《成大电子《模拟电子技术》课件-ch》

《模拟电子技术》课程介绍欢迎来到《模拟电子技术》课程！本课程作为电子工程专业的核心基础课程，将带领同学们深入了解模拟电路的理论与应用从二极管、三极管的基本原理，到各类放大器、振荡器的设计与分析，我们将系统地学习模拟电子技术的关键知识本课程注重理论与实践相结合，通过课堂教学、实验操作和仿真分析，帮助同学们掌握模拟电子技术的基本概念和设计方法不仅要理解各类电路的工作原理，还要能够分析、设计实际应用中的模拟电路系统模拟电子技术发展概述电子管时代晶体管革命集成电路时代数字化趋势世纪初至年代，电子管年晶体管发明后，电子年代后，集成电路技术使数虽然数字电路发展迅猛，但模2050194760作为主要电子元件，体积大、设备体积大幅缩小，功耗降千甚至数百万个元件集成于一拟电路在信号处理、传感器接耗能高，但奠定了电子技术基低，可靠性提高，推动了电子块芯片，极大提高了电子系统口等领域仍不可替代，形成数础技术的普及性能模混合设计趋势电子技术基础知识回顾电压与电流电路基本定律电压是电势差，单位为伏特，表欧姆定律电流与电压成正比，与电V示单位电荷在电场中的势能变化电阻成反比基尔霍夫电流定I=U/R流是电荷定向移动，单位是安培，律节点电流代数和为零基A KCL表示单位时间内通过导体截面的电荷尔霍夫电压定律闭合回路电KVL量压代数和为零基本电路元件电阻限制电流，符合欧姆定律电容储存电荷，阻止直流，允许交流通过，呈现容抗电感储存磁能，允许直流通过，阻止交流，呈现感抗半导体基础知识半导体材料本征半导体常见半导体材料包括硅（）、锗（）和Si Ge纯净的半导体材料，如纯硅晶体，导电性能砷化镓（）等其中硅因丰富、成本低GaAs介于导体与绝缘体之间，温度升高时导电性且性能稳定而成为最广泛使用的半导体材增强料型半导体型半导体P N在纯硅中掺入三价元素（如硼、铝），形成在纯硅中掺入五价元素（如磷、砷），提供缺少电子的空穴，成为空穴为主要载流子多余电子，形成电子为主要载流子的型半N的型半导体导体P二极管的结构与工作原理结构造工作原理PN二极管由型半导体和型半导体结合而成，在接触面形成正向偏置当区接正，区接负时，外加电场与内建电场方向P NPN P N结这个结构使电流只能从区流向区（正向），而阻止从相反，减小了势垒高度，允许多数载流子（电子和空穴）扩散形PNN区流向区（反向）的电流成电流P在结处形成的空间电荷区（耗尽区）是实现单向导电特性的反向偏置当区接负，区接正时，外加电场增强了内建电PN PN关键区域，它阻止了大部分载流子的扩散运动场，势垒增高，几乎没有多数载流子能够穿过结，仅有极小的漏电流存在二极管类型与主要应用整流二极管主要用于交流电转换为直流电的整流电路中，如电源整流典型型号有系列，能承受1N4001-1N4007不同反向电压•大电流整流管用于工业电源•快速恢复二极管用于高频整流稳压二极管利用反向击穿区的稳定电压特性，保持输出电压恒定广泛应用于稳压电源和电压参考电路•常见型号如1N4728-1N4764系列•电压范围从

2.4V到200V不等发光与光电二极管发光二极管将电能转化为光能，用于指示灯、显示屏等光电二极管则相反，将光能转化为电能，LED用于光电检测•LED有多种颜色和亮度选择•光电二极管灵敏度高，响应快三极管的结构与基本原理基本结构工作原理三极管是由两个结组成的三层半导体结构，形成或以型为例，当基极发射极间加正偏置，集电极发射极间PN NPN PNP NPN--两种类型三个区域分别称为发射区、基区和集电区加正电压时，发射区的电子注入到基区由于基区很薄且掺杂浓E B，对应外部三个电极发射极、基极和集电极度低，大部分电子不会与基区空穴复合，而是被集电区的电场吸C引过去，形成集电极电流型中，两个区夹着一个很薄的区；而型则是两个NPN NP PNPP区夹着一个区基区通常很窄，这对三极管的放大作用至关重基极的小电流变化可以控制集电极的大电流变化，这是三极管放N要大作用的物理基础电流放大倍数通常在几十到几百β=Ic/Ib三极管工作区域与特性分析放大区（线性区）基极发射极结正偏，集电极基极结反偏，--Ic≈βIb饱和区两个结都正偏，，用作开关导通状态PN Vce≈

