《电子电路原理》课件

电子电路原理欢迎参加电子电路原理课程！本课程将带领大家探索电子世界的基础知识和核心原理电子电路作为现代电子技术的基础，贯穿于几乎所有电子设备和系统中通过本课程的学习，您将掌握从基本电路元件到复杂电路分析的系统知识，建立电子技术的思维方式，并为后续专业课程打下坚实基础电子电路发展历史真空管时代1904-1947由李德福雷斯特发明的三极真空管开启了电子时代，使无线电广播和长距离电话通·信成为可能体积庞大，功耗高，寿命短是其主要缺点晶体管时代1947-1958年，贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿发明了晶体管，体积小、可靠性1947高，为电子设备小型化奠定基础晶体管收音机成为当时的革命性产品集成电路时代至今1958年，杰克基尔比与罗伯特诺伊斯几乎同时发明了集成电路，将多个元件集1958··成在单个硅片上摩尔定律预测了集成度每个月翻一番的发展速度18超大规模集成电路时代至今1970什么是电子电路电路定义电路分类电子电路是由电子元件（如电阻、电容、电感、晶体管等）按照模拟电路处理连续变化的信号，如音频放大器、收音机等信特定功能要求互连形成的网络结构这些电路通过控制电子的流号幅值可以取任意值，精确度受噪声限制动来处理、传输或存储信息数字电路处理离散信号，通常只有高低两种状态（和）01电子电路的基本工作原理是基于电荷载体（主要是电子）在导体计算机、智能手机等设备大量使用数字电路，具有抗干扰能力强中的定向运动，通过各种电子元件的特性来实现对电流和电压的的特点操控混合电路结合模拟和数字技术的电路，如模数转换器和ADC数模转换器，实现两种信号的转换DAC电路的基本物理量电压电流Voltage Current电压是电路中两点之间的电位差，是电流是单位时间内通过导体横截面的推动电荷流动的驱动力单位是伏电量，表示电荷流动的速率单位是特，符号为或伏特等于安培，符号为安培等于每秒V UV11A I11焦耳库仑，表示单位电荷在电场中库仑电荷通过/获得的能量常见电流指示灯约，LED20mA常见电压干电池，接口手机充电，电热水器

1.5V USB1-2A10-，家用电中国5V220V20A功率Power功率表示电能转换为其他形式能量的速率，单位是瓦特，符号为在直流电W P路中P=UI常见功率智能手机，笔记本电脑，微波炉5-10W45-95W700-1200W电路的功率与能量能量守恒定律电路中的能量既不会凭空产生也不会消失，只会从一种形式转变为另一种形式有功功率与无功功率有功功率产生实际工作，无功功率仅在电路中来回震荡功率计算公式直流，交流，其中为功率因数P=UI P=UI·cosφcosφ在电路系统中，能量守恒是基本物理定律无论电路多么复杂，输入的总能量必然等于输出的能量与损耗能量之和理解这一原理对分析电路效率至关重要有功功率是真正被转化为机械功、热能等形式的功率，单位为瓦特无功功率则在电感和电容元Active PowerW ReactivePower件中周期性地存储和释放，不产生实际工作，单位为乏两者的矢量和为视在功率，单位为伏安Var ApparentPower VA基本电路元件电阻电阻特性电阻类型电阻应用电阻是限制电流的基本固定电阻包括碳膜电电阻的主要应用包括限元件，符合欧姆定律阻、金属膜电阻、线绕流、分压、偏置、负不同材料具有电阻等，各有特点和应载、匹配、滤波等U=IR不同的电阻率，影响其用场合在电子电路中，电阻常导电能力可变电阻包括电位器、与其他元件组合使用，电阻值单位为欧姆热敏电阻、光敏电阻形成分压器、分流器、，常用乘数有千欧等，可根据旋转角度、衰减器、上拉下拉电Ω/和兆欧电温度或光强变化电阻路等功能单元kΩMΩ阻的关键参数还包括功值，用于调节或传感率、温度系数和精度等基本电路元件电容电容原理与特性充放电特性与应用电容器是由两个导体极板中间夹一层绝缘介质组成的元件当施电容的充放电过程遵循指数规律在电路中，充电和放电的RC加电压时，电荷在两极板上积累，形成电场储存能量电容的基时间常数决定了充放电的速率经过的时间，电容基本τ=RC5τ本特性是阻止直流通过，允许交流通过，其阻抗与频率成反比完成充放电过程（达到最终值的）

99.3%电容的主要参数包括电容的主要应用•电容量单位为法拉，常用微法、纳法和皮•滤波平滑电压波动，如电源滤波C FμF nF法pF•耦合与隔直传输交流信号同时阻隔直流分量•耐压值电容能承受的最大电压•定时与电阻组成电路实现时间延迟RC•漏电流电容两极之间的微小电流•储能在需要时提供瞬时大电流•损耗角正切值表示电容的损耗程度•调谐与电感组成谐振电路LC基本电路元件电感电感的基本特性电感是由导线绕制成线圈形成的元件，当电流通过时产生磁场并储存磁能电感具有阻止电流快速变化的特性，对交流信号的阻抗与频率成正比电感的单位是亨利，在电路中常用毫亨和H mH微亨μH电感相当于交流电路中的惯性元件，类似于力学系统中的质量电流变化越快，电感产生的反电动势就越大，这种特性使电感在高频电路中表现出独特的作用自感与互感自感是指线圈中电流变化产生的磁场反过来在线圈自身感应出电动势的现象自感系数表示单L位电流变化率产生的感应电动势大小，是衡量电感器性能的关键参数互感是指两个靠近的线圈之间，一个线圈电流变化产生的磁场在另一个线圈中感应出电动势的现象互感是变压器工作的基本原理，也是无线充电等技术的基础电感的主要应用电感在电子电路中有广泛的应用，主要包括•滤波高频滤波器、滤波器，抑制噪声和干扰EMI•储能开关电源中储存和释放能量•阻抗匹配电路中的匹配网络RF•扼流抑制高频寄生振荡•谐振与电容组成谐振电路，用于调谐、振荡等LC半导体基础知识半导体材料特性型半导体P半导体是导电性介于导体与绝缘体之间在硅晶体中掺入三价元素如硼，形成的材料，其导电性受温度、光照等外界空穴作为主要载流子的型半导体空P条件影响显著常见半导体材料有硅穴被视为带正电荷的粒子，是价带中电、锗和砷化镓等子的缺位Si GeGaAs结原理型半导体PN N型与型半导体接触形成结，在结在硅晶体中掺入五价元素如磷，形成P NPN区附近形成空间电荷区和内建电场这自由电子作为主要载流子的型半导N种结构是半导体器件的基础，具有单向体多余的电子可以自由移动，成为导导电性电的主要贡献者二极管工作原理单向导电特性主要参数基本应用二极管是由结构成的半导体器件，具有单向导二极管的关键参数包括二极管的主要应用领域PN电的特性当正向偏置时区接正，区接负，P N•最大正向电流二极管能承受的最大•整流将交流电转换为单向脉动直流电IFmax外加电压抵消了结区内建电场，使二极管导通；当持续正向电流•开关快速切换电路状态反向偏置时，外加电场增强了结区内建电场，扩大空间电荷区宽度，使二极管截止•最大反向电压VRmax二极管能承受的最•限幅限制信号幅度大反向电压，超过此值会发生击穿•检波从调制信号中提取信息实际二极管的伏安特性曲线呈非线性关系，存在正•正向压降二极管导通时的电压降VF向导通电压硅约，锗约超过此电压•保护防止反向电流或过电压损坏敏感元件

