工測量與實(shí)驗(yàn)技術(shù)、電子線路設(shè)計(jì)等。 本課程是研究各種半導(dǎo)體器件的性能、電路及其應(yīng)用的學(xué)科。課程的任務(wù)是使學(xué)生獲得電子技術(shù)的

2、基本理論、基本知識和基本分析方法。培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力和初步具備電子線路的設(shè)計(jì)、應(yīng)用能力。學(xué)生可上課程網(wǎng)站下載資料和答疑。 課程平時(shí)成績占40%（其中課外作業(yè)占20%、課堂作業(yè)及小測驗(yàn)占10%、課堂考勤占10%），期末考試成績占60%（以閉卷考試為主，從課程試題庫隨機(jī)抽題）。,5,1.2 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

3、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年諾貝爾獎(jiǎng) 1958年，基爾比發(fā)明集成電路，獲2000年諾貝爾獎(jiǎng),6,1706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，此時(shí)，剛好一道閃電從風(fēng)箏上掠過，富蘭克林用手靠近風(fēng)箏上的鐵絲，立即掠過一

4、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)箏線上的電引入萊顧瓶中。回到家里以后，富蘭克林用雷電進(jìn)行了各種電學(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，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)過多次試驗(yàn)，他制成了一根實(shí)用的避雷針。他把幾米長的鐵桿，用絕緣材料固定在屋頂，桿上緊拴著一根粗導(dǎo)線，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導(dǎo)線直達(dá)大地，房屋建筑完好無損。,7,庫侖在17

5、36年6月14日生于法國昂古萊姆。青少年時(shí)期，他就受到了良好的教育。他后來到巴黎軍事工程學(xué)院學(xué)習(xí)，離開學(xué)校后，他進(jìn)入西印度馬提尼克皇家工程公司工作。工作了八年以后，他又在埃克斯島瑟堡等地服役。這時(shí)庫侖就已開始從事科學(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)問題上。 1777年法國科學(xué)院懸賞，征求改良航海指南針中的磁針的方法。庫侖對磁力進(jìn)行深入細(xì)致的研究發(fā)現(xiàn)扭力和針轉(zhuǎn)過的角度成比例關(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)選為法國科學(xué)院院士。 1785年，庫侖用自己發(fā)明的扭秤建立了靜電學(xué)中著名的庫侖定律。即兩電荷間的力與兩電荷的乘積成正比，與兩者的

6、距離平方成反比。庫侖定律是電學(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。電荷的單位庫侖就是以他的姓氏命名的。同年，他在給法國科學(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，測試經(jīng)過和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。,8,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)期就開始了電學(xué)實(shí)驗(yàn)，伏特十六歲時(shí)開始與一些著名的電學(xué)家通信，伏特對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)

7、時(shí)還被選為法國科學(xué)院的通迅院士，不久又被選為倫敦皇家學(xué)會(huì)的外國會(huì)員。 伏特發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電體可以分為兩大類。第一類是金屬，它們接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生電勢差；第二類是電解質(zhì)，第二類導(dǎo)體互相接觸時(shí)不會(huì)產(chǎn)生明顯的電勢差，第一類導(dǎo)體可依次排列起來，使其中第一種相對于后面的一種是正的，例如鋅對銅是正的,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)生的電勢差可以相加。他把這種裝置稱為電堆，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)量級比從靜電起電機(jī)能得

8、到的電流大，由此開始了一場真正的科學(xué)革命。,9,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）；“射線振動(dòng)思想”（1846年起）；重力和電（1849年起）

9、；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。法拉第還制成了一種電動(dòng)機(jī)，證明了導(dǎo)線在恒定磁場內(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，磁場也一定能產(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)。 。,10,麥克斯韋1831年6月出生于英國愛丁堡， 14歲在中學(xué)時(shí)期就發(fā)表了第一篇科學(xué)論文論卵形曲線的機(jī)械畫法，16歲進(jìn)入愛丁堡大學(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。

