模电 信号处理与产生电路
大学模电实验报告
一、实验目的1. 理解模拟电子技术的基本概念和基本原理。
2. 掌握模拟电路的搭建和调试方法。
3. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理模拟电子技术是研究模拟信号处理和模拟电路设计的学科。
本实验主要涉及以下原理：1. 基本放大电路：包括共射放大电路、共集放大电路、共基放大电路等。
2. 运算放大器：包括反相比例放大、同相比例放大、加法运算、减法运算等。
3. 滤波电路：包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。
三、实验仪器与设备1. 模拟电子技术实验箱2. 函数信号发生器3. 示波器4. 数字多用表5. 绝缘导线6. 插头四、实验步骤1. 搭建共射放大电路：- 根据实验指导书，连接共射放大电路。
- 调整偏置电阻，使晶体管工作在放大区。
- 使用函数信号发生器输入正弦波信号，观察输出波形。
- 调整电路参数，观察输出波形的变化。
2. 搭建运算放大器电路：- 根据实验指导书，连接运算放大器电路。
- 输入不同电压信号，观察输出波形。
- 调整电路参数，观察输出波形的变化。
3. 搭建滤波电路：- 根据实验指导书，连接滤波电路。
- 输入不同频率的信号，观察输出波形。
- 调整电路参数，观察输出波形的变化。
五、实验结果与分析1. 共射放大电路：- 输入信号频率为1kHz，输出信号频率为1kHz，放大倍数为20。
- 当输入信号频率为10kHz时，输出信号频率为10kHz，放大倍数为10。
2. 运算放大器电路：- 反相比例放大电路：输入电压为1V，输出电压为-2V。
- 同相比例放大电路：输入电压为1V，输出电压为2V。
- 加法运算电路：输入电压分别为1V和2V，输出电压为3V。
- 减法运算电路：输入电压分别为1V和2V，输出电压为-1V。
3. 滤波电路：- 低通滤波器：当输入信号频率为1kHz时，输出信号幅度为0.5V；当输入信号频率为10kHz时，输出信号幅度为0.1V。
- 高通滤波器：当输入信号频率为1kHz时，输出信号幅度为0.1V；当输入信号频率为10kHz时，输出信号幅度为0.5V。
模电基础知识总结
模电基础知识总结模拟电子技术（模电）是电子工程的重要基础学科，它研究的是电子元件与电路的工作原理和运行规律。
掌握模电的基础知识对于电子工程师来说至关重要。
本文将对模电的基础知识进行总结，希望能给读者提供一些帮助。
一、电路基础知识在学习模电之前，我们首先需要掌握一些电路的基础知识。
电路是电子工程中最基本的组成单元，它由电源、电阻、电容、电感等元件组成。
在电路中，电流和电压是重要的物理量。
电流表示电子在电路中的流动情况，而电压表示电子在电路中的能量转换。
二、放大器放大器是模电中一类重要的电子元件。
放大器的作用是将输入信号放大，以便输出信号具有较高的幅度。
常见的放大器有三种基本类型：电压放大器、电流放大器和功率放大器。
放大器有许多重要的性能指标，如增益、输入电阻、输出电阻等。
学习模电的过程中，我们需要熟悉这些性能指标的定义和计算方法。
三、滤波器滤波器是模电中用于剔除或改变信号中某些频率分量的电路。
滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
在实际应用中，我们经常需要使用滤波器来对信号进行处理。
了解滤波器的原理和性能对于电路设计至关重要。
四、振荡器振荡器是一种能够产生连续波形信号的电路。
在模电中有两种常见的振荡器：正弦波振荡器和方波振荡器。
振荡器的核心是一个反馈回路，该回路会使得输入信号被放大，并且以振荡的形式反馈给输入端。
振荡器在通信系统、计算机等领域有广泛的应用，掌握振荡器的原理和设计方法是模电学习的重要内容。
五、运算放大器运算放大器（Operational Amplifier）是模电中一种重要的集成电路。
它具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点，在模拟电路中有广泛的应用。
运算放大器可以用于各种电路设计，如放大器、积分器、微分器和比较器等。
学习运算放大器的工作原理和应用是模电学习的核心内容。
六、模电实验模电实验是巩固和应用所学知识的重要环节。
通过实验，我们可以观察电路的实际运行情况，提高动手实践的能力。
模电 康华光 第六版
第十九页，共28页。
2.4.1 求差电路
从结构上看，它是反相输入和 同相输入相结合的放大电路。
vi2＋
R2 P
R3
i2 vp ip ＋ i3
vi2－vi1
vo
根据虚短、虚断和N、P点
vn in －
的KCL得：
2.1 集成电路运算放大器
当Avo(vP－vN) V＋ 时 vO＝ V＋
当Avo(vP－vN) V-时 vO＝ V-
电压传输特性 vO＝ f (vP－vN)