0.7V

0.3V•反向漏电流二极管反向偏置时流过的微小后，电流随电压增加迅速上升；反向电压增大到一IR电流定程度会发生击穿•结电容二极管结的电容，影响高频特CJ PN性常用二极管类型与特性二极管根据其结构和功能可分为多种类型，每种类型都有其独特的特性和应用领域整流二极管主要用于电源电路中将交流转换为直流；稳压二极管（又称齐纳二极管）利用反向击穿特性提供稳定参考电压；发光二极管（）将电能转换为光能；肖特基二极管具有极低的正向压降和极快的开关速度；变容二极管利用结电容随LED反向电压变化的特性用于电子调谐不同类型二极管的选型需考虑工作电压、电流范围、频率特性、温度特性等多方面因素正确理解各类二极管的典型曲线和工作特点，是设计可靠电路的基础三极管基础与结构三极管的基本结构三极管的基本工作状态三极管（晶体管）是由两个结组成的三层半导体结构，包括三极管有三种基本工作状态PN发射区、基区和集电区基区非常薄，夹在发射区和E BC截止状态当基极电流很小或为零时，集电极电流几乎

1.IB IC集电区之间根据半导体掺杂类型不同，三极管分为型和NPN为零，三极管相当于断开的开关型两种PNP放大状态当基极电流适中时，集电极电流与基极电流

2.IC IB型三极管由型半导体夹在两个型半导体之间构成，电流NPN PN成比例关系，三极管可以作为放大器使用主要由电子承担；型由型半导体夹在两个型半导体之间PNP NP饱和状态当基极电流较大时，集电极电流达到最大值并不

3.构成，电流主要由空穴承担两种类型工作原理相似，但极性相再随基极电流增加而增加，三极管相当于闭合的开关反三极管的这些特性使其能够在电子电路中既可以作为放大器，又可以作为开关使用，是最基本也最重要的有源器件之一三极管工作特性静态特性曲线描述三极管三个电极间电流与电压的关系放大特性小信号条件下，为放大倍数IC=βIBβ开关特性在截止和饱和状态间快速切换三极管的输入特性曲线表示基极电流与基极发射极电压的关系当小于开启电压（硅管约）时，基极几乎不导通；超过开启电压后，基极电IB-VBE VBE

0.7V流随电压增加而迅速增大输出特性曲线表示集电极电流与集电极发射极电压的关系，在不同基极电流条件下呈现出一系列曲线每条曲线大致分为三个区域饱和区、放大IC-VCE IB区（又称线性区）和截止区在放大区，近似与成正比，但与关系不大IC IBVCE理解三极管的特性曲线对正确设计放大电路和开关电路至关重要放大电路通常工作在线性区，选择合适的静态工作点；而开关电路则在截止区和饱和区之间切换，追求快速响应和低功耗运算放大器简介运算放大器基本结构理想运放的五大假设运算放大器是一种具无穷大的开环增益；无穷大Op-Amp

1.

2.有高增益的差分放大器，通常有两的输入阻抗；零输出阻抗；

3.

