北京科技大學(xué)模擬電子線路中文課件

模擬電子線路課程北京科技大學(xué)模擬電子線路課程旨在培養(yǎng)學(xué)生對模擬電路的基本理論和實(shí)踐技能的理解。本課程將涵蓋放大器、濾波器、振蕩器等關(guān)鍵主題，并通過實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)踐，幫助學(xué)生掌握模擬電路設(shè)計(jì)和分析的基本方法。課程概述模擬電子線路介紹模擬電子電路的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和應(yīng)用。學(xué)習(xí)常用模擬集成電路的特性和應(yīng)用。課程內(nèi)容涵蓋運(yùn)算放大器、反饋電路、放大器設(shè)計(jì)、模擬集成電路等內(nèi)容。重點(diǎn)講解模擬電路的分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用方法。課程目標(biāo)理解模擬電子電路基礎(chǔ)掌握基本概念和分析方法。學(xué)習(xí)常用模擬電路設(shè)計(jì)熟悉運(yùn)算放大器、放大器等電路設(shè)計(jì)。培養(yǎng)動(dòng)手實(shí)踐能力通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論知識(shí)，提升電路設(shè)計(jì)能力。前置知識(shí)回顧基本電路知識(shí)包括電阻、電容、電感等基本元件的性質(zhì)和特性，以及串并聯(lián)電路的分析方法。電路定理例如，基爾霍夫定律、疊加定理、戴維寧定理等，用于分析復(fù)雜電路。信號(hào)與系統(tǒng)基礎(chǔ)對信號(hào)的分類、信號(hào)的時(shí)域和頻域分析、線性系統(tǒng)等內(nèi)容的了解。半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)包括二極管、三極管等基本半導(dǎo)體器件的工作原理和特性。模擬電子電路基本概念11.電子元器件模擬電子電路的核心是各種電子元器件，如二極管、三極管、運(yùn)算放大器等。22.電路信號(hào)模擬電子電路處理的是模擬信號(hào)，信號(hào)的幅度和頻率可以連續(xù)變化，模擬真實(shí)世界中的物理量。33.工作原理模擬電子電路通過電子元器件之間的連接，利用電流、電壓等物理量來完成信號(hào)的放大、濾波、整形等功能。44.應(yīng)用領(lǐng)域模擬電子電路廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，如音頻設(shè)備、視頻設(shè)備、無線通信設(shè)備等。運(yùn)算放大器基本概念基本概念運(yùn)算放大器是一種高增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗的電子放大器。應(yīng)用范圍運(yùn)算放大器廣泛應(yīng)用于模擬電路設(shè)計(jì)，例如放大信號(hào)、濾波、信號(hào)處理等。集成電路運(yùn)算放大器通常集成在集成電路芯片中，方便使用和設(shè)計(jì)。運(yùn)算放大器的理想特性無限大開環(huán)增益理想情況下，運(yùn)算放大器開環(huán)增益為無限大。這意味著即使輸入信號(hào)很小，也能被放大到無限大。無限大輸入阻抗這意味著運(yùn)算放大器不會(huì)從信號(hào)源中汲取任何電流，保證了信號(hào)源的完整性。零輸出阻抗運(yùn)算放大器的輸出阻抗為零，可以提供最大輸出電流，不受負(fù)載影響。無限帶寬理想運(yùn)算放大器可以處理任何頻率的信號(hào)，不受頻率限制。理想運(yùn)算放大器的應(yīng)用1信號(hào)處理濾波、放大、整形2儀器儀表電壓表、電流表、頻率計(jì)3控制系統(tǒng)溫度控制、速度控制、位置控制4通信系統(tǒng)調(diào)制、解調(diào)、放大運(yùn)算放大器的非理想特性1有限的帶寬實(shí)際運(yùn)算放大器對高頻信號(hào)的放大能力有限，這會(huì)影響電路的性能。2輸入失調(diào)電壓即使沒有輸入信號(hào)，運(yùn)算放大器的輸出端也會(huì)存在一個(gè)非零的電壓，這會(huì)影響電路的精度。3輸入偏置電流由于運(yùn)算放大器的輸入端并非完全隔離，輸入端會(huì)存在微小的電流，這會(huì)影響電路的精度。4共模抑制比運(yùn)算放大器對共模信號(hào)的抑制能力，共模抑制比越高，說明運(yùn)算放大器對共模信號(hào)的抑制能力越強(qiáng)。運(yùn)算放大器的輸入輸出特性輸入特性運(yùn)算放大器輸入端的電壓和電流關(guān)系。輸入電流隨輸入電壓線性變化，體現(xiàn)了運(yùn)算放大器的輸入阻抗特性。