模拟电子电路与技术基础 (22).pdf

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1、 课课程程 学学习习M MA AP P图图 MAP 为为什什么么学学 学学什什么么 怎怎么么学学 是是一一门门介介绍绍电电子子器器件件原原理理和和 研研究究模模拟拟电电路路分分析析、应应用用、设设计计的的课课程程。 为什么要学习为什么要学习? 是电子、电气、信息类专业的技术基础主干课程是电子、电气、信息类专业的技术基础主干课程 为后续专业基础课和专业课打下必备基础的课程为后续专业基础课和专业课打下必备基础的课程 : 路路 是直面应用是直面应用, 学会解决实际工程问题的课程学会解决实际工程问题的课程 ! 为什么要学习为什么要学习? 电子设备：从物理世界获取信息，进行处理，再将信息返回物理世界电子

2、设备：从物理世界获取信息，进行处理，再将信息返回物理世界, ,物理世界本质是模拟的物理世界本质是模拟的! ! 模拟信号模拟信号- 时间与幅度时间与幅度 都是连续的信号都是连续的信号 学什么学什么 ? 包括两部分：包括两部分： 电子器件电子器件 电子电路电子电路 这里先讲一讲电子器件的发展故事这里先讲一讲电子器件的发展故事 ! 教学次序：教学次序： “先集成先集成, 后分立后分立” “先宏观先宏观, 后后微观微观” “先外部先外部, 后内部后内部” 最终落实到系统应用。最终落实到系统应用。 6/pp 电阻 电容 电感/变压器 压控电压源压控电流源流控电压源流控电流源 非线性器件 耗能元件耗能元件

3、储能元件储能元件(实际实际也有损耗也有损耗) 寻找能量转换和具有功率放大功能的新元件寻找能量转换和具有功率放大功能的新元件? 学什么学什么 ? 1 1. .电电子子管管的的发发明明开开创创了了电电子子学学时时代代 寻寻找找真真实实的的,物物理理的的非非线线性性器器件件和和受受控控源源的的探探索索之之路路 真真空空三三极极管管并并不不是是“完完美美”的的压压控控电电流流源源, , 具具有有非非线线性性特特性性。 1 19 90 04 4年年英英国国物物理理学学家家和和电电气气工工程程师师弗弗莱莱明明发发明明了了电电子子管管，并并获获得得了了 发发明明专专利利权权。人人类类第第一一只只电电子子管管

4、的的诞诞生生，开开创创了了电电子子学学时时代代! ! 有缘学习更多关注桃报：奉献教育（店铺）或+ 谓y g d 3 0 7 6 寻找真实的寻找真实的,物理的非线性器件和受控源的探索之路物理的非线性器件和受控源的探索之路 电子管的问题电子管的问题 2.半导体器件登场迅速成为电子学的主角半导体器件登场迅速成为电子学的主角-晶体管的发明晶体管的发明 针对真空电子管的问题针对真空电子管的问题,人们将兴趣目光转向固体内部人们将兴趣目光转向固体内部 由贝尔实验室理论物理学家威廉由贝尔实验室理论物理学家威廉肖克利（肖克利（1910-19891910-1989年）、年）、 理论物理学家约翰理论物理学家约翰巴丁

5、（巴丁（1908-19911908-1991年）年） 实验物理学家沃尔特实验物理学家沃尔特布拉顿（布拉顿（1902-19871902-1987年）年） 三人组成的研究小组于三人组成的研究小组于19471947年年1212月发明了月发明了 具有放大作用的点触式晶体三极管具有放大作用的点触式晶体三极管 19561956年三人获得了诺贝尔物理学奖年三人获得了诺贝尔物理学奖。 世界上第一枚晶体三极管(复制品) 10/pp 现代的晶体二极管现代的晶体二极管 检波管/小 信号二极 管 整流二 极管 发光二 极管 光敏二极 管 稳压二 极管 瞬态抑制 管(TVS) 2.半导体器件登场迅速成为电子学的主角半导

6、体器件登场迅速成为电子学的主角-晶体管的发明晶体管的发明 各种晶体三极管各种晶体三极管 高频/微 波三极 管 中/大功 率三极管 小功率 三极管 光敏三 极管 电力晶闸 管 薄膜三 极管 3. 3.器件电路合一引起的革命器件电路合一引起的革命-集成电路的发明集成电路的发明 分立元件晶体管和场效应管仍有许多局限性分立元件晶体管和场效应管仍有许多局限性,构成复杂系统时需构成复杂系统时需 要很多联线要很多联线,极大影响极大影响了了电子设备的性能电子设备的性能.人们思考人们思考:如果将管子如果将管子, 电阻电阻,电容电容,互连线都集成在一起不更好吗互连线都集成在一起不更好吗? 1952年英国皇家雷达研

7、究所提出年英国皇家雷达研究所提出“集成电路集成电路”的概念的概念 19581958年年9 9月月1212日美国德州仪器公司年轻工程师日美国德州仪器公司年轻工程师 杰克杰克基尔比（基尔比（Jack S. KilbyJack S. Kilby，3434岁）发明了岁）发明了 世界第一片集成电路世界第一片集成电路-相移振荡器，成功地实现了相移振荡器，成功地实现了 把把电子器件（电阻、电容、晶体管电子器件（电阻、电容、晶体管, ,包括互连线包括互连线）集成在一块）集成在一块 半导体材料上的构想，半导体材料上的构想，而获得了集成电路发明专利权。而获得了集成电路发明专利权。 杰克杰克基尔比基尔比200020