线性范围内 vO＝Avo(vP－vN) Avo——斜率
第七页，共28页。
2.2 理想运算放大器
1. vo的饱和极限值等于运放的电 源电压V＋和V－
▪ 输出电阻 ro 100Ω （很小）
vO＝Avo(vP－vN)
（ V－＜ vO ＜V＋ ）
注意输入输出的相位关系
第五页，共28页。
2.1 集成电路运算放大器
当Avo(vP－vN) V＋ 时 vO＝ V＋
当Avo(vP－vN) V-时 vO＝ V-
电压传输特性 vO＝ f (vP－vN)
第六页，共28页。
2. 运放的开环电压增益很高
若（vp－vn）＞0 则 vo= +Vom=V＋ 若（vp－vn）＜0 则 vo= –Vom=V－
3. 若V－< vo <V＋ 则 （vp－vn）0
4. 输入电阻ri的阻值很高 使 ip≈ 0、in≈ 0
5. 输出电阻很小， ro ≈ 0
理想：
ri≈∞ ro≈0 Avo→∞ vo＝Avo(vp－vn)
什么是模拟电路它有哪些常见的应用
什么是模拟电路它有哪些常见的应用什么是模拟电路，它有哪些常见的应用模拟电路是一门研究与设计电子电路中使用的模拟信号的学科。
相对于数字电路，模拟电路处理的是连续变化的信号，而数字电路则处理离散变化的信号。
模拟信号可以是声音、图像、电压、电流等连续变化的波形。
模拟电路广泛应用于各种电子设备和系统中，包括通信系统、音频设备、测量仪器以及控制系统等。
下面将详细介绍模拟电路的一些常见应用。
1. 通信系统中的模拟电路通信系统中，模拟电路用于信号的调制与解调、放大与滤波等处理。
在手机、电视、广播等通信设备中，模拟电路起到了关键的作用。
例如，调制与解调电路用于将音频或视频信号转换为适合传输的高频信号，使其可以通过天线或电缆传输。
放大电路可以增加信号的强度，确保信号在传输中不会失真。
滤波电路可以去除无用频率成分，使信号更加纯净。
2. 音频设备中的模拟电路音频设备如音响、耳机、麦克风等都使用了模拟电路。
放大器是音频设备中最常见的模拟电路之一，用于放大音频信号，提供足够的音量。
均衡器则用于调节音频信号的音调，使其更加丰富和平衡。
滤波器则用于去除杂音和回声，提升音频质量。
此外，音频设备中还常常使用模拟开关电路、混音电路等。
3. 测量仪器中的模拟电路测量仪器如示波器、万用表、信号发生器等中大量应用了模拟电路。
示波器中的放大器和滤波器用于放大和滤波待测信号，以便观察波形。
万用表中的放大器和采样电路用于测量电压、电流和阻抗等物理量。
信号发生器则用于产生各种频率、幅度和波形的信号，以供其他电路进行测试和校准。
4. 控制系统中的模拟电路控制系统中的模拟电路用于实现信号的采集、处理和控制。
例如，传感器将物理量转化为模拟电信号，然后经过调理电路处理后，输入到控制器进行分析和判断，最终控制执行器对被控对象进行操作。
在工业自动化、家庭自动化、机器人等领域，模拟电路在控制系统中起到了至关重要的作用。
总结起来，模拟电路在通信系统、音频设备、测量仪器以及控制系统等领域都有广泛的应用。
模电复习攻略
模电复习攻略一、绪论：1.什么是模拟信号？什么是数字信号？在时间和数值上都连续的信号为模拟信号；在时间和数值上都离散的信号为数字信号。
二、运算放大器：1.集成电路运算放大器工作在线性状态下的最重要的两个理论？虚短和虚断。
2.同相放大电路、反相放大电路，引入负反馈之后有什么特点？负反馈作用是利用输出电压V0通过反馈元件（R1、R2）对放大电路起自动调整作用，从而牵制了V0的变化，最后达到输出稳定平衡。
三、二极管及其基本电路：1．二极管的特点？面接触型二极管可承受大电流，用于低频电路中；点接触型二极管通小电流，适用于高频电路。
2.二极管正向偏置电压与电阻的关系？PN结加正向电压时，电阻值很小，PN结导通；加反向电压时，电阻值很大，PN结截止。
3.PN结的构成以及特点？P区失去空穴后留下带负电的杂质离子，N区失去电子留下带正电的杂质离子，这些不能移动的带电离子集中在P区和N区交界面附近，形成一个很薄的空间电荷区，就是PN结；PN结具有单向导电性。
4.N型半导体电子束的情况？空穴与自由电子的关系？N型半导体为五价杂质，共价键结构中多余一个电子；在N型半导体中，电子为多数载流子，空穴为少数载流子。
四、双极结型三极管及放大电路基础：1.三极管的极性如何判断？（如：如何判断是NPN还是PNP型？硅管或锗管？）请查阅习题4.1.1或习题4.1.22.三极管的三个区？饱和区、放大区、截止区。
3.基本共射极放大电路的特点？基本共射极放大电路的工作原理？特点：发射极是输入回路与输出回路的共同端（即发射极接地）；工作原理详见P1164.分析放大电路的基本方法？图解分析法、小信号模型分析法5.什么是小信号模型分析法？步骤是什么？如何用小信号模型分析法分析二极管、三极管、场效应管放大电路？在输入信号电压幅值比较小的条件下，可以把BJT在静态工作点附近小范围内的特性曲线近似的用直线代替，这是可以把BJT用小信号线性模型代替，从而将由BJT组成的放大电路当成线性电路来处理，这就是小信号模型分析法。
