模拟电路与数字电路(第二版)电子工业出版社 1章

电压放大 电路模型
由输入电阻、输出电阻和受控电压源三个基本元件构成
Vo AVO Vi

RL RL Ro
RL AV AVO RL Ro Vi


Vo

Ro <<RL
Ri Vi Vs Rs Ri


Ri >> R s
电压放大电路适合于信号 源内阻RS较小且RL负载较 大场合。
1.3 电路模型
1.3.1 模拟信号放大
放大电路的表示方法
四种放大电路
• 电压放大电路 • 电流放大电路

Vo AV Vi
• 互阻放大电路




I o AI I i
• 互导放大电路

Vo AR I i
I o AG Vi
1.3.2 放大电路模型 • 电压放大电路模型，由输入电阻、输出电阻和 受控电压源三个基本元件构成。 • 受控电压源是一种非独立的电压信号源，它的 输出受另一信号控制。
2000
Intel 4004 Microprocessor(1971年10月推出4位通用芯片 4004，时钟频率108KHz，拥有2300个晶体管，有ROM,RAM 以及I/O的接口)
Intel Pentium Processor:1993 晶体管数量： 310 万
2006 年 5 月英特尔双核处理器: 2.91 亿个晶体管
基本理论、基本知识和基本技能，为学习后续课程 及从事工程技术和科学研究奠定初步基础。
1
绪
论
本章主要介绍电子技术的一些名词、 术语、基本概念，简要介绍电子系统的基 本组成，分析其内部各电路之间的信号流 向及接口关系，最后介绍电子电路的特点 和分析方法，为学好这门课程奠定基础。
1.1
电子技术及其相关基本概念
用的真空电子三极管，简称电子管；
• 1948年美国贝尔电话研究所的三位科学家肖克莱、巴丁
和布拉顿发明了晶体三极管（一种半导体器件）；
• 50年代末，美国德克萨斯公司和仙童公司发明了集成电 路（实现了材料、元件和电路的三合一）。
5mm
电子管
晶体三极管
A Picture of the First Transistor Invented at Bell Labs
Analog circuits and digital circuits
课程内容
1、绪论
2、半导体器件基础
3、放大电路基础
4、放大电路的反馈
5、集成运算放大电路基础 6、正弦波振荡电路 7、直流电源 8、功率放大电路
学习本课程的目的、方法
本课程是实践性很强的技术基础课。
目的：通过相关内容的学习，获得模拟电子技术的
1.电子技术
电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的科学技术。 • 常见的电子器件有电子管、晶体管和集成电路，等等。 • 电子电路是由电子元件（例如电阻、电容、电感等）和电 子器件构成的具有某种功能的电路，它是电子设备的重要
组成部分。
2.模拟信号和数字信号
电子技术所处理的对象是载有信息的电信号，在电子技 术中会遇到多种信号，按其不同特点可分为两大类——模拟 信号和数字信号。 1)模拟信号
• 模拟信号的特点是，在时间上和幅值上均是连续的，在一定动态范
围内可取任意值。处理模拟信号的电子电路称为模拟电路，本课程主 要讨论各种模拟电子电路的基本概念、基本原理、基本分析方法和基 本应用。
模拟信号
2) 数字信号
数字信号在时间上和幅值上是离散的、不连续的。
数字信号可以分为三种：
①时间离散、数值连续信号（模拟信号的取样信号）； ②时间离散、数值离散信号（模数转换器输出信号）； ③时间连续、数值离散信号（数模转换器输出信号）。
电子电路的分析方法：
• 数字电路着重研究各种电路的输入和输出之间的逻 辑关系，分析时常利用逻辑代数、真值表、卡诺图 和状态转换图等方法。 • 模拟电路研究的重点是信号在处理过程中的波形变
化以及器件和电路对信号波形的影响，主要采用电
路分析的方法。
4.
分立元件电路与集成电路
• 分立元件电路是将单个的电子元器件连接起来组成的。 一个功能复杂的电子系统，若用分立元件实现，将会用 很多元器件，不但体积和功耗大，而且可靠性也较差。 • 与分立元件电路相比较，采用集成电路制造的电子设备 具有成本低、体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等许 多优点，而且有利于提高生产效率，并且便于维修。
YEAR
Shrinking Transistor Size
10
TRANSISTOR SIZE (µm)
1
0.1 1970
1975
1980
1985 YEAR
1990
1995
2000
Growth in Chip Size
1000
CHIP SIZE (mm²)
100
10
1 1970
1980 YEAR
1990
电流放大模型就可转换为电压放大电路模型
一个实际的放大电路原则上可以取四 类电路模型中任意一种作为它的电路模型，
但是根据信号源的性质和负载的要求，一
般只有其中一种模型在电路设计或分析中 概念最明确，运用最方便。
互导放大电路
互导放大电路要求: 输入电阻Ri ，输出电阻 o R
A 电压放大电路模型的开路输出电压为 VO Vi ,根据电流放大电路