輸出特性運(yùn)算放大器輸出端的電壓和電流關(guān)系。輸出電流隨輸出電壓變化而改變，體現(xiàn)了運(yùn)算放大器輸出阻抗特性。運(yùn)算放大器的靜態(tài)特性分析靜態(tài)特性分析是指在輸入信號(hào)為直流信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系。主要包括輸入輸出特性、頻率特性和失真特性等。靜態(tài)特性分析有助于我們理解運(yùn)算放大器的工作原理，并選擇合適的運(yùn)算放大器來滿足不同的電路設(shè)計(jì)需求。反饋電路基本概念基本概念反饋電路是指將電路的輸出信號(hào)的一部分反饋到輸入端，以影響電路的性能。反饋類型反饋信號(hào)可以是正反饋或負(fù)反饋，它們分別會(huì)增強(qiáng)或減弱輸入信號(hào)。反饋電路作用反饋電路可以穩(wěn)定電路的性能，提高增益，降低失真，并改變電路的頻率響應(yīng)。反饋電路分類反饋電路可以根據(jù)反饋信號(hào)的連接方式分類，例如電壓反饋、電流反饋、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。負(fù)反饋電路的性能穩(wěn)定性負(fù)反饋可以提高電路穩(wěn)定性，抑制噪聲和干擾。精確性負(fù)反饋可以提高電路的精度，減少非線性誤差。帶寬負(fù)反饋可以擴(kuò)展電路的帶寬，提高頻率響應(yīng)。增益負(fù)反饋可以降低電路的增益，提高線性度。正反饋電路的特點(diǎn)正反饋正反饋電路的輸出信號(hào)通過反饋路徑，會(huì)增強(qiáng)輸入信號(hào)，從而使輸出信號(hào)進(jìn)一步放大。振蕩當(dāng)正反饋增益足夠大時(shí)，電路會(huì)發(fā)生振蕩，產(chǎn)生周期性信號(hào)。不穩(wěn)定性正反饋電路易于出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，需要采取措施進(jìn)行控制。觸發(fā)功能正反饋電路可用于構(gòu)建觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)對電路狀態(tài)的控制。放大器的分類按信號(hào)類型分類模擬放大器：處理模擬信號(hào)，如音頻信號(hào)、視頻信號(hào)等。數(shù)字放大器：處理數(shù)字信號(hào)，如計(jì)算機(jī)信號(hào)等。按工作頻率分類低頻放大器：工作頻率較低，如音頻放大器。高頻放大器：工作頻率較高，如射頻放大器。按放大倍數(shù)分類小信號(hào)放大器：放大倍數(shù)較小，如電壓放大器。大信號(hào)放大器：放大倍數(shù)較大，如功率放大器。按應(yīng)用分類音頻放大器：用于音頻信號(hào)的放大。視頻放大器：用于視頻信號(hào)的放大。電壓放大器的設(shè)計(jì)確定放大倍數(shù)電壓放大器的放大倍數(shù)取決于電路的具體需求，根據(jù)信號(hào)源的電壓大小和輸出端的負(fù)載進(jìn)行設(shè)計(jì)。選擇合適的放大電路根據(jù)電路的應(yīng)用場景，選擇合適的放大電路類型，如差動(dòng)放大器、共集放大器等。設(shè)計(jì)放大電路根據(jù)放大倍數(shù)和選擇的電路類型，確定放大電路中的各個(gè)元器件參數(shù)，例如電阻值、電容值等。電路仿真和調(diào)試使用仿真軟件對設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行仿真測試，并根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。電路制作和測試制作實(shí)物電路，并進(jìn)行實(shí)際測試，確保電路符合設(shè)計(jì)要求。電流放大器的設(shè)計(jì)1確定應(yīng)用場景例如，音頻信號(hào)放大，傳感器信號(hào)放大等。2選擇合適的晶體管考慮放大倍數(shù)、工作頻率、功率等。3設(shè)計(jì)放大電路使用合適的放大電路拓?fù)?，例如共射放大?測試性能測量放大倍數(shù)、頻率響應(yīng)、失真度等。電流放大器設(shè)計(jì)需要選擇合適的晶體管，并根據(jù)應(yīng)用場景選擇合適的放大電路拓?fù)?。設(shè)計(jì)完成后，需要進(jìn)行性能測試，確保放大器滿足要求。功率放大器的設(shè)計(jì)1功率放大器概述功率放大器是將輸入信號(hào)的功率放大，用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載，例如揚(yáng)聲器或電機(jī)。2功率放大器類型常見的功率放大器類型包括：A類，B類，AB類，D類等，每種類型都有其獨(dú)特的特性和應(yīng)用場景。