電子系統(tǒng)概述演示文稿

電子系統(tǒng)概述演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)優(yōu)選電子系統(tǒng)概述當(dāng)前第2頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求1.內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少2.概念抽象，較難理解和掌握3.知識(shí)相關(guān)性強(qiáng)、各知識(shí)點(diǎn)緊密聯(lián)系

－上課認(rèn)真記筆記或標(biāo)注，－課后復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)、作業(yè)

－及時(shí)解決疑問(wèn)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)當(dāng)前第3頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)參考教材和資料1.電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分（第5版）主編：康華光，高等教育出版社，2006年01月。

2.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第5版)-同步輔導(dǎo)及習(xí)題全解主編：夏應(yīng)龍，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007年08月

3.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第4版）主編：童詩(shī)白，華成英，高等教育出版社，2006年1月

4.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第4版）習(xí)題解主編：華成英，高等教育出版社，2007年3月當(dāng)前第4頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)特別要求1.保持良好的課堂紀(jì)律，不遲到、早退、曠課、閑聊，手機(jī)靜音。

2.作業(yè)認(rèn)真，書(shū)寫(xiě)工整規(guī)范，特別強(qiáng)調(diào)要獨(dú)立完成。

3.積極參加答疑，及時(shí)反饋意見(jiàn)。當(dāng)前第5頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)模擬電子技術(shù)：半導(dǎo)體器件、放大器、集成運(yùn)算放大器、波形發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源。數(shù)字電子技術(shù)：門(mén)電路、觸發(fā)器、組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件、脈沖波形的產(chǎn)生與變換、數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器。課程內(nèi)容體系當(dāng)前第6頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)1.1電力系統(tǒng)與電子系統(tǒng)1.2信號(hào)及其頻譜1.3電子系統(tǒng)組成框圖1.4電子技術(shù)及其發(fā)展概述第1章電子系統(tǒng)概述當(dāng)前第7頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)1.1電力系統(tǒng)與電子系統(tǒng)

電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和電力用戶(hù)組成的整體，是將一次能源轉(zhuǎn)換成電能并輸送和分配到用戶(hù)的一個(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)。主要作用：實(shí)現(xiàn)電能的生產(chǎn)、變換、傳輸、分配和使用。6.3,10.5kV3.15kV6.3kV,10.5kV400/230V1000,500,330,220,110,35kV當(dāng)前第8頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

發(fā)電廠3.15kV6.3kV10.5kV13.8kV18kV升壓輸電線220kV330kV500kV1000kV降壓變電站3kV6kV10kV…降壓用戶(hù)（日常/生產(chǎn)）3kV6kV380/220V36V降壓我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)輸配電變壓器電壓等級(jí)當(dāng)前第9頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)發(fā)電廠：通過(guò)發(fā)電機(jī)等設(shè)備將一次能源轉(zhuǎn)換成電能。水利發(fā)電廠：水的勢(shì)能→電能當(dāng)前第10頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)火力發(fā)電廠：化學(xué)能（燃燒煤、石油等）→電能核電廠：原子能→電能。當(dāng)前第11頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)是由電力變壓器、電力線路、電力開(kāi)關(guān)設(shè)備和電力電容器等組成的、跨越廣大地理區(qū)域的一個(gè)巨大電路。變電站：變壓器，電容器，電力開(kāi)關(guān)設(shè)備當(dāng)前第12頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)變電站：變壓器，電容器，電力開(kāi)關(guān)設(shè)備當(dāng)前第13頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)輸電線路：桿塔，絕緣子，導(dǎo)線當(dāng)前第14頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

發(fā)電廠和變電所的電氣設(shè)備分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。一次設(shè)備（也稱(chēng)主設(shè)備）是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主體，它是直接生產(chǎn)、輸送和分配電能的設(shè)備，包括發(fā)電機(jī)、電力變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電力母線、電力電纜和輸電線路等。一次設(shè)備及其連接的回路稱(chēng)為一次回路。二次設(shè)備是對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)和監(jiān)測(cè)的設(shè)備，它包括控制器具、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置、測(cè)量?jī)x表、信號(hào)器具等。二次設(shè)備通過(guò)電壓互感器和電流互感器與一次設(shè)備取得電的聯(lián)系。二次設(shè)備按照一定的規(guī)則連接起來(lái)以實(shí)現(xiàn)某種技術(shù)要求的電氣回路稱(chēng)為二次回路。電力系統(tǒng)還包括為保證其安全可靠運(yùn)行的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置,調(diào)度自動(dòng)化和通信等輔助系統(tǒng)(又稱(chēng)二次系統(tǒng))。電力系統(tǒng)的構(gòu)成當(dāng)前第15頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