模电重点知识点总结
模电重点知识点总结模拟电路是电子工程中非常重要的一部分，它是将模拟信号转化为数字信号的基础，是许多电子设备中必不可少的一部分。
本篇文章总结了模拟电路的重点知识点，其中包括基本概念、运算放大器、放大器的基本电路、滤波器以及反馈电路。
一、基本概念模拟电路学科的基础是电子学，模拟电路是在电子学的基础上发展出来的。
模拟电路是使用模拟信号（即具有连续变化的信号）来进行处理和传输的电路系统，模电电路学科的重点是模型的构建和研究。
模型是为了研究和分析电路行为而建立的，包括元器件模型和电路模型两大类。
电路模型是把现实电路抽象成一种理想化的形式，以便于计算机分析和求解。
元器件模型可以在真实电路中被观测到，并用来构建电路模型。
在电子电路中，元件是构成电路的基本单元。
其中，二极管、晶体管、场效应管、放大器、集成电路等元件是模拟电路中最基本的元件。
同时，电阻、电容、电感等被用来构建各种基本电路。
二、运算放大器运算放大器是模拟电路中非常基本的元件，它的主要作用是放大电压。
它由电路图中两个输入端、一个输出端，以及一些内部元件所组成。
其中，反馈元件是运算放大器重要的特征，因为它对运算放大器的电路行为产生了显著的影响。
反馈可以使放大器的放大增益更加稳定，但如果反馈网络设计不当，可能会引起放大器的振荡。
运算放大器有两种输入方式：一种是差分输入，一种则是单端输入。
差分输入的两个输入端之间的电压差是放大器输入信号的一部分。
当放大器的两个输入端的信号相同时，差分输入电路可以过滤掉这些信号的共同部分，只保留差异部分。
而单端输入则是将输入信号连接到放大器的一个输入端，将另一个端子地接。
如果输入信号与地之间有电压差，则放大器将按比例返回这个电压信号。
三、放大器的基本电路放大器是模拟电路中最为基本的电路之一，并且有其他电路中无法替代的作用。
放大器的主要功能是将输入信号变大，并将其输出到一个外部负载。
其中常用的放大器电路有：共射放大（cs）电路、共基放大（cb）电路、共集电极放大（ce）电路、差分放大器等。
模电基础知识
模电基础知识
模电基础知识是指模拟电子技术的基本理论和知识。
模拟电子技术是一门研究和应用模拟信号和电路的学科，主要涉及电路和系统的分析、设计和实现等方面。
以下是模电基础知识的一些主要内容：
1. 电路基本元件：电阻、电容、电感等元件是模电电路的基础。
了解元件的特性和使用方法是模电基础知识的重要部分。
2. 电路分析：电路分析是验证电路行为和性能的过程。
常用的分析方法包括基尔霍夫定律、欧姆定律、网孔分析、节点分析等。
3. 放大器：放大器是模电电路中常见的功能模块，用于放大信号。
学习放大器的基本类型、特性和性能指标，以及放大器的设计方法是模电基础知识的重要内容。
4. 滤波器：滤波器用于对信号进行滤波，分为低通、高通、带通和带阻滤波器等类型。
了解滤波器的原理、类型和设计方法是模电基础知识的重要内容。
5. 可编程集成电路：可编程集成电路（Programmable Integrated Circuits, PICs）是一种能够按照用户的需求改变功能的集成电路。
了解PICs的基本原理和应用是模电基础知识的
重要内容。
6. 双向传输门：双向传输门是一种能够扮演多变功能的集成电
路。
了解双向传输门的原理、应用和设计方法是模电基础知识的重要内容。
7. 信号声音：信号声音是模电电路中常见的一种信号处理技术。
了解信号声音的基本原理、应用和设计方法是模电基础知识的重要内容。
以上是模电基础知识的一些主要内容，掌握这些知识可以帮助理解和应用模拟电子技术。
模拟电子技术基础---09信号处理与信号产生电路(波形)
全通（APF）
由低通和高通串联得到带通
由低通和高通并联得到带阻
希望抑制50Hz的干扰信号， 应选用哪种类型的滤波电路？
放大音频信号(20~20KHz)， 应选用哪种类型的滤波电路？
电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
9.5 正弦波振荡电路的振荡条件
正反馈框图如图示。 （注意与负反馈方框
图的差别）
X a X i X f
若环路增益 A F 1 则 X a X f ，
去掉 X i ， X o仍有稳定的输出
又 A F A F a f A F (a f )
所以振荡条件为 A( ) F( ) 1 振幅平衡条件 a ( ) f ( ) 2n 相位平衡条件
A1 A0
通带
阻带
O
测评 1
A2 A0
通带
阻带
通带
O A
阻
阻碍 碍阴 2
测评
A0 阴
通带
阻 碍 阴
阻带 通带 阻带
O
阻
测评阻 碍
上页 碍 2 阴1阻 碍下页
9.2 一阶有源滤波电路
4. 带阻滤波电路
–
R
R
R1
可由低通和高通并联得到
+
R –
C1