3功率放大器設(shè)計(jì)功率放大器設(shè)計(jì)需要考慮諸多因素，包括：功率輸出，頻率響應(yīng)，失真度，穩(wěn)定性，以及效率等。差動(dòng)放大器的設(shè)計(jì)差動(dòng)放大器在模擬電路設(shè)計(jì)中扮演著重要的角色。它可以有效地抑制噪聲，提高信號(hào)的信噪比，從而提升系統(tǒng)性能。1輸入級(jí)差動(dòng)對作為輸入級(jí)，放大微弱的差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)2中間級(jí)通過電流鏡實(shí)現(xiàn)電流放大，提升電流驅(qū)動(dòng)能力3輸出級(jí)使用共射級(jí)或共集級(jí)放大，輸出較大電流或電壓在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)具體應(yīng)用場景選擇合適的差動(dòng)放大器結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，以獲得最佳的性能指標(biāo)。儀表放大器的設(shè)計(jì)1基本概念儀表放大器是一種高增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗的差動(dòng)放大器。2電路結(jié)構(gòu)儀表放大器通常由三個(gè)運(yùn)算放大器組成，用于放大差分信號(hào)，抑制共模信號(hào)。3設(shè)計(jì)步驟儀表放大器設(shè)計(jì)涉及選擇合適的運(yùn)算放大器、確定增益、設(shè)計(jì)反饋網(wǎng)絡(luò)等步驟。4應(yīng)用場景儀表放大器廣泛應(yīng)用于傳感器信號(hào)放大、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理等領(lǐng)域。模擬開關(guān)電路1概述模擬開關(guān)電路是一種將模擬信號(hào)的通斷狀態(tài)用數(shù)字信號(hào)控制的電路，在許多應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，例如數(shù)據(jù)采集、信號(hào)切換和信號(hào)處理。2類型模擬開關(guān)電路通常使用晶體管或場效應(yīng)管作為開關(guān)元件，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能可以分為單刀雙擲開關(guān)、雙刀雙擲開關(guān)和多路開關(guān)等類型。3特點(diǎn)模擬開關(guān)電路具有響應(yīng)速度快、通斷切換時(shí)間短、控制信號(hào)簡單、工作電壓范圍寬等特點(diǎn)，并能夠在高頻信號(hào)下保持良好的性能。4應(yīng)用模擬開關(guān)電路在通信、儀器儀表、音頻和視頻系統(tǒng)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，例如信號(hào)選擇、信號(hào)隔離和信號(hào)濾波等應(yīng)用。模擬乘法器電路模擬乘法器功能模擬乘法器能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)模擬信號(hào)的乘法運(yùn)算，輸出信號(hào)幅度與輸入信號(hào)成正比。應(yīng)用范圍模擬乘法器在信號(hào)處理、控制系統(tǒng)、儀器儀表等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，例如：調(diào)制解調(diào)、頻率合成、幅度控制等。實(shí)現(xiàn)方式模擬乘法器可以采用多種方式實(shí)現(xiàn)，包括：模擬乘法電路、數(shù)字乘法器、混合乘法器等。電路特點(diǎn)模擬乘法器電路的精度、帶寬、功耗等性能參數(shù)會(huì)影響其應(yīng)用效果。模擬集成電路的應(yīng)用模擬集成電路廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，例如音頻設(shè)備、視頻設(shè)備、通信設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等。模擬集成電路在音頻設(shè)備中，應(yīng)用于放大器、濾波器、音頻編碼器等，提供高質(zhì)量的音頻處理。模擬集成電路在視頻設(shè)備中，應(yīng)用于圖像處理、視頻編碼等，提供清晰的視頻信號(hào)。模擬集成電路在通信設(shè)備中，應(yīng)用于信號(hào)調(diào)制、解調(diào)、放大等，實(shí)現(xiàn)可靠的無線通信。模擬集成電路的發(fā)展趨勢芯片集成度提升模擬集成電路芯片的集成度不斷提高，功能更加強(qiáng)大，體積更小，功耗更低。