华中科技大学模拟电子技术基础——CH.pptx

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1、1 主要内容介绍信号的概念和特性介绍放大的概念、放大电路的模型和主要性能指标基本要求了解信号的概念和特性理解放大的概念熟悉放大电路的模型和主要性能指标第1页/共71页21.0 引言引言我们生存的自然界中的存在大量的物理量温度压力光亮速度位移电量重量流量液位转速声音风速XXXXXX第2页/共71页31.0 引言引言问题：如何获取这些物理量的变化？物理量的变化就是信息IT是什么？信息技术传感器第3页/共71页41.0 引言引言温度压力光亮速度位移电压重量传感器电子数量的变化连续变化的电子数量流量液位转速传感器如何反映物理量的变化？XX XX 第4页/共71页5解释模拟电子技术1.0 引言引言什么是

2、模拟什么是电子什么是技术分析处理连续变化电子量的知识体系第5页/共71页6物理量传感器微弱电信号放大数字化驱动计算机其它信号执行机构模拟电子技术模拟电子技术的位置第6页/共71页7模拟电子系统的组成：模拟电子系统的组成：输入输入处理处理输出输出信号源信号源放大器放大器负载负载电源电源第7页/共71页信号源信号源信号源信号源放大器放大器负载负载电源电源传感器信号源输出的是什么？电信号什么电信号？电压电流第8页/共71页9信号源信号源信号源信号源放大器放大器负载负载电源电源戴维宁电路诺顿电路电电子子系系统统RS+-VS电压源等效电路电流源等效电路电电子子系系统统RSIS第9页/共71页问题：根据戴

3、维南定理和诺顿定理，电压源可以问题：根据戴维南定理和诺顿定理，电压源可以转换成电流源和电流源能够转换成电压源，电压转换成电流源和电流源能够转换成电压源，电压源和电流源可以互相转换，源和电流源可以互相转换，一个电源到底属于哪一种？什么是电压源？什么是电流源？无负载时，一般内阻小的呈电压源特征，内阻大的呈电流源特征有负载时：内阻远小于负载电阻时呈电压源特征内阻远大于负载电阻时呈电流源特征答案：答案：大配小，小配大第10页/共71页11信号源信号源信号源信号源放大器放大器负载负载电源电源频域第11页/共71页12信号在时间和数值上都是连续变化的信号称为模拟信号 自然界物理量的一般特点：随时间数值连续

4、变化自然界物理量的一般特点：随时间数值连续变化传感器输出的电信号：也随时间数值连续变化传感器输出的电信号：也随时间数值连续变化模拟信号模拟信号传感器输出信号的特点：传感器输出信号的特点：双连续第12页/共71页时域信号中包含各种频率信号时域信号中包含各种频率信号传感器输出信号的特点：传感器输出信号的特点：将某一时刻的时域信号分解成各种频率的分量将某一时刻的时域信号分解成各种频率的分量-频域表示频域表示t！频域表示是三维的：频率、幅值、时间！频域表示是三维的：频率、幅值、时间t0t1第13页/共71页模拟信号的仿真？如何全面仿真模拟信号？考虑任意模拟信号都可以分解成一组正弦信号序列反之正弦信号序

5、列能够组成任意模拟信号那么正弦波序列能够全面仿真模拟信号用正弦波作为标准信号测试模拟系统，能够全面反映模拟系统的性能且模拟信号容易获取第14页/共71页15负载负载信号源信号源放大器放大器负载负载电源电源使用居多使用居多负载：负载：一般是需要一定功率驱动的执行元件一般是需要一定功率驱动的执行元件例如：扬声器，例如：扬声器，LED灯，后级电路。灯，后级电路。第15页/共71页16负载负载信号源信号源放大器放大器负载负载电源电源如扬声器。如扬声器。如如LED灯。灯。第16页/共71页17电源电源信号源信号源放大器放大器负载负载电源电源绝大部分电路使用绝大部分电路使用不能成为电路系统的电源不能成为电

6、路系统的电源电压恒定，电流随负载变化电压恒定，电流随负载变化第17页/共71页模拟电子电源的表达：模拟电子电源的表达：电源在哪里？电源在哪里？图二图二图一图一图三图三电源省略电源省略第18页/共71页电源是什么样的：电源是什么样的：第19页/共71页模拟电路电源的大小：直流电压源：直流电压源：5V，5V，12V，15V直流电压源：直流电压源：1.8V，2.7V，3.3V，特点：特点：弱电弱电模拟电路电源对电路电位的限制：一般情况下，电路中各点电位不会超过电源电压一般情况下，电路中各点电位不会超过电源电压第20页/共71页21放大器放大器信号源信号源放大器放大器负载负载电源电源模电的核心模电的核