10、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，建立了一組微分方程。確定了電荷、電流（運(yùn)動(dòng)的電荷）、電場、磁場之間的普遍聯(lián)系，麥克斯韋方程組表明，空間某處只要有變化的磁場就能激發(fā)出渦旋電場，而變化的電場又能激發(fā)渦旋磁場。交變的電場和磁場互相激發(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。光是一定波長的電磁波，這就是麥克斯韋創(chuàng)立的光的電磁

11、學(xué)說。 麥克斯韋依據(jù)庫侖、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)和無線電工業(yè)的基礎(chǔ)。,11,赫茲，德國物理學(xué)家，生于漢堡。十九歲入德累斯頓工學(xué)院學(xué)工程，由于對自然科學(xué)的愛好，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)生器和一簡單的檢波器來探測電磁波，赫茲在暗室遠(yuǎn)端的墻壁上覆有

12、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，二者乘積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預(yù)測的一樣。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，其電場平行于振蕩器的導(dǎo)線，而磁場垂直于電場，且兩者均垂直傳播方向。 1889年在一次著名的演說中，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始的。1901年，馬可尼又成功的將訊號送到大西洋彼岸的

13、美國。20世紀(jì)無線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，更為無線電、電視和雷達(dá)的發(fā)展找到了途徑。,12,1824年6月26日開爾文生于愛爾蘭的貝爾法斯特。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。1877年被選為法國科學(xué)院院士。 開爾文研究范圍廣泛，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)明專利， 在電學(xué)方面，湯姆孫以極高明的技巧研究過各種不同類型的問題，從靜電學(xué)到瞬變電流。他揭示

14、了傅里葉熱傳導(dǎo)理論和勢理論之間的相似性，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，后者向他請教，希望能和他研究同一課題，并給了他極高的贊譽(yù)。1855年他研究了電纜中信號傳播情況，解決了長距離海底電纜通訊的一系列理論和技術(shù)問題。由湯姆孫和亥姆霍茲起主導(dǎo)作用的在巴黎召開的國際代表大會(huì)，和1893年在芝加哥召開的另一次代表大會(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。,13,杰克S基爾比，曾長期供職于美國著名的德州儀器公司，出生于美國堪薩斯州，曾獲美國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

15、1947年開始從事消費(fèi)類電子產(chǎn)品的開發(fā)，1958年加入德州儀器公司，從事計(jì)算機(jī)集成電路研究和開發(fā)。1970年榮獲美國國家科學(xué)獎(jiǎng)?wù)隆?982年，他的名字被寫入了美國發(fā)明家名人堂，獲得了與亨利福特、愛迪生和懷特兄弟并列的榮譽(yù)。他目前擁有六十多項(xiàng)美國專利，是電器和電子工程師協(xié)會(huì)的成員。 基爾比獨(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

16、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，比如常見的手持電子計(jì)算器，就是基爾比繼集成電路之后的一個(gè)新發(fā)明?！?。,基爾比獲獎(jiǎng)后對青年人的特別建議： 電子學(xué)是一項(xiàng)迷人的領(lǐng)域，發(fā)展速度日新月異，未來的機(jī)遇一如既往，建議投身其中，從頭做起。,14,電子技術(shù)是十九世紀(jì)末、二十世紀(jì)初開始發(fā)展起來的新興技術(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

17、萬次 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)。開始采用性能更好的半導(dǎo)體存儲器，運(yùn)算速度提高到每秒幾十萬次基本運(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)每秒幾百萬次，甚至上億次基本運(yùn)算。,15,1.3 信號的傳輸與電子系統(tǒng),1.3.1 電子系統(tǒng) 傳輸信號，由三部分組成： 信號獲取 依靠傳感器得到電信號 信號處理 對信號加工，適合傳輸 信號執(zhí)行 完成系統(tǒng)的最終任務(wù),激光測距電子系統(tǒng),16,信號： 信息的載體,17,1.3.2 信號描述,（1）信號源等效電路 （2）正弦電壓信號 (3) 模擬與數(shù)字信號 時(shí)間和幅值均連續(xù)為模