4.个输入端（同相输入和反相输入）零偏置电流；无穷大的带宽

5.和一个输出端现代运放多为集成实际运放与理想运放存在差距，但电路形式，内部结构复杂，但使用在大多数应用中可以近似为理想运简便放负反馈原理运放通常与负反馈网络一起使用，形成闭环系统负反馈降低了增益，但提高了稳定性、线性度和带宽，减小了失真和噪声这使得运放成为精密模拟电路的理想选择虽然理想运放是假设的，但现代运放性能已经非常接近理想状态例如，高性能运放的开环增益可达以上，输入阻抗超过欧姆，输出阻抗小于欧姆在实1061012100际应用中，需考虑运放的带宽、转换速率、输入偏置电流、输入失调电压等参数，以及电源噪声、温度漂移等因素的影响运算放大器典型应用运算放大器是模拟电路设计中最常用的构建模块之一，具有多种典型应用反相放大器将输入信号反相并放大，增益由反馈电阻与输入电阻比值决定，；同相A=-Rf/Rin放大器保持信号相位不变，增益为；加法器可将多个输入信号进行加权求和；差分放大器仅放大两输入信号的差值，是仪表放大器的基础A=1+Rf/Rin运算放大器还能构建各种功能电路，如积分器和微分器，分别用于信号的积分和微分运算；比较器用于比较两个信号的大小；对数和指数放大器实现非线性信号处理；电压跟随器（增益为的同相放大器）用于阻抗匹配和缓冲基于运放的虚短和虚断特性，还可以设计精密整流器、峰值检测器、电压控制电流源等专用电路1基本电路定律一欧姆定律×U=I R基本公式电压等于电流乘以电阻I=U/R电流计算电流等于电压除以电阻R=U/I电阻计算电阻等于电压除以电流×P=U I功率计算功率等于电压乘以电流欧姆定律是电路分析的基础，它描述了电压、电流和电阻三个物理量之间的关系该定律由德国物理学家乔治西门欧姆于年提出，通过实验··1827发现导体中的电流与两端电压成正比，与电阻成反比在串联电路中，总电阻等于各电阻之和总；电流处处相等，而电压按电阻比例分配在并联电路中，总电阻的倒数等于R=R1+R2+...+Rn各电阻倒数之和总；电压处处相等，而电流按电阻导纳比例分配理解这些基本规律对分析复杂电路至关重1/R=1/R1+1/R2+...+1/Rn要基本电路定律二基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电压定律KCL KVL基尔霍夫电流定律又称为节点定律，它指出在任何节点或封基尔霍夫电压定律又称为回路定律，它指出在任何闭合回路闭区域，所有进入该节点的电流之和等于所有离开该节点的电中，所有电压降的代数和等于零，或者说，所有电源的电动势等流之和于所有电压降的和数学表达式数学表达式∑Ii=0∑Vi=0也可理解为流入节点的电流为正，流出节点的电流为负，所有也可理解为沿顺时针或逆时针方向，电源的电动势为正，电电流代数和为零阻上的电压降为负，所有电压代数和为零反映了电荷守恒定律，因为电流表示单位时间内流过的电荷反映了能量守恒定律，因为电荷在完整回路中运动后回到原KCL KVL量，而节点不能积累电荷点，其势能变化为零基尔霍夫定律与欧姆定律结合，构成了分析复杂电路的理论基础对于含有个节点的电路，可以列出个独立的方程；对于n n-1KCL含有个支路和个节点的电路，可以列出个独立的方程通过联立这些方程，即可求解电路中的电压和电流b n b-n+1KVL电路等效变换星形三角形变换-串并联等效三角形到星形Ra=串联电阻₁₂，并R=R+R+...+Rₙ₁₂₁₂₃，星形到三角R R/R+R+R联电阻₁₂1/R=1/R+1/R+...+形₁R=RaRb+RbRc+RcRa/Rc1/Rₙ电源等效变换型型变换T-π电压源串联电阻等效于电流源并联电阻，I=用于高频电路中的网络匹配和阻抗变换V/R电路等效变换是简化电路分析的重要技术通过等效变换，可以将复杂的网络结构转换为更简单的形式，而不改变外部特性这些变换基于网络理论，能有效减少计算量特别地，星形三角形变换变换是处理某些无法用简单串并联简化的网络的有力工具该变换保持等效点之间的阻抗不变，但改变了网络的拓-Y-Δ扑结构在三相系统和桥式网络分析中尤为有用线性电路与非线性电路线性电路特性非线性电路特性线性电路是由线性元件（恒定参数的电阻、电容、电感等）组成的非线性电路包含至少一个非线性元件（如二极管、晶体管等），其电路，满足叠加原理和比例原理特性曲线非直线叠加原理当电路中有多个激励源时，任一响应等于各激励源单独非线性电路不满足叠加原理和比例原理，输出与输入的关系复杂，作用时产生的响应之和可能出现谐波、互调失真、混沌等现象比例原理输出与输入成正比，输入放大倍，输出也放大倍非线性电路的数学模型是非线性微分方程，求解困难，常需使用图k k解法、分段线性化、小信号等效等方法近似分析线性电路的数学模型是线性微分方程，具有唯一解，分析方法成熟实际应用中，完全的线性电路是理想化的模型大多数电路元件在一定范围内可以近似为线性，超出范围则表现为非线性例如，电阻在高温下电阻值会变化；运算放大器在信号过大时会产生削波失真线性分析是电路理论的基础，但非线性特性在许多应用中也是必需的例如，调制解调、信号产生、波形整形、开关电源等功能都依赖于元件的非线性特性理解线性与非线性的区别及适用范围，对电路设计和分析至关重要电路的源等效变换戴维南定理任何线性电路等效为电压源串联等效电阻诺顿定理任何线性电路等效为电流源并联等效电阻互相转换3戴维南和诺顿等效电路可互相转换戴维南定理指出，对于任何包含线性元件、独立源和依赖源的电路，从外部端子看，可以等效为一个电压源和一个串联电阻其中是端子开路时VTh RThVTh的电压，是将所有独立源置零（电压源短路，电流源开路）后从端子看入的等效电阻RTh诺顿定理指出，上述电路也可等效为一个电流源和一个并联电阻其中是端子短路时的电流，值与戴维南等效电阻相同两种等效电路的关系为IN RNIN RN×VTh=IN RTh源等效变换简化了电路分析，特别适用于研究电路的负载特性、最大功率传输条件等问题在解决桥式网络、多源网络等复杂电路时尤为有用值得注意的是，等效电路只保证外部端子的电压电流关系不变，内部结构可能完全不同-节点电压与回路电流分析法确定参考节点（接地点）1选择一个节点作为参考节点（通常选电路中连接支路最多的节点），电位定义为零标记未知电压电流/节点分析标记除参考节点外的所有节点电压；回路分析标记每个独立回路的电流列写方程节点分析应用列方程；回路分析应用列方程KCL KVL求解方程组解线性方程组获得所有未知量，进一步求解其他参数节点电压法是基于的分析方法，将所有节点电压作为未知量对于有个节点的电路，只需求解KCL n个独立方程该方法特别适用于节点数少于回路数的电路，以及包含电压源的电路当电路中存n-1在电压源时，可以减少未知量，降低计算复杂度回路电流法（网孔电流法）是基于的分析方法，将所有基本回路电流作为未知量对于包含个KVL b支路和个节点的平面电路，需求解个独立方程该方法特别适用于回路数少于节点数的电nb-n+1路，以及包含电流源的电路超节点和超回路技术可以进一步简化分析过程叠加定理的应用保留一个源每次只保留一个独立源，将其他独立源置零（电压源短路，电流源开路）计算部分响应计算当前保留源单独作用时的电路响应（如电压或电流）重复计算对电路中的每个独立源重复以上步骤叠加结果将所有部分响应代数和作为最终响应叠加定理是分析多源线性电路的有力工具，它将复杂问题分解为多个简单问题该定理指出线性电路中任何一个响应（电压或电流）等于每个独立源单独作用时所产生的同一响应的代数和应用叠加定理有几个关键限制首先，它仅适用于线性电路，对于非线性电路（如含有二极管、晶体管的电路）不适用；其次，它只适用于响应与激励成正比的量（如电压、电流），不适用于功率等非线性量，因为功率与电压电流的乘积成正比另外，当电路中独立源较多时，计算量也会增加功率计算与最大功率传输定理电路功率计算最大功率传输定理电路中功率的基本计算公式当负载电阻等于源的内阻时，负载获得的功率最大这一原理适用于信号传输•电阻元件P=I²R=V²/R=VI等应用场景在这种匹配条件下•电感元件瞬时功率，平P=VI均功率为零•最大功率Pmax=V²/4R=I²R/4•效率•电容元件瞬时功率，平η=50%P=VI均功率为零•内外电压平分负载内阻V=V=V/2在交流电路中，还需考虑功率因数，有功功率cosφP=VIcosφ最大效率传输对于能量传输系统（如电力系统），目标是最大效率而非最大功率此时•理想情况负载电阻远大于源内阻•实际设计尽量减小线路损耗•应用变压器匹配、高压输电等一阶电路动态响应电路响应特性电路响应特性RC RL电路由电阻和电容组成，是最基本的一阶电路当施加阶电路由电阻和电感组成，是另一种基本一阶电路当施加RC RC RLR L跃输入（如突然接通电源）时，电容两端电压不能突变，而是按阶跃输入时，电感中的电流不能突变，而是按指数规律逐渐变指数规律逐渐变化化充电过程建立过程vct=V1-e-t/RC iLt=I1-e-Rt/L放电过程衰减过程vct=V·e-t/RC iLt=I·e-Rt/L其中称为时间常数，表示电压变化到最终值的所需其中称为时间常数，表示电流变化到最终值的所需RCτ

