康华光《电子技术基础模拟部分》cha课件

电子技术基础模拟部分对于正在学习电子技术的同学来说这个课程是必须掌握的重要基础知,识本部分将从模拟电路的角度全面介绍电子技术的基础理论和实际应用课程简介基础知识全面实践动手能力本课程系统地介绍了电子技通过大量实践设计和分析电术的基础理论和基本电路，路学生可以培养解决实际问,涵盖从电子元器件到各类模题的能力为后续学习打下牢,拟电路的基本工作原理固基础注重应用技能课程内容紧密结合实际应用重点培养学生的分析问题和设计电路,的能力为后续学习和实践奠定基础,课程目标系统学习模拟电子技术基础知理解模拟电路的基本设计原理12识学习常见的模拟电路拓扑及其分析掌握各类电子元器件的基本工作原和设计方法理和特性参数培养分析和解决问题的能力为后续课程奠定基础34学会应用所学知识分析和设计简单为学习数字电子技术和嵌入式系统的模拟电路设计打下坚实基础电子元器件的分类被动元件主动元件特殊元件微电子器件包括电阻、电容和电感等包括二极管、三极管和集包括光电器件、传感器和采用集成电路技术制造的,不需要外部电源即可工作成电路等需要外部电源供压电元件等能够把其他形各种电子器件如微处理器,,,,主要用于电路的偏置、耦电可以实现放大、开关和式的能量转换为电信号、存储器和模拟电路等,合和滤波等逻辑功能半导体材料的基本特性晶体结构能带结构杂质掺杂半导体材料如硅和锗具有特殊的面心半导体材料的能带结构表现为一个能通过掺入不同种类和浓度的杂质可以,立方晶体结构使它们在电子传输方面量隙在室温下可以被热激发的电子跨调节半导体材料的电性能满足电子电,,,有独特的优势越产生电导路设计需求,结的基本工作原理p-n型半导体n由于掺入电子供体杂质,n型半导体具有大量自由电子型半导体p由于掺入电子受体杂质,p型半导体具有大量空穴结的形成p-n当n型和p型半导体接触时,电子和空穴在接合面处发生复合,形成空乏区结的工作p-n空乏区形成一个势垒,阻止载流子在两侧自由流动,从而产生电流二极管的工作原理和特性半导体原理二极管是由P型和N型半导体材料构成的二端器件,通过P-N结的偏压状态控制导电性正向偏压当二极管正向偏压时,P-N结会形成势垒,电子和空穴可以克服势垒进行载流反向偏压反向偏压时,P-N结会形成耗尽区,电流被抑制,只有极小的反向饱和电流流过二极管在电路中的应用整流电路开关电路稳压电路二极管可用于构建交流直流整流电路二极管具有良好的开关特性可用于构二极管可用于构建稳压电路实现输出-,,,将交流电转换为直流电广泛应用于电建开关电路实现数字逻辑控制在开关电压的稳定在电源电路、放大电路等,,,,源、电视、收音机等电子设备中电源、逻辑电路等中广泛应用中广泛应用三极管的工作原理和特性抗干扰能力强放大能力强三极管具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点能够有效抑三极管可以实现电流放大、电压放大和功率放大广泛应,,制外部干扰提高电路的稳定性和可靠性用于各种放大电路中,开关性能优良种类丰富三极管具有良好的开关特性可用作开关电路和逻辑电路不同类型的三极管在参数、工作特性和应用领域上各有特,的基本器件点可满足各种电路设计需求,放大电路的基本原理信号输入1从信号源获取输入信号增益放大2利用电子放大器放大信号幅度信号输出3输出放大后的信号放大电路的基本原理是将弱信号通过放大器电路进行放大增强信号的幅度从而实现对信号的放大、整形和转换通过合,,理的放大电路设计可以满足不同场合对电路增益、阻抗匹配、噪声抑制等方面的要求,放大电路的分类线性放大电路开关放大电路混合放大电路线性放大电路使用放大管或运算放大开关放大电路利用放大管或开关管在混合放大电路结合了线性和开关放大器在其线性工作区域内提供信号放大饱和和截止两个状态之间快