8、00年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。 3. 3.器件电路合一引起的革命器件电路合一引起的革命-集成电路的发明集成电路的发明 电子管电子管(真空管真空管) 晶体管晶体管 集成电路集成电路系统集成系统集成(SOC) 50年年10年年 借用借用W.Black(1757-1827)的不朽名句来的不朽名句来 描述微电子的未来：描述微电子的未来： 一粒砂里有一个世界一粒砂里有一个世界 一朵花里有一个天堂一朵花里有一个天堂 把无穷无尽握在手掌把无穷无尽握在手掌 永恒宁非是刹那时光永恒宁非是刹那时光 学学什什么么 ? 模模拟拟 电电子子电电路路 器器件件：晶晶体体管管, 场场放放应应管管 放放大大器器

9、 分分立立元元件件放放大大器器 集集成成运运算算放放大大路路 滤滤波波器器：低低通通、高高通通、带带通通、 带带阻阻、全全通通。 振振荡荡器器 电电源源及及电电源源管管理理 放放大大器器是是最最基基础础最最核核心心的的部部件件 有缘学习更多关注桃报：奉献教育（店铺）或+ 谓y g d 3 0 7 6 有人反映模拟电路比较难学有人反映模拟电路比较难学, 为什么为什么? 难在器件非线性难在器件非线性, 温度不稳定性及其它温度不稳定性及其它“敏感敏感”性！性！ 对对R,C数值敏感数值敏感; 对频率敏感对频率敏感; 对噪声对噪声,干扰敏感干扰敏感; 对电源电压敏感对电源电压敏感; . A.提高器件性能

10、提高器件性能,发明新器件和新电路发明新器件和新电路 B.引入负反馈引入负反馈 降低敏感度降低敏感度,提高稳定性提高稳定性,改善非线性改善非线性的主要措施的主要措施: 问题转变为：怎么把问题转变为：怎么把 放大器的增益放大器的增益A做大做大 （不要求线性好，（不要求线性好， 不要求稳定度好，不要求稳定度好， 相对容易得多）相对容易得多） 16/pp 负反馈的商机：负反馈的商机： 相减和高倍放大部分电 路可以做成通用件出售 运算放大器！运算放大器！ Operational Amplifier 电子工程师都想购买运算放大器电子工程师都想购买运算放大器-只需简单设计反馈只需简单设计反馈 电路（电路（F

11、 F），就可以轻松实现各种高性能电路！），就可以轻松实现各种高性能电路！ 降低敏感度降低敏感度,提高稳定性提高稳定性的主要措施的主要措施: 17/pp 运算放大器的应用：加不同的运算放大器的应用：加不同的反馈网络反馈网络F F构成功能各异的电路构成功能各异的电路 （1）运放 + 电阻反馈： 比例放大、加、减法、I/V变换 （2）运放 + 电容反馈： 积分、微分、电荷放大器 （3）运放 + RC反馈网络:低通、高通、带通、滤波器 （4）运放 + 二极管三极管三极管：精密检波、对数/指数电路 （5）运放 + 正反馈： 振荡器、双稳态记忆、迟滞比较 （6）运放不加反馈： 门限比较器、整形电路 （7）

12、运放 + 被控对象： 自动控制电路、PID控制器 （8）运放 + 三极管扩流：稳压电源、功率放大器 实际工程中，设计电路应该首选采用运算放大器实现实际工程中，设计电路应该首选采用运算放大器实现 学分立器件学分立器件-掌握原理掌握原理 用集成运放用集成运放-追求指标追求指标 模模电电课课的的特特点点和和学学习习方方法法-怎怎么么学学? 课课程程特特点点: 概概念念性性,实实践践性性,工工程程性性特特别别强强 学学习习方方法法: “注注重重物物理理概概念念，采采用用工工程程观观点点； 重重视视实实验验练练习习，善善于于总总结结对对比比； 理理论论联联系系实实际际，注注意意应应用用背背景景； 寻寻求

13、求内内在在规规律律，巧巧用用虚虚拟拟仿仿真真。” 有缘学习更多关注桃报：奉献教育（店铺）或+ 谓y g d 3 0 7 6 19/pp 模电为什么难？模电为什么难？ -没有理想的器件没有理想的器件 模电的核心问题是什么？模电的核心问题是什么？ -如何用不理想的器件逼近理想性能如何用不理想的器件逼近理想性能 模电是不仅技术，更是艺术模电是不仅技术，更是艺术 -需要艺术家的灵感发明新电路形式需要艺术家的灵感发明新电路形式 -需要科学家的严谨追求细节的完美需要科学家的严谨追求细节的完美 -需要工程师的经验在成本和性能之间平衡需要工程师的经验在成本和性能之间平衡 模电如人生：模电如人生：在不完美中追求完美！在不完美中追求完美！