7、心为什么要放大？为什么要放大？什么是放大？什么是放大？对放大有什么要求？对放大有什么要求？如何满足对放大的要求？如何满足对放大的要求？什么器件能够进行放大？什么器件能够进行放大？如何构成放大系统？如何构成放大系统？第一次课第一次课12.分辨率（细节、差异）分辨率（细节、差异）1.幅值幅值第21页/共71页放大器放大了什么：放大器放大了什么：宏观上：放大了幅值宏观上：放大了幅值微观上：放大了细节微观上：放大了细节应用于驱动，如放大声音应用于驱动，如放大声音应用于测量，如看到小数点后的更多位数值应用于测量，如看到小数点后的更多位数值应用于图像，在有一定像素的条件下看到更加微小的细节应用于图像，在有

8、一定像素的条件下看到更加微小的细节应用于图像，在保证一定细节的条件下放大图像的尺寸应用于图像，在保证一定细节的条件下放大图像的尺寸第22页/共71页放大的概念：放大的概念：将电信号放大将电信号放大电压放大、电流放大电压放大、电流放大在输入小信号的作用下，通过放大电路将电源在输入小信号的作用下，通过放大电路将电源的能量转换给负载的能量转换给负载放大的基本要求：稳定，不失真放大的基本要求：稳定，不失真第23页/共71页放大器放大器的种类：放大器的种类：分立元件集成电路BJT（双极结型晶体管）FET（场效应晶体管）第24页/共71页什么是电路？什么是电路？由电源，电器元件和导线按一定规则组成的拓扑结

9、构 电能量分配系统。电路实质有两种单元：受能单元，施能单元受能单元：接受能量，一般表现为一个电阻。施能单元：提供能量，一般表现一个电源（或电压源，或电流源）。1.4 放大电路模型放大电路模型 放大电路模型的推导放大电路模型的推导第25页/共71页 模拟信号的放大模型放大电路用能量表示:受能系统施能系统控制关系电阻电阻电源电源+电阻电阻第27页/共71页28 模拟信号的放大模型主要参数：主要参数：一个双端口网络一个双端口网络放大倍数（增益放大倍数（增益Avo）输入电阻输入电阻Ri输出电阻输出电阻Ro使用受控源体现放大过程使用受控源体现放大过程信号源负载第28页/共71页29 模拟信号的放大模型信

10、号源负载一定要记住的主要特征：一个增益两个电阻第29页/共71页30 Ro 一个增益增益在哪里？增益如何表示？开环电压增益负载开路时的电压增益开环电压增益表示放大器本身的增益第30页/共71页31一个增益如果负载电阻不开路增益如何表示？电压增益 Ro 负载不开路时的电压增益增益表示放大器加载负载后的增益第31页/共71页32一个增益如果负载电阻不开路以信号源电压为输入增益如何表示？源电压增益 Ro 负载不开路以信号源电压作为输入时的电压增益第32页/共71页33负载开路时的电压增益负载不开路时的电压增益负载不开路以信号源电压作为输入时的电压增益 Ro 开环电压增益表示放大器本身的增益增益表示放

11、大器加载负载后的增益开环电压增益电压增益源电压增益一个增益第33页/共71页36电压增益（电压放大倍数）互导增益（电压转电流）电流增益（电流放大倍数）互阻增益（电流转电压）14春第一次课春第一次课一个增益电压电流混合增益分类第36页/共71页38两个电阻有那两个电阻？Ro 输入电阻输出电阻两个电阻有讨论的意义吗？第38页/共71页39 以电压放大模型为例讨论输入输出电阻的意义由输出回路得则电压增益为输出电阻该式说明什么？电压增益是开环增益的一部分电压增益随负载电阻的变化而变化第39页/共71页40 以电压放大模型为例讨论输入输出电阻的意义由输出回路得则电压增益为输出电阻如何保持电压增益不变？输

12、入电阻是个什么角色？输出电阻占用一部分开环增益输出电阻占用一部分开环增益第40页/共71页41 以电压放大模型为例讨论输入输出电阻的意义由输出回路得则电压增益为输出电阻能否提出要求要求负载电阻不变以保持电压增益不变？第41页/共71页42 以电压放大模型为例讨论输入输出电阻的意义输出电阻一定要记住：为了保证输出电压稳定输出电阻越小输出电压越稳定！第42页/共71页43 以电压放大模型为例讨论输入输出电阻的意义输出电阻延伸讨论，如果是电流输出呢？为了保证输出电流稳定输出电阻越大输出电流越稳定！电流放大模型第43页/共71页44 以电压放大模型为例讨论输入输出电阻的意义由输人回路得输入电阻该式说明