人工智能應(yīng)用模擬集成電路在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，為智能化發(fā)展提供技術(shù)支持?；旌闲盘?hào)集成電路模擬集成電路與數(shù)字集成電路的融合趨勢明顯，混合信號(hào)集成電路將成為未來發(fā)展方向。綠色環(huán)保發(fā)展模擬集成電路的設(shè)計(jì)更加注重低功耗、低成本、環(huán)保等方面，推動(dòng)綠色科技發(fā)展。課程總結(jié)模擬電子電路模擬電子線路作為電子信息工程的重要基礎(chǔ)，對于理解現(xiàn)代電子系統(tǒng)至關(guān)重要。實(shí)踐應(yīng)用本課程涵蓋了從基本概念到實(shí)際應(yīng)用的廣泛內(nèi)容，為學(xué)生打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐技能。未來發(fā)展隨著科技的進(jìn)步，模擬電子電路將在未來繼續(xù)發(fā)揮重要作用，為更先進(jìn)的電子系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)介紹11.實(shí)驗(yàn)?zāi)康募由顚δM電子電路基本原理的理解，掌握常用電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試方法，提高動(dòng)手能力。22.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了課程的主要知識(shí)點(diǎn)，包括運(yùn)算放大器、反饋電路、放大器、模擬開關(guān)等電路的實(shí)驗(yàn)，并包括電路設(shè)計(jì)和性能測試。33.實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生需要認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，掌握實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。44.實(shí)驗(yàn)評估實(shí)驗(yàn)成績占總成績的比例，具體比例參考課程安排。實(shí)驗(yàn)過程和報(bào)告內(nèi)容都將被評估，并作為成績的一部分。實(shí)驗(yàn)一：運(yùn)算放大器性能測試測試目的驗(yàn)證運(yùn)算放大器基本特性，包括增益、帶寬、輸入阻抗和輸出阻抗等。測試方法使用示波器和信號(hào)發(fā)生器等儀器，設(shè)計(jì)不同的測試電路，測量相關(guān)參數(shù)。測試步驟選擇合適的運(yùn)算放大器芯片根據(jù)測試要求，搭建電路使用信號(hào)發(fā)生器提供輸入信號(hào)使用示波器觀察信號(hào)波形，測量相關(guān)參數(shù)記錄測試結(jié)果，并進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、方法、步驟、結(jié)果和分析。實(shí)驗(yàn)二：反饋電路特性分析1電路搭建根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求搭建反饋電路2參數(shù)測量測試不同反饋類型下的電路參數(shù)3數(shù)據(jù)分析分析反饋電路特性與參數(shù)之間的關(guān)系4結(jié)論總結(jié)總結(jié)反饋電路特性分析結(jié)果本實(shí)驗(yàn)旨在通過搭建反饋電路，測量電路參數(shù)，并分析反饋類型對電路特性的影響，從而加深對反饋電路的理解。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以掌握反饋電路的基本概念，并能運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題。實(shí)驗(yàn)三：放大器電路設(shè)計(jì)1電路分析理解電路原理2參數(shù)選擇確定元器件3仿真驗(yàn)證軟件模擬性能4電路搭建實(shí)際制作電路本次實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)放大器電路的能力。學(xué)生需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行電路分析、參數(shù)選擇、仿真驗(yàn)證以及電路搭建，從而完成一個(gè)實(shí)際可用的放大器電路。實(shí)驗(yàn)四：模擬電路設(shè)計(jì)1電路設(shè)計(jì)需求分析設(shè)計(jì)目標(biāo)2電路實(shí)現(xiàn)元器件