63.2%L/Rτ

63.2%的时间经过时间，电路基本达到稳态（约）的时间电路的时间常数意义与电路相同5τ

99.3%RL RC一阶电路的动态响应分析对理解电子系统的暂态行为至关重要在实际应用中，电路常用于定时、滤波、耦合等场合；电路常RC RL用于扼流、储能、感应等场合理解时间常数概念有助于设计满足特定时间响应要求的电路，如信号延时、脉冲整形等一阶电路常见波形响应阶跃响应输出从零开始按指数规律上升下降到稳态值/冲激响应输出呈指数衰减，是系统的特征响应方波响应输出呈指数充放电的组合，形成锯齿状波形正弦响应输出为幅值衰减、相位偏移的正弦波一阶电路对不同输入波形的响应特性各不相同阶跃响应最为基础，展示了电路的基本暂态行为冲激响应是系统的单位冲激响应函数，它反映了系统的固有特性，通过它可以预测系统对任意输入的响应（卷积定理）当输入为方波信号时，电路经历反复的充放电过程如果方波周期远大于时间常数，输出接近完全充放电；如果周期小于时间常数，输出将形成不完全充放电的锯齿波形当输入为正弦波时，输出也是正弦波，但幅值和相位会发生变化，这种变化与频率有关，是频率响应分析的基础二阶电路与谐振电路构成能量转换RLC二阶电路包含两个储能元件电感储存磁场能能量在电感与电容之间周期性转换，形成振荡现L量，电容储存电场能量象C2品质因数谐振条件值表示谐振电路的锐利度，越高，带宽越在谐振频率₀处，电感与电容阻抗Q Qω=1/√LC窄，选择性越好相等且互相抵消电路有串联和并联两种基本形式串联电路在谐振时呈现最小阻抗（纯电阻），电流达到最大值；并联电路在谐振时呈现最大阻抗，电流达到最RLC RLCRLC小值两种电路的谐振频率相同，但特性互补品质因数是衡量谐振电路性能的重要参数，定义为储存能量与每周期损耗能量的比值对于串联谐振电路，₀₀；对于并联谐振电路，Q Q=ωL/R=1/ωCR₀₀高值电路的暂态响应衰减慢，频率响应曲线尖锐，带宽窄₀，适合频率选择性应用；低值电路的暂态响应迅速稳定，Q=RωC=R/ωL QBW=ω/Q Q频率响应平坦，带宽宽，适合宽带应用频率特性基础知识幅频特性相频特性分贝表示法幅频特性描述了电路对不同频率正弦信号相频特性描述了输出信号相对于输入信号分贝是表示信号强度比值的对数单dB的幅值响应能力，通常以分贝表示的相位差与频率的关系相位特性对信号位电压增益dB GdB=幅频曲线的形状反映了电路的选频特性，完整性有重要影响，尤其在音频、视频和₁₀；功率增益20log Vout/Vin PdB如通带、阻带、截止频率等在放大器设通信系统中线性相位特性（相位与频率₁₀分贝表示法使=10log Pout/Pin计中，重点关注带宽和平坦度成线性关系）能保证信号波形不失真小信号和大信号的变化在同一图表上清晰可见，且使级联系统的增益计算简化为加法电路正弦稳态响应分析相量表示将正弦量vt=Vmsinωt+φ表示为复数相量V̅=Vme^jφ，简化分析阻抗计算电阻RZ̅R=R；电感LZ̅L=jωL；电容CZ̅C=1/jωC应用电路定律使用欧姆定律和基尔霍夫定律，但所有量为相量形式转换回时域求得相量结果后，转换回实际时域波形相量法是分析正弦稳态电路的强大工具，它将时域中的微分方程转换为频域中的代数方程，大大简化了计算过程在相量分析中，电路中的每个正弦量都表示为一个复数相量，包含幅值和相位信息复阻抗Z̅=R+jX是描述元件在交流电路中阻碍电流能力的复数，其中实部R为电阻，虚部X为电抗电抗又分为感抗（正值）和容抗（负值）串联电路的总阻抗为各阻抗之XL=ωL XC=1/ωC和，并联电路的总导纳Y̅=1/Z̅为各导纳之和滤波器基础常用有源与无源滤波器无源滤波器有源滤波器无源滤波器仅由无源元件（电阻、电容、电感）构成，不需要外部电有源滤波器在无源元件基础上增加了有源元件（如运算放大器），需源要外部电源供电滤波器由电阻和电容组成，结构简单，成本低，但滚降率有限优点可提供增益（不仅是衰减）；可实现高值而无需电感；阻抗RC Q（），无法实现高值常用于简单的高低通滤隔离好，级联容易；可实现复杂的传递函数-20dB/decade Q/波滤波器由电阻和电感组成，使用较少，因为电感体积大、成本缺点需要电源；带宽受运放限制；可能引入噪声和失真RL高、易受磁干扰常见的有源滤波器类型包括滤波器（最平坦的通Butterworth滤波器由电感和电容组成，能形成谐振电路，可实现陡峭的过带）；滤波器（在通带允许波纹，换取更陡峭的过渡LC Chebyshev渡带，但需要阻抗匹配，否则性能会劣化常用于和电源滤波带）；滤波器（保持线性相位，群延迟恒定）；椭圆滤波器RF Bessel（通带和阻带都有波纹，但过渡带最陡）石英晶体滤波器是一种利用压电晶体机械谐振特性的特殊滤波器，具有极高的值（可达以上）和极窄的带宽，广泛用于精确频率控Q10,000制、选择和稳定在现代通信设备中，常见（表面声波）滤波器和（薄膜体声波谐振器）滤波器，它们利用声波特性实现了小型化SAW