13、什么？输入电压源电压在输入电阻上的分压输入电压随输入电阻的变化而变化输入电压源电压是源电压的一部分第44页/共71页45 以电压放大模型为例讨论输入输出电阻的意义由输人回路得输入电阻如何使输入电压最大或者不变？输入电阻越大输入电压越稳定第45页/共71页46 以电压放大模型为例讨论输入输出电阻的意义由输人回路得输入电阻能否提出要求要求信号源电阻不变以保持输入电压不变？第46页/共71页47影响增益稳定的因素：Ri，Ro 两个电阻同时考虑第47页/共71页51 放大电路模型类型总结总结?：后级输入电阻要?大于前级输出电阻源电压放大倍数是对信号的纯放大，应该尽量保证源电压放大倍数是对信号的纯放大，

14、应该尽量保证信号源电阻会消耗一部分信号源电压导致开环放大倍数减少信号源电阻会消耗一部分信号源电压导致开环放大倍数减少为降低开环放大倍数减少，输入电阻应尽量大为降低开环放大倍数减少，输入电阻应尽量大输出电阻会消耗一部分输出电压导致开环放大倍数减少输出电阻会消耗一部分输出电压导致开环放大倍数减少为降低开环放大倍数减少，输入电阻应尽量小为降低开环放大倍数减少，输入电阻应尽量小第51页/共71页54电流放大模型 放大电路模型类型 关心输出电流与输入电流的关系 2.电流放大模型第54页/共71页56负载短路时的 电流增益电流放大模型由输出回路得则电流增益为由此可见要想减小负载的影响，则希望？理想情况由输

15、入回路得要想减小对信号源的衰减，则希望？理想情况 放大电路模型类型第56页/共71页583.互阻放大模型（自学）4.互导放大模型（自学）放大电路模型类型第58页/共71页60输入输出回路没有公共端-（变压器隔离、光电隔离）5.隔离放大电路模型（防止高压感应损坏电路）放大电路模型类型第60页/共71页问题：信号被放大，输出信号能量增加了，增加的能量是那里来的？-能量来自于电源电源的作用：向电路供给能量决定能量变化的最大范围电路的电压一般不能超过电源提供电压的范围。电路的电压一般不能超过电源提供电压的范围。电路的电流一般不能超过电源提供电流的能力。电路的电流一般不能超过电源提供电流的能力。特殊情况

16、有电容或电感蓄能器件时可能短时间超过。特殊情况有电容或电感蓄能器件时可能短时间超过。第63页/共71页64电源电源信号源信号源放大器放大器负载负载电源电源直流电压源直流电压源要求：要求：输出电流在一定范围内变化时电压稳定输出电流在一定范围内变化时电压稳定功能：功能：根据信号变化由放大器控制向负载提供电流根据信号变化由放大器控制向负载提供电流注意：注意：电源一定要和电路以及公共端（地）形成回路电源一定要和电路以及公共端（地）形成回路特点：特点：一般电路工作电压不能超过电源电压的范围。一般电路工作电压不能超过电源电压的范围。公共端（参考电位点）：不一定是真大地，但是我们习惯上常常错误的称之为“地”

17、。符号是：什么是真正的地？地球，一般深挖地下几米，埋上纯铜板即“地”，引出粗铜缆给电系统接地。符号是：第64页/共71页公共端地地第65页/共71页有同学问：有同学问：问题问题1.电源是那么重要，但是在放大器模型中却没有看到电源？电源是那么重要，但是在放大器模型中却没有看到电源？Ro Vi到输出端，被扩大到输出端，被扩大Avo倍，其中（倍，其中（Avo-1）Vi的能量那里来的，的能量那里来的，电源电源但是在后来的但是在后来的Avo的公式中电源也不是其中的函数？的公式中电源也不是其中的函数？表明电源的变化对增益的影响很小。表明电源的变化对增益的影响很小。第66页/共71页68某放大电路输入信号为

18、10pA时，输出为500mV，它的增益是多少？属于哪一类放大电路？第68页/共71页69某电唱机拾音头内阻为1M，输出电压为1V（有效值），如果直接将它与10扬声器相接，扬声器上的电压为多少？如果在拾音头和扬声器之间接入一个放大电路，它的输入电阻Ri=1M，输出电阻Ro=10，电压增益为1，试求这时扬声器上的电压。该放大电路使用哪一类电路模型最方便？扬声器上的电压：用正比分压分压比为十万分之一，扬声器上仅获得10微伏电压。解：解：电电子子系系统统RS+-VS1M 1V10 扬声器第69页/共71页70某电唱机拾音头内阻为1M，输出电压为1V（有效值），如果直接将它与10扬声器相接，扬声器上的电压为多少？如果在拾音头和扬声器之间接入一个放大电路，它的输入电阻Ri=1M，输出电阻Ro=10，电压增益为1，试求这时扬声器上的电压。该放大电路使用哪一类电路模型最方便？这时扬声器上的电压：两次均压0.25V该放大电路使用哪一类电路模型最方便？电压放大电压放大 Ro 1M1M1010第70页/共71页感谢您的观看。第71页/共71页