0.2V截止区两个结都反偏，，用作开关关断状态PN Ic≈0三极管的输入特性曲线描述了基极电流与基发射极电压的关系，类似二极管的正向特性输出特性曲线则描述了集电极电流与集电极发射Ib-Vbe Ic-极电压的关系，在不同基极电流下形成一族曲线Vce Ib在放大区工作时，三极管的主要参数包括电流放大倍数、输入电阻、输出电阻和跨导等这些参数决定了三极管作为放大器件的性能值βri rogmβ受温度、频率和集电极电流的影响，在实际电路设计中需要考虑其变化场效应管（）的基本结构FET结型场效应管JFET绝缘栅场效应管MOSFET增强型MOSFET耗尽型MOSFET由半导体沟道和控制结组成，通过在沟道上方有金属栅极，中间隔着氧初始无导电沟道，需要栅极电压形成初始存在导电沟道，栅极电压可增强PN反偏结的空间电荷区宽度控制沟道化层绝缘，通过栅极电场控制沟道导感应沟道，常用于数字电路或减弱沟道，多用于模拟电路PN电流电性场效应管的核心特点是利用电场效应控制电流，与双极型晶体管的电流控制不同场效应管是电压控制型器件，其控制极（栅极）电流极小，具有很高的输入阻抗，通常达到兆欧级别双极型与场效应管对比分析对比项目双极型晶体管场效应管BJT FET控制方式电流控制型器件电压控制型器件输入阻抗中等级非常高级kΩMΩ噪声水平较低较高尤其是低频温度稳定性较差，易受温度影响较好，温度系数小响应速度较快较慢较快MOSFET功率效率中等高特别是功率MOSFET主要应用精密放大、高频电路开关电路、大功率控制双极型晶体管和场效应管各有优缺点，选择使用哪种器件取决于具体应用需求在需要高输入阻抗的场合，如传感器接口电路，场效应管是更好的选择；而在需要精确放大和低噪声的应用中，双极型晶体管表现更佳基本放大电路的组成有源器件直流偏置电路放大电路的核心，提供能量放大功为有源器件提供适当的工作点，确能，通常是三极管或场效应管有保其在放大区工作包括电阻分压源器件根据输入信号的变化控制输网络、偏置电阻等，用于建立晶体出信号，实现对信号的放大管的静态工作点信号输入输出网络包括输入信号耦合、输出负载和反馈网络等通常使用电容进行交流耦合，隔离不同级间的直流分量放大电路的设计首先要确定合适的静态工作点，使有源器件工作在线性区然后设计输入输出网络，处理信号耦合和阻抗匹配问题最后考虑温度稳定性、频率响应等因素，通过添加适当的补偿元件来优化电路性能晶体管小信号模型βrπ电流放大系数输入电阻表示集电极电流相对于基极电流的放大倍数，典型基极发射极之间的交流等效电阻，计算公式-rπ值在之间50-300=β/gmgm跨导表示输出电流对输入电压的变化率，单位为西门子S晶体管小信号模型是分析放大电路的关键工具共发射极晶体管的小信号等效电路主要包括输入电阻、跨导控制电源和输出电阻在很多简化分析中，常忽略，只保留前两个参数rπgmvπro