FBAR和高性能滤波反馈与振荡原理反馈基本概念反馈是将系统输出的一部分返回到输入端的过程系统的总增益变为，其中为开A=A/1-AβA环增益，为反馈系数正反馈增大系统增益，可能导致不稳定；负反馈减小系统增ββ0β0益，但提高稳定性和线性度负反馈特性负反馈广泛应用于放大器设计，可显著改善系统性能增益稳定性提高，对元件参数变化不敏感；带宽增加；失真减小；输入输出阻抗改变（串联负反馈增大输入阻抗，并联负反馈减小输出阻抗）正反馈与振荡振荡器通过正反馈产生持续的周期信号根据巴克豪森判据，当环路增益且相移为°或|Aβ|≥10°的整数倍时，系统将持续振荡振荡频率由电路中的储能元件（电感、电容）决定360振荡器是电子系统的重要组成部分，用于产生周期性信号振荡器的起振条件是环路增益且相|Aβ|1位满足条件；而稳定振荡条件是实际设计中，通常使环路增益初始值略大于，通过自动增益控|Aβ|=11制机制，使系统在处稳定工作|Aβ|=1振荡器的频率稳定性是关键性能指标，受温度、电源、负载等因素影响提高稳定性的方法包括使用高值元件；恒温控制；电源稳压；采用特殊电路拓扑结构等现代电子系统中，基于晶体、陶瓷谐振器的Q振荡器因其高稳定性和低成本而广泛应用常用正弦波振荡电路振荡器振荡器RC LC振荡器使用电阻和电容作为频率选振荡器利用电感和电容构成的谐振RC LC择网络，主要用于低频应用（音频范回路，适用于高频应用主要类型包围）常见类型包括维恩桥振荡器括科尔皮兹振荡器（电容三点（相移为°的带通网络）；移相振荡式）；哈特莱振荡器（电感分压0器（三级网络提供°相移）；式）；克拉普振荡器（电容分压RC180双振荡器（使用两个型网式）振荡器的频率稳定性受元件T TRC LC络）振荡器结构简单，但频率稳温度系数和值影响，一般优于振RC QRC定性较差荡器但不如晶体振荡器晶体振荡器晶体振荡器使用石英晶体作为频率控制元件，具有极高的频率稳定性（可达量10^-6级）常见类型有皮尔斯振荡器；科尔皮兹晶体振荡器；巴特勒振荡器石英晶体的等效电路包含一个极高值的串联谐振电路，使其具有非常窄的通带，从而保Q RLC证频率精度振荡电路的设计关键在于正确设置反馈网络，使其在特定频率满足振荡条件实际设计中需要考虑频率稳定性、谐波失真、输出幅度稳定性等多方面因素为了稳定输出幅度，通常采用自动增益控制（）机制，如使用热敏电阻、二极管限幅等AGC开关电路基本原理理想开关特性机械开关与继电器理想开关具有两种状态导通状态电阻为机械开关通过物理接触实现通断，具有低零，截止状态电阻为无穷大实际开关存导通电阻和高隔离度，但寿命有限、速度在导通电阻、泄漏电流、开关延时等非理慢继电器是利用电磁原理控制的机械开想特性开关的关键参数包括导通电关，可实现小信号控制大功率负载，具有阻、截止电阻、最大电流电压、开关时完全电气隔离的优点，但体积大、响应慢/间、功耗等（毫秒级）、存在触点弹跳等问题半导体开关半导体开关具有高速、长寿命、无弹跳等优点，主要包括晶体管（，工作在饱和截BJT/止状态）；场效应管（，具有极高输入阻抗和低导通电阻）；绝缘栅双极晶体管MOSFET（，结合和优点）；晶闸管（，可控硅，单向导通）；双向可控硅IGBT BJTMOSFET SCR（，双向导通）TRIAC开关电路是电子系统中实现控制功能的基础，应用极其广泛在数字电路中，开关是实现逻辑功能的基本单元；在电源电路中，开关用于电能变换和控制；在信号处理中，开关用于信号路由和采样选择合适的开关器件，需要综合考虑电压电流范围、开关速度、驱动要求、隔离需求、/成本等因素电源与稳压电路基础电源基本组成电子设备的电源系统通常包括变压器（调整电压等级，提供隔离）；整流器（将交流转换为脉动直流）；滤波器（平滑脉动直流）；稳压器（提供稳定的输出电压）；保护电路（过流、过压保护）根据工作原理不同，电源分为线性电源和开关电源两大类线性稳压电源线性电源通过线性调整元件（如三极管）控制电压降，将多余能量以热量形式消耗特点是输出纹波小，噪声低；响应速度快；电路简单；效率低（通常）；体积大，发热多常用线性稳压器件包括齐纳二极管稳压电路30%-60%（简单但调整率差）；三端集成稳压器（如系列，使用方便）78xx/79xx开关电源开关电源通过高频开关元件（如）控制能量传输，将输入电压切割MOSFET成高频脉冲，然后通过变压器和整流滤波获得稳定输出特点是效率高（可达）；体积小，重量轻；发热少；电路复杂；可能产生电磁80%-95%干扰；输出纹波相对较大主要拓扑结构包括降压型、升压型Buck、升降压型、全桥型等Boost Buck-Boost模拟、数字集成电路简介集成电路基础常见集成电路类型集成电路是将多个晶体管、电阻、电容等元件集成在单个半模拟处理连续变化的信号，包括运算放大器、电压调节器、IC IC导体芯片上的微型电子电路根据集成度不同，分为小规模音频视频处理器、射频收发器等典型产品如（通用/LM