速切换的优点既能提供良好的信号放大特,,它们能够忠实地放大输入信号的波可以实现数字功能它们适用于功率性又能实现高效的功率放大它们,形适用于重现输入信号的应用场景放大和信号处理等场景广泛应用于电子设备中,放大电路的设计与分析电路参数分析1确定关键电路参数拓扑结构选择2选择合适的放大电路拓扑偏置电路设计3设计合适的偏置电路频率响应分析4评估电路的频率响应特性稳定性分析5确保电路具有良好的稳定性放大电路的设计与分析是一个复杂的过程,需要考虑多个关键因素首先要确定电路的关键参数,如增益、输入输出阻抗等然后选择合适的电路拓扑结构,设计偏置电路接下来分析电路的频率响应和稳定性,优化设计以满足性能要求运算放大器的基本原理放大信号1运算放大器能够放大极微弱的输入信号将其放大到可用的,电平这使其在许多电子电路中扮演着关键的角色差分放大2运算放大器能够比较两个输入信号并输出它们之差放大后的结果这种差分放大能够抑制共模干扰信号负反馈3通过在输入和输出端增加负反馈电路可以提高运算放大器,的性能使其更加稳定和可靠,运算放大器的特性参数增益偏移电压决定放大器对输入信号的放大程输入端存在的小量直流电压，即度常用的增益类型有电压增益使没有输入信号也会出现这种、电流增益和功率增益偏移会导致输出出现偏差带宽响应速度放大器能够放大的频率范围一放大器输出变化的最大速度决定,般用带宽来表示放大器的频了放大器对快变化信号的跟踪能3dB带特性力运算放大器的基本应用电路放大电路比较电路运算放大器可用于构建各种通过设置合适的参考电压运,放大电路如反相放大电路、算放大器可以用作比较器实,,非反相放大电路和差动放大现对输入信号的大小比较或电路这些电路可以放大微检测这在电子控制系统中弱的信号用于多种电子设备有广泛应用,中积分和微分电路其他应用运算放大器可以配合电容和运算放大器还可用于构建滤电阻组成积分和微分电路实波电路、峰值检测电路、模,现对输入信号的积分或微分拟开关电路等广泛应用于各,运算在信号处理中很有用类电子系统中,开关电路的基本原理开关状态1电路的开关状态可以是导通或截止电路拓扑2开关电路通常采用简单的串联或并联拓扑开关控制3通过输入信号控制电路开关状态应用场景4开关电路广泛应用于数字电路和功率电路开关电路通过控制电流或电压的通断来实现电路功能它们根据输入信号在导通和截止状态间切换可用于数字信号处理、功率控制等领域,开关电路的设计需要考虑开关状态、电路拓扑和控制方式等因素开关电路的应用功率控制数字逻辑运算开关电路可用于控制大功率开关电路可用于执行诸如设备如电机、加热器和照明、和等基本的AND ORNOT系统的开启和关闭数字逻辑运算脉冲生成电磁继电器控制开关电路可用于生成各种形开关电路可用于触发和控制状和频率的方波和脉冲信号电磁继电器进而控制更高,功率的电路稳压电路的基本原理检测电压波动稳压电路会持续检测输出电压的变化,以监测输入电压或负载的变化调节输出电压一旦检测到电压波动,稳压电路会自动调节输出电压,以保持恒定输出利用反馈控制稳压电路通常采用反馈控制机制,将输出电压与参考电压进行比较,实现恒压输出实现高效稳定通过这些原理,稳压电路能够提供高度稳定和可靠的直流电压输出线性稳压电路的实现参考电压源1线性稳压电路由参考电压源、误差放大器和控制元件三部分组成参考电压源提供稳定的基准电压误差放大器2误差放大器比较实际输出电压与参考电压放大两者之,间的差异以调节控制元件,控制元件3控制元件根据误差放大器的输出调节输出电压使之保,,持稳定常用的控制元件有三极管和集成稳压器开关稳压电路的实现定电压源1提供恒定电压供电反馈电路2监测输出电压并反馈开关器件3通过开关操作实现电压稳定开关稳压电路通过反馈控制的方式来维持稳定的输出电压它由定电压源、反馈电路和开关器件三部分组成定电压源提供恒定电压供电，反馈电路监测输出电压并反馈给开关器件，开关器件根据反馈信号调节工作状态以稳定输出电压这种设计可实现高效、低噪声的稳压输出模拟信号的采样和量化采样将连续时间的模拟信号以固定的时间间隔进行离散化处理获得离散时间信号,量化将采样值映射到离散的数字电平使连续信号变为离散信,号编码将量化后的数字信号进一步编码为二进制代码以便于存,储和传输和转换的基本原理A/D