1
电子技术基础
（模拟部分）
主 讲徐 栋
2
电子技术基础的研究内容
研究各种半导体器件的性能、电路及其应用。
包括模拟电子技术和数字电子技术两部分。
本课程学习模拟电子技术。
3
为什么要学习电子技术？
电子技术的应用十分广泛。如工业、农业、科技和国防等领域。
电子技术在日常生活中的应用也很多。
例如：收音机、电视机、高保真度音响、
DVD播放机、通信设备（程控电话机、
移动通信机）、个人计算机等大量的电子产品。
4
如何学习模拟电子技术基础？
弄清基本概念，理解基本原理，
掌握基本分析、设计方法要求,
1）认真听讲，独立完成作业，勤于思考，勇于提问。
2）提高自学能力，注意预习和复习，借一本参考书。
3）重视实验和动手能力的训练。
5
教材与主要参考书目
1、康华光编,,电子技术基础,（模拟部分）
第四版，高教出版社
2、童诗白编,,模拟电子技术基础,,高等教育出版社，
3、张凤言编,,电子电路基础,第二版，高教出版社，
4、谢嘉奎编,,电子线路,（线性部分）第四版，高教出版社，
5、陈大钦编,,模拟电子技术基础 问答、例题、
试题,,华中理工大学出版社，
6、唐竞新编,,模拟电子技术基础解题指南,,
清华大学出版社。
6
第一章 绪论第二章 半导体二极管及其基本电路第三章 半导体三极管及放大电路基础第四章 场效应管放大电路第五章 功率放大电路第六章 集成电路运算放大器第七章 反馈放大电路第八章 信号的运算与处理电路第九章 信号产生电路第十章 直流稳压电源
1 绪 论
1.1 信号
1.2 信号的频谱
1.3 模拟信号和数字信号
1.4 放大电路模型
1.5 放大电路的主要性能指标
8
1.1 信号
1,含义：
信息的载体
＝随时间变化的物理量
O t / s
v / V
10 80 70 60 50 40 30 20
8
10
8
10
放大电路输出波形高温计输出波形
v / m V
传感器 电信号
＝随时间变化的电压或电流
T /℃
2 200,5
2 200,0
2 199,5
0 10 80706050403020 t / s
加热炉温度波动曲线
9
2,电信号源的电路表达形式戴维宁诺顿
S
S
S R
VI
转换电子系统
RS
+
-
VS
电压源等效电路
Rs<<Ri
电流源等效电路电子系统
RSIS
Rs>>Ri
1.1 信号
10
电信号的时域与频域表示
A,正弦信号
)s i n ()( 0m tVtv
时域
O
t
V
m
V
m
f
T = =
fT 22 0
0
O
V m
频域最简单的信号：
经常作为标准信号用来对模拟电路进行分析和测试 !!
1.2 信号的频谱
11
电信号的时域与频域表示
B,方波信号
)5s i n513s i n31( s i n22)( 000SS tttVVtv
T
2
0?
时域
O
0
T =
t
V s
频域
O
2 V s
V s
V s
2 V s
2 V s
满足狄利克雷条件,展开成傅里叶级数
2S
V ——直流分量其中
S
V2 ——基波分量
3
12?
S
V ——三次谐波分量
1.2 信号的频谱频谱：将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。
12
电信号的时域与频域表示
C,非周期信号傅里叶变换：
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 。
离散频率函数周期信号连续频率函数非周期信号频域
O?
T /℃
c
时域
T /℃
2 200,5
2 200,0
2 199,5
0 10 80706050403020 t / s
)0(
非周期信号包含了所有可能的频率成分 。
信号的带宽：
1.2 信号的频谱
13
1.3 模拟信号和数字信号处理模拟信号的电子电路称为模拟电路 。
模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号 。
数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号 。
任务：不失真地传递信号（信息），或对信号进行处理
14
模拟信号的放大
R s
放大电路
I oI i
+
–
V o
+
–
V s
+
–
V i R L
信号源 负载
（ 1） 放大? 信号的增强双口网络
（ 2） 不失真 线性关系,y=kx
3层含义：
增益 （ 放大倍数 ）
i
o
V
VA
V?
直流电源
i
o
I
IA
I?
)(
i
o
I
VA
R?
)S(
i
o
V
IA
G?