模型可得开路输出电压为AIS I i Ro ,且 I i
Vi AVO Vi AIS Ro Ri




Vi / Ri

,令两电路等效，
5. 电子系统
电子系统——通常是指由若干相互关联、相 互作用的基本电路组成的具有特定功能的 电路整体。
扩声系统方框图
传 声 器
声频放大器
扬 声 器
自动计数系统方框图
数字显示 物品 光源 光—电转换器 记录 传送带 电源 数字信号 处理
电子系统的基本组成框图
非 电 信 号 输 入 再 生 器 非 电 信 号 输 出
TTL Logic Gate
• Bipolar digital integrated circuit • Transistor-Transistor Logic - TTL • Approximately 40 components on a chip • Small Scale Integration - SSI • Quad 2-input NAND
传 感 器
信号处理 电路
电源
接口关系
• 在电子系统中，各电路之间、各功能块之间的 连接方法及关系是一个非常重要的关系，称为 接口关系。 • 对接口电路的两个基本要求：
–保证被连接的两部分电路之间信号的通畅； –保证各自处于正常工作状态。
1.2
电子技术发展历史
• 1904年英国伦敦大学的弗莱明发明了真空电子二极管； • 1906年美国的德福雷斯特发明了对电子信号具有放大作
电流放大 电路模型
Ro I o AIS I i RL Ro



Ro AI AIS RL Ro Ii


Io

Rs Ii I s Rs Ri


R R 当 Ro >> L 和 i <<Rs 时，才可使电路
具有较理想的电流放大效果。
互阻放大电路
在理想状态下，互阻放大电路要求 输入电阻Ri 0 且输出电阻 Ro 0
模拟电路： 信号形状多样化，功率要求不同，大电阻、大电容、电感、 变压器不易集成，通用性差，大多是专用的。
• 数字电路：
信号有两种状态，输出功率小，电路类型少，通用 性强，便于集成化。
基本功能电路:
信号产生电路 信号放大电路 信号变换电路 信号运算与处理电路 组合逻辑电路 时序逻辑电路 电源电路
信号存储电路
集成电路的特点：
①所有元件都做在一小块硅片上，相互距离非常近，制作时 工艺条件相同，各元件参数值具有相同方向的偏差，温度 特性一致，容易制成两个特性相同的晶体管或电阻。
②使用晶体管多，电阻少。一般集成电路中电阻值为几十欧，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
太大的电阻往往用晶体管制成的有源负载电阻代替，或者 在集成电路外部连接。 ③集成电路内部很少使用电容，一般不用电感，只能靠外接。
Moore’s Law
1.00E+10 1.00E+09
NO. OF TRANSISTORS
1.00E+08 1.00E+07 1.00E+06 1.00E+05
1.00E+04
1.00E+03 1.00E+02 1.00E+01
1.00E+00
1962 1968 1974 1980 1986 1992 1998 2004
数字信号（a）
①时间离散、数值连续信号（模拟信号的取样信号）；
数字信号（b）
②时间离散、数值离散信号（模数转换器输出信号）；
数字信号（c）
③时间连续、数值离散信号（数模转换器输出信号）。
3. 模拟电路和数字电路
电子电路分为模拟电路和数字电路，模拟电路 处理的是模拟信号，数字电路中运行的是数字信号。 电子电路的特点:
集成电路
“摩尔定律”
MOORE’S LAW:
1965年飞兆(Fairchild Semiconductor)半导体研发 部门主管Gordon Moore发现了这一规律并且归 纳出著名的“摩尔定律”：每过18个月IC芯片上 的单元密度会翻一倍，而且这一趋势会持续到下 一个十年。实际上，摩尔定律到现在还适用。