358、中规模、大规模和超大规模集成电运放）、（线性稳压器）、（定时器）等SSI MSILSI VLSILM7805NE555路现代芯片可集成数十亿个晶体管，复杂度极高数字处理离散数字信号，包括微处理器、微控制器、存储IC按功能和信号类型，集成电路主要分为模拟、数字和混合信器、逻辑门、总线驱动器等典型产品如处理器、IC ICIntel/AMD号三大类不同类型的设计理念、工艺要求和应用场景各不微控制器、系列逻辑芯片等IC ICAtmel/ST74相同混合信号同时包含模拟和数字电路，如转换器、IC ADC/DAC锁相环、开关电源控制器等这类芯片设计最为复杂，需要PLL同时满足模拟和数字电路的要求集成电路的封装形式多种多样，从传统的（双列直插式封装）到现代的（表面贴装封装），如、、等不同DIP SMDSOIC QFPBGA封装具有不同的引脚数量、散热性能和空间占用识别芯片通常通过其顶部标记的型号、厂商代码和生产批次信息，结合数据手册可确定其功能和引脚定义常见干扰与电路抗干扰设计干扰源识别电磁干扰主要来源于开关电源的高频开关；数字电路的时钟和边沿跳变；电机、继电EMI器等感性负载；外部电磁场（如无线电发射器）；电网瞬态（如雷击、大功率设备启停）；静电放电等ESD干扰传播途径干扰传播主要通过三种方式传导耦合（通过导体直接传播）；容性耦合（通过寄生电容传播）；感性耦合（通过磁场互感传播）；辐射耦合（通过电磁波传播）抗干扰措施有效的抗干扰设计需从源头、传播路径和接收端三方面综合考虑常用措施包括屏蔽（金属外壳、屏蔽线缆）；滤波（去耦电容、滤波器）；接地设计（单点接地、多点接地、混合EMI接地）；布线优化（避免环路、减小环路面积）；隔离（光电隔离、变压器隔离）在设计中，抗干扰措施尤为重要数字和模拟电路应分区布局；关键信号线应避免平行走线；高速信号线PCB应考虑阻抗匹配和终端匹配；地平面应尽量完整；去耦电容应靠近芯片电源引脚；信号返回路径应考虑最小环路面积原则此外，对于高频电路，地平面隔离、微带线设计、差分信号等技术也经常使用抗静电设计也是电子设备可靠性的关键静电放电可能导致敏感器件损坏或工作异常常用保护措施包ESD括保护二极管；管；缓冲电路；多级保护等在生产和使用环节，还需要防静电工作台、防静ESD TVSRC电腕带、防静电包装等配套措施电路热设计与散热热管理基础散热技术应用电子元器件工作时产生的热量需要有效散出，否则会导致温度升高，常用散热技术包括影响性能甚至损坏器件温度每升高℃，半导体器件的可靠性通10•被动散热散热片、散热板、热导管常会下降左右热管理的基本原理是熟悉热传导途径和散热机50%制，合理设计散热系统•主动散热风扇、液体冷却、热电制冷•热界面材料导热硅脂、导热胶、导热垫热传递有三种基本方式散热设计步骤通常包括•传导热量通过物质内部直接传递计算器件功耗和允许温升•对流热量通过流体流动传递