（ 3） 能量转换 有源电路 （ 器件 ）
问题
（ 1） Ii =? （ IiRS 对信号的衰减 ）
（ 2） RLvOAV?
15
R s
+
– –
V i
+
–
V o
+
R L V s
I o I i 放大电路
s
+
–
s i
– o
R i L
I o i
V i o
–
+
i V i A VO
oi R o R s
+
–
V s
–
V i
+
R o
–
V o
+
–
+
R i R L V i A VO
I o I i
问题?
(1) Ii =?
(2) RL vOAV?
输入端口特性输入回路对信号源的衰减
s
is
i
i VRR
RV
i
i
i I
VR
输入电阻要想减小衰减,则希望 …？
si RR
理想
iR
输出回路可等效为非理想的电压源
——负载开路时的电压增益OVA?
oR
——输出电阻由输出回路得
Lo
L
iOo RR
RVAV
V
要想减小负载的影响,则希望 …？
Lo RR
理想 0
o?R
16
1.4 放大电路模型模型? 等效电路 （ 端口特性不变 ）
R s
放大电路
I oI i
+
–
V o
+
–
V s
+
–
V i R L
输入端口特性可以等效为一个输入电阻
输出端口可以根据不同情况等效成不同的电路形式
17
R s
放大电路
I oI i
+
–
V o
+
–
V s
+
–
V i R L
R s
+
–
V s
–
V i
+
R o
–
V o
+
–
+
R i R LV iA VO
电压放大模型电流放大模型关心输出电流与输入电流的关系
2,电流放大模型
3,互阻放大模型
4,互导放大模型
1.4 放大电路模型
1,电压放大模型关心输出电压与输入电压的关系
18
—负载短路时的电流增益
2,电流放大模型
ISA?
由输出回路得
Lo
o
io RR
RIAI
IS
则电流增益为
i
o
I
IA
I?
Lo
o
RR
RA
IS
由此可见?
LR?IA?
要想减小负载的影响,则希望 …？
Lo RR
理想情况
oR
由输入回路得
is
s
si RR
RII
要想减小对信号源的衰减,则希望 …？
si RR
理想
0i?R
1.4 放大电路模型
19
1.5 放大电路的主要性能指标
1,输入电阻
i
i
i I
VR
R s
+
–
V s
–
V i
+
R i
I i
放大电路
3类与放大有关的与失真有关的与能量转换有关的增益、输入电阻、输出电阻非线性失真、线性失真最大输出功率、转换效率
20
2,输出电阻
iOo VAV V
R o
–
V o
+
–
+
R LV iA VO
放大电路
R o
–
+
V iA VO
放大电路 –
+
V o
Lo
L
iOo RR
RVAV
V
所以
LL
o
o
o RRV
VR
放大电路
I T
+
–
V T
R o
+
–
V s =0
另一方法
0
T
T
o s VI
VR
注意：输入,输出电阻为交流电阻
1.5 放大电路的主要性能指标
21
3,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
)dB(lg20 VA电压增益四种增益
i
o
V
VA
V?
i
o
I
IA
I?
i
o
I
VA
R?
i
o
V
IA
G?
IV AA,
常用 分贝 （ dB） 表示
)dB(lg20 IA电流增益
)dB(lg10 PA功率增益
1.5 放大电路的主要性能指标
22
4,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
O
t
I
O
t
O
最大不失真输出电压幅值性能指标
- V OM
V CC = V OM
v I
v O
电压传输特性
1.5 放大电路的主要性能指标
23
5,频率响应及带宽（频域指标）
实际的信号 ＝ 多个正弦波的叠加 增益与正弦信号频率的关系
2个问题：
B,Av为什么是 f 的函数？如何表达？
A,多个正弦频率成分的放大程度不同，会产生什么危害？
0
20 l g | A V | / d B
2
20
40
6 0
20 2? 10
2
2? 10
3
2? 10
4
f / H z
普通音响系统放大电路的幅频响应
1.5 放大电路的主要性能指标
24
1.5 放大电路的主要性能指标
5,频率响应及带宽 （ 频域指标 ）
频率失真 （ 线性失真 ）
幅度失真：
对信号的不同频率成分增益不同,产生的失真 。
O
t
I
O
t
O
基波二次谐波输入信号输出信号二次谐波
AV=2
基波 AV=1
A.多个正弦频率成分的放大程度不同，会产生什么危害？
相位失真：
对信号的不同频率成分相移不同,产生的失真 。
O
t
I
O
t
O
幅度失真：
对信号的不同频率成分增益不同,产生的失真 。
相位失真：
对信号的不同频率成分相移不同,产生的失真 。
O
t
I
O
t
O
频率失真线性失真
26
5,频率响应及带宽 （ 频域指标 ）
频率响应电压增益表示为
)(
)()(
i
o
jV
jVjA
V?