D/A模拟信号1连续的时间和幅度信号采样2定期测量模拟信号的幅度量化3将采样值转换为离散数字值编码4将量化后的数字值编码为二进制数转换将连续的模拟信号转换为离散的数字信号经过采样、量化和编码个步骤完成转换则是将数字信号恢复为模拟信号的过程通A/D,3D/A,过解码和重构实现这种转换是数字信号处理系统中的关键技术应用广泛,和转换电路的构成A/D D/A模数转换电路数模转换电路由采样电路、量化电路和编由数模转换器和保持电路构码电路构成将连续的模拟成将数字信号转换为对应信号转换为离散的数字信号的连续的模拟信号精度和分辨率和转换电路的性能关键参数，决定了转换精度和数字信号A/D D/A的分辨率信号的采样定理和重构采样1连续时间信号被周期性地取样重构2采样后的离散信号被重新合成为连续信号采样定理3采样频率必须大于信号带宽的倍2采样定理规定了在不丢失原始连续信号信息的情况下对信号进行采样和重构的条件只有在采样频率高于信号最高频率的倍以上时才能确保无失真地重构出原始信号这是实现数字信号处理的基础2,信号的谱分析频率成分分析傅里叶变换功率谱密度将信号分解为不同频率的正弦波成分使用傅里叶变换可以将时域信号转换将信号的功率密度分布在不同频率上,,可以了解信号的频谱特性为频域表示从而进行谱分析可以分析信号的频率特性,信号的滤波和带宽低通滤波器高通滤波器带通滤波器低通滤波器可以去除高频噪音只允许高通滤波器可以去除低频噪音只允许带通滤波器可以只允许特定频带的信,,低频信号通过用于消除高频干扰和保高频信号通过用于去除缓慢变化的直号通过用于抑制不需要的频率成分提,,,,护敏感电路流信号和低频干扰高系统信噪比模拟滤波电路的设计选择滤波器类型1根据信号特性和滤波要求,选择合适的模拟滤波器拓扑,如低通、高通、带通或带阻滤波器确定滤波器阶数2根据滤波性能指标,如截止频率、通带衰减、阻带衰减等,确定滤波器的合适阶数设计电路参数3根据滤波器拓扑和阶数,计算电容、电阻等元件的值,满足设计指标数字滤波电路的设计信号采样1根据采样定理进行合理的采样转换A/D2将连续模拟信号转换为数字信号数字滤波3利用数字信号处理算法实现滤波数字滤波器设计4根据性能要求选择合适的滤波器数字滤波电路设计的关键步骤包括信号采样、转换和数字滤波器设计合理的采样率和高性能的转换是保证信号完整性的基础数A/D A/D字滤波算法的选择则直接决定了滤波性能的优劣通过科学的设计可以实现高质量的数字滤波电路信号调制的基本原理基本概念1信号调制是将信号的某些特性幅度、频率或相位与载波信号相结合的过程这使得信号可以通过通信渠道更有效地传输调制类型2常见的调制方式包括幅度调制、频率调制和相位AM FM调制每种方式都有其特点和应用领域PM调制作用3调制使信号能够适应通信信道的特性提高信号的传输效率,和抗干扰能力同时也改善了信号的频谱特性课程总结掌握电子基础知识培养分析问题能力掌握电子电路设计拓展创新思维通过学习本课程学生可以课程中的案例分析和实践学生可以学习到各类常见通过对模拟电路原理和数,全面了解电子元器件的基操作帮助学生培养独立分电子电路的设计方法包括字信号处理的学习培养学,,,本特性、工作原理和应用析和解决实际问题的能力放大电路、稳压电路、滤生的创新意识和解决实际,,为后续的电子系统设计奠提高实践动手能力波电路等为未来的电子产问题的思维方式,定基础品设计打下坚实基础。