必须满足 2 1 vI – C2
vO
+
A1 A0
通带
a ( ) f ( ) 2n
思考？ 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振 的信号源来自何处？ 电路器件内部噪声
•波形产生过程：
首先，电路满足起振条件，噪声中，满足相位平衡条件的
某一频率0的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。
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9.3 高阶有源滤波电路
9.3.2 有源高通滤波器
3. 巴特沃斯滤波器：
A( j ) A0 1 c
2n
A A0
1.0 0.707
n=2 n=4 n=8
幅频特性在特征频率 处与LPF垂直对称
0
c
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
10
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9.3 高阶有源滤波电路
9.3.3 有源带通滤波器
9.5
9.6
RC正弦振荡电路
LC正弦振荡电路 非正弦信号产生电路
3 / 105
9.7 9.8
9.1 滤波电路基本概念与分类
9.1.1 基本概念 9.1.2 滤波电路的分类
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9.1 滤波电路基本概念与分类
9.1.1 基本概念
1. 概述： 为什么要用滤波器：取出有用信号，抑制或剔除无用
频率信号。
C
2. 传递函数： V p + V V VA Vi R A R A p A V n – Vi C R R Rf VA Vo 0 R1 1 sC R1 A Vp Vn Vo V o 0 R1 Rf 直流放大倍数 R 1 sC 1 sRC VA Vp Vo 1 sC A0 A0 A( s) Vo Vi 1 (3 A0 )sRC +(sRC ) 2
2
1 2
R
C
R
V p
V n
V i
+ –
R 2C
A
Rf
V o
R1 同相比例
放大电路
j 1 0 A( j ) 2 A0 1 j j 1 Q 0 0
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9.3 高阶有源滤波电路
9.3.4 有源带阻滤波器
vo
A0
高通
0
A
L
A0
0
H
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L
9.3 高阶有源滤波电路
9.3.4 有源带阻滤波器
2. 二阶有源带阻滤波器： C
s 2 A0 1 0 A( s ) 2 1 s s 1 Q 0 0
按传递 函数分
一阶滤波器 二阶滤波器 : N 阶滤波器 低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器
无源滤波器
有源滤波器 模拟滤波器 数字滤波器
按频率 特性分
按数学 函数分
Butterworth Chebyshev Bessel Ellipse/Cauer
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9.1 滤波电路基本概念与分类
() d () d (s) ：时延特性
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9.1 滤波电路基本概念与分类
9.1.1 基本概念
3. 滤波电路的三种特性： 有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。
Vo (s) A(s) Vi (s)
vi (t )
j ( )
滤波电路
vo (t )
A( j) A( j) e
3. 幅频响应：
s 2 A0 1 0 A( s ) 2 1 s s 1 Q 0 0
0 20 40
20lg A A0
Q=小
Q=中 Q=大
0
0.1
j 1 0 A( j ) 2 A0 1 j j 1 Q 0 0
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9.2 一阶有源滤波电路
9.2.1 传递函数
电路结构： 一级无源 RC 滤波电路 + 运放 + 负载 = 一阶有源滤 V i 波电路
R
R1
Rf
– V n A V p
+
RL
C
V o
加入运放后，滤波器带 负载能力大大增强（运放 ri 大 ro小）；RC滤波器的频率特性不受 负载影响，这将使滤波器的设计变得 更加方便。
A0 1 Rf R1 直流放大倍数（同相比例放大）
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9.2 一阶有源滤波电路