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 。
)]()([)( )( io
i
o
jV
jV
或写为 )()( VV AA?
其中 称为幅频响应
)(
)()(
i
o
jV
jVA
V?
称为相频响应)()()( io
B,Av为什么是 f 的函数？如何表达？
原因：放大电路存在电抗元件，如电容、电感。
1.5 放大电路的主要性能指标
27
普通音响系统放大电路的幅频响应
0
20 l g | A V | / d B
2
20
40
6 0
20 2? 10
2
2? 10
3
2? 10
4
f / H z
5,频率响应及带宽 （ 频域指标 ）
新问题,如何避免频率失真？
中频区 高频区低频区带宽
3 d B
f L f
H
频域指标
—上限频率—Hf
—下限频率—Lf
称为带宽LH ffBW
HLH fBWff 时，当信号的带宽? 放大器的带宽直流放大电路的幅频响应与此有何区别？
若输入 50kHz的正弦波是否会产生频率失真？
1.5 放大电路的主要性能指标
28
vCE,iB —— 表示总 量
VCE,IB ——表示 直流量
vce,ib —— 表示纯 交流量书中有关符号的约定
—— 表示正弦相 量
ceV? bI?
1.5 放大电路的主要性能指标
V DC
+
-
v ac
A
B
R L
v AB /V
O
t
v ac
V DC
vAB= VDC + vac
iA = IDC + ia
例如：
29
习题与预习习题：
1.1.3;
1.2.1;
1.2.3;
1.2.6;
1.2.8
预习：
2 半导体二极管及其基本电路
电子技术基础
（模拟部分）
主 讲徐 栋
2
电子技术基础的研究内容
研究各种半导体器件的性能、电路及其应用。
包括模拟电子技术和数字电子技术两部分。
本课程学习模拟电子技术。
3
为什么要学习电子技术？
电子技术的应用十分广泛。如工业、农业、科技和国防等领域。
电子技术在日常生活中的应用也很多。
例如：收音机、电视机、高保真度音响、
DVD播放机、通信设备（程控电话机、
移动通信机）、个人计算机等大量的电子产品。
4
如何学习模拟电子技术基础？
弄清基本概念，理解基本原理，
掌握基本分析、设计方法要求,
1）认真听讲，独立完成作业，勤于思考，勇于提问。
2）提高自学能力，注意预习和复习，借一本参考书。
3）重视实验和动手能力的训练。
5
教材与主要参考书目
1、康华光编,,电子技术基础,（模拟部分）
第四版，高教出版社
2、童诗白编,,模拟电子技术基础,,高等教育出版社，
3、张凤言编,,电子电路基础,第二版，高教出版社，
4、谢嘉奎编,,电子线路,（线性部分）第四版，高教出版社，
5、陈大钦编,,模拟电子技术基础 问答、例题、
试题,,华中理工大学出版社，
6、唐竞新编,,模拟电子技术基础解题指南,,
清华大学出版社。
6
第一章 绪论第二章 半导体二极管及其基本电路第三章 半导体三极管及放大电路基础第四章 场效应管放大电路第五章 功率放大电路第六章 集成电路运算放大器第七章 反馈放大电路第八章 信号的运算与处理电路第九章 信号产生电路第十章 直流稳压电源
1 绪 论
1.1 信号
1.2 信号的频谱
1.3 模拟信号和数字信号
1.4 放大电路模型
1.5 放大电路的主要性能指标
8
1.1 信号
1,含义：
信息的载体
＝随时间变化的物理量
O t / s
v / V
10 80 70 60 50 40 30 20
8
10
8
10
放大电路输出波形高温计输出波形
v / m V
传感器 电信号
＝随时间变化的电压或电流
T /℃
2 200,5
2 200,0
2 199,5
0 10 80706050403020 t / s
加热炉温度波动曲线
9
2,电信号源的电路表达形式戴维宁诺顿
S
S
S R
VI
转换电子系统
RS
+
-
VS
电压源等效电路
Rs<<Ri
电流源等效电路电子系统
RSIS
Rs>>Ri
1.1 信号
10
电信号的时域与频域表示
A,正弦信号
)s i n ()( 0m tVtv
时域
O
t
V
m
V
m
f
T = =
fT 22 0
0
O
V m
频域最简单的信号：
经常作为标准信号用来对模拟电路进行分析和测试 !!