1.确定散热系统的热阻要求•辐射热量以电磁波形式传递

2.选择合适的散热方案

3.电子设备散热主要依靠前两种方式，而辐射在一般情况下占比较小通过仿真或测试验证设计

4.对于高功率器件（如功率、、功率放大器等），散热MOSFET CPU设计尤为关键现代高性能计算设备常采用多种散热技术组合，如热管散热片风扇的组合散热方案++电路安全与防护多层防护策略保护电路需要多级防护措施共同作用1过压保护技术、、气体放电管、稳压二极管TVS MOV过流保护技术保险丝、、电子限流PTC接地与隔离设计4安全接地、功能接地、光电隔离物理防护与安全标准防护外壳、警示标识、认证测试电路的安全与防护是电子设备设计中不可忽视的环节过压保护设计通常采用多级保护策略第一级采用气体放电管或（金属氧化物压敏电阻）等大能量吸收元件；第二级采用MOV TVS（瞬态电压抑制）二极管等快速响应元件；第三级采用精密稳压二极管等精细保护元件不同级别保护元件的响应时间和能量吸收能力互为补充接地系统设计对电路安全至关重要安全接地（又称保护接地）连接设备金属外壳，保护人身安全；功能接地用于电路正常工作；屏蔽接地用于减少电磁干扰在设计中要避免接地环路，防止形成干扰通道对于高精度模拟电路，还需考虑隔离地、星形接地等特殊技术电子测量基础万用表使用示波器应用信号源使用万用表是最基本的电子测量示波器是观察信号波形的关信号发生器用于产生各种测仪器，可测量电压、电流、键工具，能直观显示电压随试信号，如正弦波、方波、电阻、电容、频率等参数时间变化的关系使用示波三角波、脉冲等使用时需使用时要注意选择正确的量器需掌握触发设置、时基调设置正确的频率、幅值、偏程和测量模式，电流测量需节、电压档位选择等基本操置和输出阻抗函数发生器串联，电压测量需并联，使作现代数字示波器还具有主要用于低频应用，而射频用前要检查表笔和保险丝状自动测量、分析、波形信号源用于高频测试任意FFT态数字万用表具有高阻抗存储等高级功能正确选择波形发生器可产生用户定义输入特性，适合现代电路测探头（无源有源）和设置的复杂波形，适合特殊测试/量补偿对测量精度至关重要需求电路测试通常遵循一定的流程首先进行目视检查，排除明显的焊接问题和元件损坏；然后测量电源电压，确保供电正常；接着测量关键点静态电压，与理论值比较；最后在不同测试点观察动态信号波形对于复杂电路，还需按功能模块逐一排查，采用信号注入和信号跟踪方法定位故障印刷电路板设计基础PCB印刷电路板是电子元器件的支撑体，提供电气连接和机械固定的基本结构包括基板（通常为环氧玻璃纤维）、铜箔导电层、阻焊层和丝印层根据层PCB PCBFR-4数，分为单面板、双面板和多层板多层板中的内层通常用作电源和地平面，有助于降低阻抗和减少电磁干扰PCB设计流程从原理图绘制开始，通过网表转换到布局布线设计过程需考虑多方面因素元器件布局要遵循功能分区和信号流向原则；布线需考虑线宽、间距、阻PCB PCB抗匹配等要求；关键信号应避免串扰；电源和地需合理布置设计完成后，通过（设计规则检查）验证，然后生成制造文件（文件、钻孔文件等）交付厂商生DRC Gerber产常见电路故障与排查方法故障类型分析电子电路的常见故障类型包括硬故障电路完全无法工作，如短路、断路、元件损坏软故障电路部分功能异常，如性能下降、偶发错误间歇性故障故障不稳定，在特定条件下出现，难以重现温度相关故障随温度变化出现或消失的故障老化故障元件参数随时间恶化导致的性能下降不同类型故障需采用不同的排查策略和工具系统排查策略电路故障排查通常采用以下方法对比法与正常工作的电路进行参数和性能比较分段法将电路分为几个功能模块逐一检查替换法用已知良好的元件替换可疑元件信号跟踪法沿信号流向测量各点信号，找出异常点半分法将系统对半分，确定故障区域，再细分排查排查过程需保持逻辑性和系统性，避免随意性和主观臆断详细记录测量数据和操作步骤，有助于找出规律，提高效率常用排查工具常用的故障排查工具和技术基本测量仪器万用表、示波器、逻辑分析仪热成像检测异常发热点，快速定位短路或过流故障射线检测检查等隐藏焊点的质量X BGA自动测试设备进行批量测试和复杂功能验证ATE边界扫描技术检测数字电路互连故障故障排查是技术与经验的结合，需不断积累和总结建立故障案例库有助于提高后续故障排查效率简单放大电路实例讲解电路拓扑静态工作点共射极放大电路是三极管最基本的放大电路形通过、等偏置电阻确定点，使三极管工RC REQ式，具有电压增益高、输入输出阻抗适中的特/2作在放大区的适当位置点温度稳定性交流特性采用发射极电阻提供负反馈，改善温度稳定小信号条件下，电压增益，其中RE Av≈-RC/re re性，但降低增益为发射极交流等效电阻共射极放大电路由输入电容、基极偏置电阻和、发射极电阻（常与旁路电容并联）、集电极负载以及输出电容组成偏置电阻确定静态C1R1R2RE CERC C2工作点，使三极管在线性区域工作；耦合电容阻断直流，传输交流信号；旁路电容在保留直流负反馈的同时，旁路交流负反馈，提高增益该电路的设计要点包括选择合适的静态工作点，保证足够的信号摆幅；考虑温度稳定性，通常使集电极电流温度系数小于℃；确保足够的带宽，考虑各2%/电容对频率响应的影响；评估失真和噪声性能实际设计中，可通过添加射极跟随器、多级放大等方式优化性能，满足特定应用需求简单振荡电路实例维恩桥振荡器频率调节维恩桥振荡器是一种使用网络作为频率振荡频率可通过改变值调整为保持振RC RC选择元件的正弦波振荡器，具有良好的波形荡条件，或应同时变化实R1=R2C1=C2质量其核心是一个由并联和际电路中，常采用双联电位器同时调节R1C1R2C2R1串联组成的维恩桥网络，当和和；或使用压控电阻（如）实现电R1=R2R2JFET时，在频率处，网络压控制频率调整对于宽范围频率可调振荡C1=C2f=1/2πRC提供°相移和的衰减搭配增益为器，通常采用多档选择加微调的方式01/33RC的非反相放大器，即可满足振荡条件幅度稳定振荡器需要精确控制增益以维持稳定振荡常用方法包括使用热敏电阻实现自动增益控制；采用反向并联二极管限幅；使用作为电压控制电阻现代设计中，常采用峰值检波和积分环路FET控制增益，保证稳定的输出幅度和低失真度维恩桥振荡器在音频测试设备、信号发生器等领域有广泛应用实际设计中需注意几个关键参数频率稳定性（受元件温度系数和电源稳定性影响）；输出波形失真（理想情况下）；频率范围（典THD