9.2.2 频率响应
A0 A( j ) 1 j 0
A(j ) A0 1 ( 0 ) 2
0 3
通带
20lg A A0 (dB)
-20dB/10 倍频程 阻带
20
0
A( s) s
2
c
Q
A0c2 s c2
20 10 0 3
20lg A A0 (dB)
Q=10 Q=5 Q=2 Q=1 Q=0.707 Q=0.5
A( j ) 20 lg A0 20 lg 1 1 c
2 2
40
c
1
10
2 Q c
R AR
C
V n
+
–
R1
A
Rf
V o
A( j ) 20 lg A0 20 lg 1 1 c
2
2 Q c
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2
9.3 高阶有源滤波电路
9.3.1 有源低通滤波器 (2阶)
3. 幅频响应：
9.3 高阶有源滤波电路
9.3.2 有源高通滤波器
2. 传递函数： 根据“对偶电路” 关系，易得如图电路 的传递函数为：
A( s) s
2
R
V p
V i
C C
R
V n
+ –
A
Rf
V o
c
Q
A0 s
2 2 c
R1 同相比例
放大电路
s
A( j ) 1 2 A0 2 2 c c 1 Q
9.1.2 分类
2. 滤波器的频率特性：
(a) 低通滤波器：
A
(b) 高通滤波器：
A
A0 0.707 A0
通带 阻带
A0
0
阻带
通带
H
0
L
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9.1 滤波电路基本概念与分类
9.1.2 分类
2. 滤波器的频率特性：
(c) 带通滤波器：
A
(d) 带阻滤波器：
A
A0
通带
A0
0
H
阻带
L
1. 电路组成原理：
vi
A0
A
0
A
低通
高通
vo
H
A0
0
A
L
A0
0
L
H
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9.3 高阶有源滤波电路
9.3.3 有源带通滤波器
2. 二阶有源带通滤波器： s A0 R Q0 V A( s ) i C 2 s s 1 Q0 0
低通 高通
1 0 1 jQ 0
2
20lg A A0
Q=0.5 Q=1
0 20
Q=2
Q=4 Q=8
2
40 0.1
0
1
10
A( j ) A0
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9.3 高阶有源滤波电路
9.3.4 有源带阻滤波器
1. 电路组成原理：
A0
A
0
A
H
低通
vi
滤波器分析：根据电路求出传递函数，分析其频率特 性。
滤波器综合：根据技术要求确定滤波器的传递函数， 然后用具体电路（单元电路堆砌）实现。
模拟滤波器的理论和设计方法相当成熟，有若干典型 模拟滤波器供选择：有严格的设计公式、现成的曲 线和图表供使用。数字滤波器也需借鉴其设计。
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9.1 滤波电路基本概念与分类
Guilin University of Electronic Technology
电子技术基础 A（模拟部分）
9：信号处理与 产生电路
9.1
滤波电路基本概念与分类 一阶有源滤波电路
9.2
9.3
高阶有源滤波电路
开关电容滤波器* 正弦振荡电路的振荡条件
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9.4 9.5
9.4
开关电容滤波器* 正弦振荡电路的振荡条件
0
L
H
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9.1 滤波电路基本概念与分类
9.1.2 分类
3. 实际滤波器及相关概念：
通带： 20lg A 阻带： 20lg A0 截止频率：放大倍数 通带 A=1时的频率。
0
H T
3dB带 阻带
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9.2 一阶有源滤波电路
9.2.1 传递函数 9.2.2 幅频响应
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9.2 一阶有源滤波电路
9.2.1 传递函数
设输入正弦信号，由 RC 电路可得：
R1
Rf
– V n A V p
1 j C Vp Vi R 1 j C V n R1 Vo R1 Rf
R
V i
+
RL
C
V o
1 R R V A0 o f 1 A( j ) Vn Vp 1 j RC 1 j V i 0 式中：0 1 RC 截止角频率
1
10
当 0时, 当 时,
A(j ) A0