1.2 信号的频谱
11
电信号的时域与频域表示
B,方波信号
)5s i n513s i n31( s i n22)( 000SS tttVVtv
T
2
0?
时域
O
0
T =
t
V s
频域
O
2 V s
V s
V s
2 V s
2 V s
满足狄利克雷条件,展开成傅里叶级数
2S
V ——直流分量其中
S
V2 ——基波分量
3
12?
S
V ——三次谐波分量
1.2 信号的频谱频谱：将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。
12
电信号的时域与频域表示
C,非周期信号傅里叶变换：
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 。
离散频率函数周期信号连续频率函数非周期信号频域
O?
T /℃
c
时域
T /℃
2 200,5
2 200,0
2 199,5
0 10 80706050403020 t / s
)0(
非周期信号包含了所有可能的频率成分 。
信号的带宽：
1.2 信号的频谱
13
1.3 模拟信号和数字信号处理模拟信号的电子电路称为模拟电路 。
模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号 。
数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号 。
任务：不失真地传递信号（信息），或对信号进行处理
14
模拟信号的放大
R s
放大电路
I oI i
+
–
V o
+
–
V s
+
–
V i R L
信号源 负载
（ 1） 放大? 信号的增强双口网络
（ 2） 不失真 线性关系,y=kx
3层含义：
增益 （ 放大倍数 ）
i
o
V
VA
V?
直流电源
i
o
I
IA
I?
)(
i
o
I
VA
R?
)S(
i
o
V
IA
G?
（ 3） 能量转换 有源电路 （ 器件 ）
问题
（ 1） Ii =? （ IiRS 对信号的衰减 ）
（ 2） RLvOAV?
15
R s
+
– –
V i
+
–
V o
+
R L V s
I o I i 放大电路
s
+
–
s i
– o
R i L
I o i
V i o
–
+
i V i A VO
oi R o R s
+
–
V s
–
V i
+
R o
–
V o
+
–
+
R i R L V i A VO
I o I i
问题?
(1) Ii =?
(2) RL vOAV?
输入端口特性输入回路对信号源的衰减
s
is
i
i VRR
RV
i
i
i I
VR
输入电阻要想减小衰减,则希望 …？
si RR
理想
iR
输出回路可等效为非理想的电压源
——负载开路时的电压增益OVA?
oR
——输出电阻由输出回路得
Lo
L
iOo RR
RVAV
V
要想减小负载的影响,则希望 …？
Lo RR
理想 0
o?R
16
1.4 放大电路模型模型? 等效电路 （ 端口特性不变 ）
R s
放大电路
I oI i
+
–
V o
+
–
V s
+
–
V i R L
输入端口特性可以等效为一个输入电阻
输出端口可以根据不同情况等效成不同的电路形式
17
R s
放大电路
I oI i
+
–
V o
+
–
V s
+
–
V i R L
R s
+
–
V s
–
V i
+
R o
–
V o
+
–
+
R i R LV iA VO
电压放大模型电流放大模型关心输出电流与输入电流的关系
2,电流放大模型
3,互阻放大模型
4,互导放大模型
1.4 放大电路模型
1,电压放大模型关心输出电压与输入电压的关系
18
—负载短路时的电流增益
2,电流放大模型
ISA?
由输出回路得
Lo
o
io RR
RIAI
IS
则电流增益为
i
o
I
IA
I?
Lo
o
RR
RA
IS
由此可见?
LR?IA?