0.1%型设计可覆盖）；输出幅度稳定性（理想情况下波动）10Hz-100kHz1%调试振荡电路时，首先确认放大器工作正常；然后调整反馈网络直到开始振荡；最后微调增益控制电路获得稳定输出常见故障包括不振荡（增益不足或相位不满足条件）、振荡不稳定（增益控制不当）和波形失真（过大信号导致非线性失真）信号处理基础应用信号调理基础将原始信号转换为适合后续处理的形式滤波处理去除不需要的频率成分，提高信噪比信号整形调整信号幅度和时间特性，满足系统要求信号处理是电子系统的核心功能之一，将传感器获取的原始信号转换为有用信息以温度测量系统为例，热电偶产生的微弱电压信号（约℃）首40μV/先需经过放大（通常使用低噪声仪表放大器，增益约倍），将信号提升到可处理范围；然后通过低通滤波器去除高频噪声；接着进行线性化处理，1000补偿热电偶的非线性特性；最后进行模数转换，输入到数字系统相比之下，音频处理系统采用不同的处理链麦克风拾取的声音信号首先经过前置放大，然后通过多级带通滤波器分离不同频段；各频段可能独立进行动态压缩处理，控制动态范围；再通过混合网络重新合成，形成期望的音频效果两个例子展示了信号处理的通用原则和针对特定应用的差异化设计数字电子技术简介基本逻辑门电路触发器与时序电路数字集成电路数字电路的基本单元是逻辑门，包括与门触发器是带有记忆功能的基本存储单元，现代数字系统主要基于集成电路实现常、或门、非门、与非门能保持状态直至收到改变指令常见类型见数字系列包括系列、AND ORNOT ICTTL74xx、或非门、异或门包括触发器、触发器、触发器等系列、等这些芯NAND NORXOR DJK TCMOS40xx74HCxx等这些门电路可以由晶体管实现，工作它们是构建寄存器、计数器、状态机等时片集成了从简单逻辑门到复杂功能模块的在截止和饱和两种状态利用布尔代数规序电路的基础时序电路的工作依赖时钟各种电路现代和则提供了FPGA CPLD则，可以实现任意复杂的逻辑功能，如多信号控制，输出不仅与当前输入有关，也可编程逻辑阵列，使用户能通过硬件描述路选择器、编码器解码器等与先前状态有关语言定义自定义数字电路功能/HDL模拟与数字混合集成应用电子电路在通信中的应用信号采集传感器转换物理信号为电信号信号调理放大、滤波、整形调制载波加载信息发射接收信号传输与接收解调提取原始信息通信系统是电子电路的重要应用领域，典型的通信链路包含多个关键环节以无线电通信为例，发射端首先通过麦克风等传感器采集原始信号；经过前置放大和滤波后，信号被调制到高频载波上（如调幅、调频或数字调制如）；调制信号经过功率放大后馈入天线发射；接收端天线捕获信号后，经低噪声放大器放大；然后通过混频器、中频放大器和滤波器进行处理；最后通过解调AM FMQPSK LNA器提取原始信息现代通信设备如智能手机中，上述功能主要由专用集成电路实现射频前端包括功率放大器、低噪声放大器、混频器等模拟电路；基带处理则通过和等数字电路实现通信系统的PA LNADSP FPGA设计需权衡多方面因素带宽与传输速率、功耗与传输距离、复杂度与成本等随着等新技术发展，通信电路面临更高频率、更宽带宽、更低延迟的挑战5G物联网与智能硬件中的电路物联网设备和智能硬件的电路设计强调低功耗、小体积和连接性典型的节点包含几个核心部分传感器接口电路负责采集物理世界IoT IoT信息，如温度、湿度、光线、压力等，对微弱信号进行调理和转换；微控制器作为核心处理单元，管理数据采集和处理，通常采用低功耗设计，支持多种休眠模式；无线通信模块实现设备间数据传输，常见协议包括、蓝牙低功耗、、等；电源管理电路则确WiFi BLEZigBee LoRa保系统高效使用能源以智能可穿戴设备为例，心率监测模块使用光电传感器检测血流变化，配合专用模拟前端电路提取微弱心率信号；运动传感器（如加速度计、陀螺仪）通过或接口与主控制器连接；低功耗蓝牙模块使用专门设计的射频电路，在保证通信质量的同时最小化功耗；电池管理系统则I2C SPI整合充电控制、电量监测和电源转换功能，延长电池续航时间这些电路共同工作，形成完整的智能硬件系统电子电路实验与设计项目基础实验内容综合设计项目电子电路课程实验环节是理论与实践结合的关键，帮助学生建立实在掌握基础知识后，学生将参与综合设计项目，培养系统思维和创际操作能力基础实验内容包括新能力典型设计项目包括电子元器件识别与测量实验音频放大器设计从前置放大、音调控制到功率放大的完整系统

1.基尔霍夫定律验证实验

2.电源设计线性稳压或开关稳压电源，具备过流保护功能戴维南定理与叠加定理验证

3.传感器接口系统温度、光线等物理量的采集与处理电路一阶电路响应测量

4.RC/RL信号发生器可产生多种波形，频率可调的测试仪器二极管特性曲线测绘

5.无线遥控系统结合发射和接收电路的完整通信链路晶体管放大电路搭建与测试

6.智能控制电路结合单片机的混合信号系统设计运算放大器应用电路实验

7.滤波器设计与频率响应测量

8.项目设计过程包括方案构思、电路仿真、设计、元器件选PCB振荡器电路设计与调试型、焊接调试、性能测试和文档撰写等环节，全面锻炼学生的工程

9.实践能力数字模拟转换电路实验

10.-课程总结与展望核心知识回顾行业发展趋势通过本课程的学习，我们系统掌握了电子电子技术正经历深刻变革集成电路持续电路的基本原理和分析方法，从基础元件向更小工艺节点发展，量子计算、神经形特性到复杂电路系统，从理论分析到实际态芯片等新技术兴起；功率电子向高效、应用，建立了完整的电子技术知识体系高密度方向演进；柔性电子和可印刷电子这些知识是后续专业课程和实际工作的基扩展了应用场景；人工智能芯片架构创新础，也是理解现代电子产品工作原理的关推动边缘计算发展这些趋势为电子工程键师提供了广阔的发展空间和创新机会后续学习建议电子电路是一门需要不断学习和实践的学科建议同学们继续深入学习数字电路、微处理器与嵌入式系统、高频电路设计等专业课程；同时加强动手实践，参与开源硬件项目，积累实际设计经验；关注前沿技术发展，将理论知识与行业应用相结合，不断提升自己的专业能力电子电路这门学科既有深厚的理论基础，又有广泛的实际应用它是现代信息技术的基石，也是众多高新技术产业的支撑在数字化、智能化的浪潮中，电子工程师的角色愈发重要，需要跨学科知识和创新思维来应对复杂挑战希望通过本课程的学习，同学们不仅掌握了电子电路的基本原理和分析方法，更培养了解决实际问题的能力和持续学习的习惯期待大家在未来的学习和工作中，能够灵活运用所学知识，为电子技术的发展和应用作出自己的贡献！。