電子電路是由電子元件組成的、實(shí)現(xiàn)特定功能的電路。

電子系統(tǒng)是由電子電路和傳輸介質(zhì)組成的、完成特定功能的整體。

電子系統(tǒng)當(dāng)前第16頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)計(jì)算機(jī)主板當(dāng)前第17頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

與電力系統(tǒng)處理能量不同，電子系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的產(chǎn)生、獲取、放大、變換、傳輸、識(shí)別和應(yīng)用等功能（或部分功能），處理的對(duì)象是電信號(hào)。

信號(hào)是隨時(shí)間變化的某種物理量，是信息的表現(xiàn)形式與傳送載體。例如，體溫反映人的健康信息，體溫37oC表示健康，38oC表示略有小疾。

一般情況下，用電子系統(tǒng)處理電信號(hào)(電壓或電流)比其他方式（如機(jī)械方式）容易、成本低和可靠性高，故通常將各種非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)再進(jìn)行處理。因此，電子系統(tǒng)成為信息化社會(huì)的物質(zhì)基礎(chǔ)，例如通信系統(tǒng)、電視系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和工業(yè)控制系統(tǒng)等。

電子系統(tǒng)當(dāng)前第18頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)有線擴(kuò)音系統(tǒng)拾音器音頻放大器揚(yáng)聲器傳感器(或換能器)：將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)，是電子系統(tǒng)實(shí)際的信號(hào)源之一。音頻放大器：實(shí)現(xiàn)電壓和功率放大的電子電路。電壓（弱）電壓（強(qiáng)）聲音（強(qiáng)）聲音（弱）執(zhí)行器：將電信號(hào)還原為原始的非電信號(hào)的部件，去影響物理世界。通常用電阻模擬，作為電子系統(tǒng)的負(fù)載。end

電子系統(tǒng)當(dāng)前第19頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)1.2信號(hào)及其頻譜1.2.1信號(hào)1.2.2信號(hào)的頻譜電路的組成信號(hào)源負(fù)載電子系統(tǒng)當(dāng)前第20頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

信號(hào)是隨時(shí)間變化的某種物理量，是信息的表現(xiàn)形式與傳送載體。

傳感器作為電子系統(tǒng)的一種實(shí)際信號(hào)源，可等效為電壓源或電流源，是時(shí)間的函數(shù)。R+-R1.2.1信號(hào)電壓源電流源當(dāng)前第21頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

如果電壓（或電流）在某個(gè)值域內(nèi)可連續(xù)取值則稱(chēng)為連續(xù)信號(hào)或模擬信號(hào)。例如，電壓是時(shí)間的正弦函數(shù)

值域:[-Vm,+Vm]

如果電壓（或電流）在某個(gè)值域內(nèi)只能是某個(gè)單位量的整倍數(shù)則稱(chēng)為離散信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。例如，單位量為1mV，數(shù)字電壓信號(hào)的幅值只能是0mV、±1mV、±2mV、…、±nmV。toto

模擬信號(hào)to

多值數(shù)字信號(hào)二值數(shù)字信號(hào)1.2.1信號(hào)當(dāng)前第22頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

模擬電路（AnalogCircuit）是處理模擬信號(hào)的電子電路，是模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)要討論的主要內(nèi)容。

數(shù)字電路(DigitalCircuit)是處理數(shù)字信號(hào)的電子電路。

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(AnalogtoDigitalConverter,ADC)是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電子電路。

數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（DigitaltoAnalogConverter,DAC)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電子電路。通常，數(shù)字電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路是數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)要討論的主要內(nèi)容。end1.2.1信號(hào)當(dāng)前第23頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)1.2.2信號(hào)的頻譜信號(hào)承載的重要信息之一是其頻譜信息。正弦信號(hào)常作為模擬電路的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)或測(cè)試信號(hào)。幅度頻譜：信號(hào)幅度與頻率的關(guān)系相位頻譜：信號(hào)相位與頻率的關(guān)系幅度頻譜和相位頻譜統(tǒng)稱(chēng)為信號(hào)的頻譜。1.2.1信號(hào)當(dāng)前第24頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)1.2.2信號(hào)的頻譜1.周期信號(hào)的頻譜如果信號(hào)是時(shí)間的周期函數(shù)則稱(chēng)為周期信號(hào)。T----信號(hào)的周期----信號(hào)的頻率周期性正弦信號(hào)波形周期性方波信號(hào)波形0ut0ut1.2.1信號(hào)1.2.2信號(hào)的頻譜1.周期信號(hào)的頻譜當(dāng)前第25頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