要想减小负载的影响,则希望 …？
Lo RR
理想情况
oR
由输入回路得
is
s
si RR
RII
要想减小对信号源的衰减,则希望 …？
si RR
理想
0i?R
1.4 放大电路模型
19
1.5 放大电路的主要性能指标
1,输入电阻
i
i
i I
VR
R s
+
–
V s
–
V i
+
R i
I i
放大电路
3类与放大有关的与失真有关的与能量转换有关的增益、输入电阻、输出电阻非线性失真、线性失真最大输出功率、转换效率
20
2,输出电阻
iOo VAV V
R o
–
V o
+
–
+
R LV iA VO
放大电路
R o
–
+
V iA VO
放大电路 –
+
V o
Lo
L
iOo RR
RVAV
V
所以
LL
o
o
o RRV
VR
放大电路
I T
+
–
V T
R o
+
–
V s =0
另一方法
0
T
T
o s VI
VR
注意：输入,输出电阻为交流电阻
1.5 放大电路的主要性能指标
21
3,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
)dB(lg20 VA电压增益四种增益
i
o
V
VA
V?
i
o
I
IA
I?
i
o
I
VA
R?
i
o
V
IA
G?
IV AA,
常用 分贝 （ dB） 表示
)dB(lg20 IA电流增益
)dB(lg10 PA功率增益
1.5 放大电路的主要性能指标
22
4,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
O
t
I
O
t
O
最大不失真输出电压幅值性能指标
- V OM
V CC = V OM
v I
v O
电压传输特性
1.5 放大电路的主要性能指标
23
5,频率响应及带宽（频域指标）
实际的信号 ＝ 多个正弦波的叠加 增益与正弦信号频率的关系
2个问题：
B,Av为什么是 f 的函数？如何表达？
A,多个正弦频率成分的放大程度不同，会产生什么危害？
0
20 l g | A V | / d B
2
20
40
6 0
20 2? 10
2
2? 10
3
2? 10
4
f / H z
普通音响系统放大电路的幅频响应
1.5 放大电路的主要性能指标
24
1.5 放大电路的主要性能指标
5,频率响应及带宽 （ 频域指标 ）
频率失真 （ 线性失真 ）
幅度失真：
对信号的不同频率成分增益不同,产生的失真 。
O
t
I
O
t
O
基波二次谐波输入信号输出信号二次谐波
AV=2
基波 AV=1
A.多个正弦频率成分的放大程度不同，会产生什么危害？
相位失真：
对信号的不同频率成分相移不同,产生的失真 。
O
t
I
O
t
O
幅度失真：
对信号的不同频率成分增益不同,产生的失真 。
相位失真：
对信号的不同频率成分相移不同,产生的失真 。
O
t
I
O
t
O
频率失真线性失真
26
5,频率响应及带宽 （ 频域指标 ）
频率响应电压增益表示为
)(
)()(
i
o
jV
jVjA
V?
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 。
)]()([)( )( io
i
o
jV
jV
或写为 )()( VV AA?
其中 称为幅频响应
)(
)()(
i
o
jV
jVA
V?
称为相频响应)()()( io
B,Av为什么是 f 的函数？如何表达？
原因：放大电路存在电抗元件，如电容、电感。
1.5 放大电路的主要性能指标
27
普通音响系统放大电路的幅频响应
0
20 l g | A V | / d B
2
20
40
6 0
20 2? 10
2
2? 10
3
2? 10
4
f / H z
5,频率响应及带宽 （ 频域指标 ）
新问题,如何避免频率失真？
中频区 高频区低频区带宽
3 d B
f L f
H
频域指标
—上限频率—Hf
—下限频率—Lf
称为带宽LH ffBW
HLH fBWff 时，当信号的带宽? 放大器的带宽直流放大电路的幅频响应与此有何区别？
若输入 50kHz的正弦波是否会产生频率失真？
1.5 放大电路的主要性能指标
28
vCE,iB —— 表示总 量
VCE,IB ——表示 直流量
vce,ib —— 表示纯 交流量书中有关符号的约定
—— 表示正弦相 量
ceV? bI?
1.5 放大电路的主要性能指标
V DC
+
-
v ac
A
B
R L
v AB /V
O
t
v ac
V DC
vAB= VDC + vac
iA = IDC + ia
例如：
29
习题与预习习题：
1.1.3;
1.2.1;
1.2.3;
1.2.6;
1.2.8
预习：
2 半导体二极管及其基本电路