18、擬信號,Ri,18,電信號源的電路表達(dá)形式,戴維寧,諾頓,19,電信的時(shí)域與頻域表示,A. 正弦信號,信號及其頻譜,20,電信的時(shí)域與頻域表示,B. 方波信號,滿足狄利克雷條件，展開成傅里葉級數(shù),直流分量,其中,基波分量,三次諧波分量,21,電信的時(shí)域與頻域表示,C. 非周期信號,傅里葉變換：,通過快速傅里葉變換（FFT）可迅速求出非周期信號的頻譜函數(shù)。,非周期信號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),22,模擬信號和數(shù)字信號,處理模擬信號的電子電路稱為模擬電路。,模擬信號：在時(shí)間和幅值上都是連續(xù)的信號。,數(shù)字信號：在時(shí)間和幅值上都是離散的信號。,23,1.4 放大電路的基本知

19、識, 輸入電阻, 輸出電阻, 電壓放大模型, 電流放大模型,1.4.1 模擬信號的放大,1.4.2 放大電路模型,1.4.3 放大電路的主要性能指標(biāo), 增益, 互阻放大模型, 互導(dǎo)放大模型, 隔離放大電路模型, 頻率響應(yīng)及帶寬, 非線性失真,24,1.4 放大電路的基本知識,1.4.1 模擬信號的放大 電壓放大 Vo=AVVi 電流放大 Io=AIIi 互阻放大 Vo=ARIi 互導(dǎo)放大 Io=AGVi 1.4.2 放大電路模型,Au,電壓放大,+ Vo -,RS,Ri,RL,+ VS -,Ro,+ AV0Vi -,+ Vi -,25,要求 RLRO,RS,IS,RS,AISIi,Ri,RL,

20、Io,Ii,電流放大,要求 RiRs,要求 RORL,要求 RSRi,26,1.4.1 模擬信號的放大,電壓增益（電壓放大倍數(shù)）,電流增益,互阻增益,互導(dǎo)增益,27,1.4.2 放大電路模型,放大電路是一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)。從端口特性來研究放大電路，可將其等效成具有某種端口特性的等效電路。,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,28,1.4.2 放大電路模型,負(fù)載開路時(shí)的 電壓增益,1. 電壓放大模型,輸入電阻,輸出電阻,由輸出回路得,則電壓增益為,由此可見,即負(fù)載的大小會(huì)影響增益的大小,要想減小負(fù)載的影響，則希望？ （考慮改變放大電路的參數(shù)）,理想情況,2

21、9,1.4.2 放大電路模型,另一方面，考慮到輸入回路對信號源的衰減,理想,有,要想減小衰減，則希望？,30,1.4.2 放大電路模型,關(guān)心輸出電流與輸入電流的關(guān)系,2. 電流放大模型,31,1.4.2 放大電路模型,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,要想減小負(fù)載的影響，則希望？,理想情況,由輸入回路得,要想減小對信號源的衰減，則希望？,理想,32,1.4.2 放大電路模型,3. 互阻放大模型（自看）,輸入輸出回路沒有公共端,4. 互導(dǎo)放大模型（自看）,5. 隔離放大電路模型,33,1.4.3 放大電路的主要性能指標(biāo) 1.輸入電阻ri 輸入電阻是

22、衡量放大電路從其前級取電 流大小的參數(shù)。,2.輸出電阻ro 放大電路對其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號源，這 個(gè)戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻,34,3. 增益 輸入信號控制下將電源能量轉(zhuǎn)換為 信號能量的能力。 無量綱增益用對數(shù)表示 電壓增益= 20 lgAV dB 電流增益= 20 lgAI dB,35,4. 通頻帶,通頻帶：,fbw=fHfL,36,1.4.3 放大電路的主要性能指標(biāo),1. 輸入電阻,37,1.4.3 放大電路的主要性能指標(biāo),2. 輸出電阻,所以,另一方法,注意：輸入、輸出電阻為交流電阻,38,1.4.3 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控制下，將供電電源能量轉(zhuǎn)換為輸出信號能量的能力,其中,“甲放大電路的增益為-20倍”和“乙放大電路的增益為-20dB”，問哪個(gè)電路的增益大？,四種增益,常用分貝（dB）表示,39,1.4.3 放大電路的主要性能指標(biāo),4. 頻率響應(yīng)及帶寬（頻域指標(biāo)）,A.頻率響應(yīng)及帶寬,電壓增益可表示為,在輸入正弦信號情況下，輸