如果周期信號(hào)滿足狄里赫利條件（Dirichlet‘sCondition），則可展開(kāi)為傅里葉級(jí)數(shù)。狄里赫利條件：①在任意周期內(nèi)絕對(duì)可積，即②在任意周期內(nèi)只有有限個(gè)極值； ③在任意周期內(nèi)只有有限個(gè)不連續(xù)點(diǎn)；直流分量n=1–基波分量n>1–諧波分量交流分量1.周期信號(hào)的頻譜當(dāng)前第26頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)例如：周期性方波信號(hào)可以分解為無(wú)數(shù)個(gè)諧波分量的累加?；ㄖ绷鞣至?基波t三次諧波直流分量Us/2u0Us周期性正弦信號(hào)波形周期性方波信號(hào)波形0ut0ut1.周期信號(hào)的頻譜當(dāng)前第27頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)例求電壓周期方波信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)。解：toVST2TωoVn(ω)VS/2ω03ω05ω0oω03ω05ω0ω波形 幅度譜 相位譜同一電路對(duì)不同頻率的信號(hào)的響應(yīng)是相同的嗎？1.周期信號(hào)的頻譜當(dāng)前第28頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)周期電壓信號(hào)作用到電阻R上的平均功率P為V是電壓信號(hào)的有效值，總平均功率等于各次分量平均功率之和。是各次正弦波的有效值。

所以,信號(hào)的幅度譜反映了信號(hào)的功率分布，是信號(hào)最重要的特性之一。1.周期信號(hào)的頻譜當(dāng)前第29頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

如果周期T趨于無(wú)窮大，則周期信號(hào)變化為非周期信號(hào)。因此，非周期信號(hào)的角頻率ω0=2π/T是無(wú)窮小量，信號(hào)的頻譜將在角頻率軸上連續(xù)分布。2.非周期信號(hào)的頻譜

如果模擬信號(hào)絕對(duì)可積，即則存在傅里葉變換對(duì):V(jω)即是非周期信號(hào)的頻譜。其中∠V(jω)是相位譜，|V(jω)|是幅度譜，|V(jω)|2是功率譜。1.2.2信號(hào)的頻譜當(dāng)前第30頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)例求電壓?jiǎn)蚊}沖信號(hào)的頻譜:(參見(jiàn)信號(hào)與系統(tǒng)課程)

解:toVSτ-τ

幅度譜是連續(xù)分布的，并且脈沖寬度（2τ）越窄，高頻分量越多；頻譜幅度與脈沖幅度和脈沖寬度之積（τVS）成正比。ωo|V(jω)|τVS2.非周期信號(hào)的頻譜當(dāng)前第31頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

在工程實(shí)際中，信號(hào)作用的時(shí)段通常是有限的，滿足絕對(duì)可積條件，信號(hào)的頻譜總是存在的。對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題有重要影響的信號(hào)稱(chēng)為有用信號(hào)(有效信號(hào)),通常有用信號(hào)的頻譜范圍是有限的。表1.2.2典型信號(hào)的頻率范圍信號(hào)頻率范圍信號(hào)頻率范圍心電信號(hào)0.05Hz～200Hz調(diào)頻無(wú)線電信號(hào)88MHz～108MHz音頻信號(hào)20Hz～20kHz超高頻電視信號(hào)470MHz～806MHz模擬電視信號(hào)直流～4.5MHz衛(wèi)星電視信號(hào)3.7GHz～4.2GHz調(diào)幅無(wú)線電信號(hào)540kHz～1600kHz1.2.2信號(hào)的頻譜當(dāng)前第32頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

電子電路總是處在復(fù)雜的電磁環(huán)境中。因此，除了有用信號(hào)外，工程實(shí)際問(wèn)題中還存在干擾和噪聲信號(hào)。3.干擾和噪聲信號(hào)的頻譜

自然界的雷電、電力輸電線路、無(wú)線電臺(tái)和電視臺(tái)、電動(dòng)機(jī)的起停等產(chǎn)生的電磁現(xiàn)象必然在電子電路中產(chǎn)生電壓或電流脈沖信號(hào)，它們對(duì)電子電路的正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾，稱(chēng)為干擾信號(hào)，其頻譜分布與單脈沖信號(hào)相似，包含有豐富的高頻分量。toVSτ-τωo|V(jω)|τVS1.2.2信號(hào)的頻譜當(dāng)前第33頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)

噪聲是指電子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的對(duì)有用信號(hào)的擾動(dòng)。例如，在電阻材料中電子總是在做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，對(duì)外電壓引起的定向運(yùn)動(dòng)電流形成擾動(dòng)電流。----熱噪聲。+-i0ti(t)0ωI(jω)均勻譜

當(dāng)有用信號(hào)遠(yuǎn)大于噪聲時(shí)，可忽略噪聲信號(hào)。相反，有用信號(hào)被淹埋在噪聲信號(hào)中。所以，噪聲信號(hào)限制了電子系統(tǒng)所能處理的最小信號(hào)。3.干擾和噪聲信號(hào)的頻譜1.2.2信號(hào)的頻譜當(dāng)前第34頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)+-i0ti(t)0ωI(jω)均勻譜

評(píng)價(jià)信號(hào)優(yōu)劣的指標(biāo)是信噪比S/N，定義為有用信號(hào)的功率與噪聲信號(hào)的功率之比。信噪比越大，信號(hào)越好。

評(píng)價(jià)電子系統(tǒng)對(duì)噪聲和干擾的抑制能力用輸出信號(hào)的信噪比(S/N)o除以輸入信號(hào)的信噪比(S/N)i，商越大，抑制能力越強(qiáng)。3.干擾和噪聲信號(hào)的頻譜1.2.2信號(hào)的頻譜當(dāng)前第35頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)1.3電子系統(tǒng)組成框圖傳感器信號(hào)預(yù)處理模擬信號(hào)處理子系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理子系統(tǒng)執(zhí)行器模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換傳感器將工程實(shí)際涉及的某些物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。為了避免對(duì)物理量的影響，傳感器攝取的能量很小，輸出的電信號(hào)很弱（如微伏級(jí)或毫伏級(jí)的電壓），且信號(hào)伴隨著噪聲信號(hào)。信號(hào)預(yù)處理：包括信號(hào)幅度的放大和濾除干擾及噪聲信號(hào)。例如：在線檢測(cè)：變壓器油中氣體、變壓器防盜、開(kāi)關(guān)柜中的溫度分布；電纜故障定位與測(cè)距當(dāng)前第36頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)傳感器信號(hào)預(yù)處理模擬信號(hào)處理子系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理子系統(tǒng)執(zhí)行器模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換信號(hào)處理操作：包括對(duì)信號(hào)的放大，運(yùn)算（加法、減法、乘法、積分和微分等），各種函數(shù)變換，頻譜變換，邏輯運(yùn)算等。理論上，各種信號(hào)處理操作都可以用模擬或數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)。

執(zhí)行器電信號(hào)還原成某種物理量，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程實(shí)際的某種操作。1.3電子系統(tǒng)組成框圖當(dāng)前第37頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)1.4電子技術(shù)及其發(fā)展概述

電子學(xué)或電子技術(shù)是研究電子器件、電子電路及其應(yīng)用的科學(xué)和技術(shù)。

電力系統(tǒng)主要是利用電子在金屬中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律構(gòu)成電能的生產(chǎn)、傳輸和使用等電氣設(shè)備。

電子器件是利用電子在真空或半導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律構(gòu)成特定功能的器件。目前，半導(dǎo)體器件是電子器件的主體，包括半導(dǎo)體二極管、三極管、集成電路等。

電子電路廣泛地應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、廣播電視、遙感和遙測(cè)等工程中，形成相對(duì)獨(dú)立的電子工程體系。當(dāng)前第38頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)庫(kù)倫（Coulomb，1736～1806，法國(guó)）：庫(kù)侖定律。庫(kù)侖定律使電磁學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段。安培（Ampere，1775-1836，法國(guó)）：安培定律、安培定則和分子電流等。著書(shū)《電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)理論》。

歐姆（Ohm，1787-1854，德國(guó)）：在《金屬導(dǎo)電定律的測(cè)定》的論文論述了歐姆定律。奧斯特（Oersted，1777-1851，丹麥）：電流磁效應(yīng)。高斯（Gauss，1777-1855，德國(guó)）：高斯發(fā)明了磁強(qiáng)計(jì)，第一個(gè)電話電報(bào)系統(tǒng)。在數(shù)學(xué)方面有巨大的貢獻(xiàn)。法拉第（Faraday，1791-1867，英國(guó)）：磁電感應(yīng)。

電氣工程和電子工程的誕生歸功于許多科學(xué)巨人的開(kāi)創(chuàng)性的研究成果。1.4電子技術(shù)及其發(fā)展概述當(dāng)前第39頁(yè)\共有42頁(yè)\編于星期六\9點(diǎn)亨利（Henry，1797-1878，美國(guó)）：發(fā)現(xiàn)自感現(xiàn)象。研究電磁中繼理論，是電報(bào)的基礎(chǔ)。麥克斯韋（Maxwell，1831-1879，英國(guó)）：麥克斯韋方程，提出了統(tǒng)一的電磁理論，預(yù)測(cè)了電磁波可以在空間中傳播和光是一種電磁波。赫茲（Hertz，1857-1894，德國(guó)）：1888年，用火花間隙振蕩器產(chǎn)生了電磁波（赫茲波），證實(shí)了麥克斯韋的預(yù)測(cè)。馬可尼（Marconi，