ro型等效电路和型等效电路是两种常用的小信号模型型模型源于物理结构，直观但计算复杂；型模TπTπ型（也称混合模型）更适合电路分析，在工程应用中更为常用π各类放大电路工作原理共射极放大电路共集电极放大电路输入信号加在基极发射极之间，输出信号也称射极跟随器，输入信号加在基极集电--从集电极发射极获取特点是电压增益高极之间，输出从发射极集电极获取特点--（倍），输入阻抗中等（是电压增益略小于，输入阻抗很高（可达10-5001-1），输出阻抗较高，输出信号与输兆欧级），输出阻抗很低，输出信号与输10kΩ入信号相位相反（反相放大）入信号同相，主要用于阻抗转换共基极放大电路输入信号加在发射极基极之间，输出从集电极基极获取特点是电压增益高，输入阻抗很--低（几十欧姆），输出阻抗很高，输出信号与输入信号同相，适合高频应用三种基本放大电路各有特点和适用场合共射极电路因其良好的放大性能，是最常用的放大电路形式；共集电极电路主要用于阻抗匹配和缓冲放大；共基极电路在高频放大中有其独特优势放大电路的性能指标增益输入输出阻抗包括电压增益、电流增益和功率增益输入阻抗决定了前级电路的负载能力，输出Av Ai，通常用分贝表示对于理想放大阻抗影响后级电路的驱动能力阻抗匹配对Ap dB2器，增益应在工作频带内保持恒定信号传输效率至关重要失真频率响应4包括线性失真（频率相位失真）和非线性包括带宽和相频特性带宽定义为增益下降/失真（谐波交调失真）失真越小，放大时的频率范围，是衡量放大器频率特性/3dB器的信号还原度越高的重要指标增益是放大电路最直接的性能指标，但单纯追求高增益常会牺牲其他性能实际设计中需要在增益、带宽、失真等参数间寻求平衡，针对具体应用选择最佳折中方案放大电路偏置方式固定偏置是最简单的偏置方式，但温度稳定性很差电阻分压偏置通过电阻网络提供基极电压，稳定性较好，是最常用的偏置方式自偏置利用发射极电阻的负反馈效应提高稳定性，在发射极引入去耦电容以防止交流信号增益下降稳定性分析通常用稳定系数评估，值越小表示温度稳定性越好稳定系数受多种因素影响，包括电路拓扑结构、元件参数和温度系数等电S S阻分压偏置和发射极自偏置都能有效降低值，提高温度稳定性S多级放大电路前置放大通常采用低噪声设计，着重提高信号质量，而非追求高增益中间级放大提供主要电压增益，确保线性度和频带宽度满足要求驱动级为输出级提供足够的驱动能力，通常具有较低的输出阻抗功率输出提供最终的功率放大，驱动负载，如扬声器或执行器多级放大电路中，各级之间的耦合方式对整体性能有重要影响直接耦合可传输直流分量，频率响应好但容易传递偏置漂移；电容耦合能阻断直流分量，稳定性好但低频响应受限；变压器耦合适用于特定频段，可实现阻抗匹配但体积大差动放大电路是一种特殊的多级放大结构，由两个结构相同的晶体管组成，对差模信号有放大作用，对共模信号有抑制作用这种电路是运算放大器的核心部分，在精密仪器和模拟集成电路中广泛应用放大电路的频率特性负反馈在放大电路中的应用电压反馈电流反馈从输出端取样电压信号作为反馈，可降低输出阻抗，从输出端取样电流信号作为反馈，可提高输出阻抗，提高输入阻抗降低输入阻抗并联反馈串联反馈反馈信号与输入信号并联，使输入端产生电流减法效反馈信号与输入信号串联，使输入端产生电压减法效3应应负反馈在降低增益的同时带来多种好处可显著减小非线性失真，降低有源器件参数变化对电路性能的影响，改善输入输出阻抗特性负反馈还能拓宽电路带宽，使频率响应更平坦反馈深度是衡量反馈效果的指标，定义为（为放大器开环增益，为反馈系数）反馈深度越大，上述改善效果越明显，但对放大器的稳定性要求也越高深度负反馈系统1+AβAβ可能在某些频点产生相移，导致振荡集成运算放大器基础理想特性差分输入理想运放具有无穷大的开环增益、输运算放大器的核心是差分放大器，放入阻抗和共模抑制比，零输出阻抗和大同相输入端与反相输入端之间的电零失调电压实际运放性能有限，但压差差分输入结构使运放对共模信现代集成运放已经非常接近理想状态号（如电源噪声）具有很强的抑制能力关键参数实际运放的重要参数包括输入失调电压（通常为毫伏级）、共模抑制比（一般为80-）、输入偏置电流（从皮安到纳安不等）和开环增益（通常为120dB10^5-）10^6运算放大器结构通常包括三个主要部分输入差分级、中间增益级和输出级输入级确定共模抑制比和噪声性能；中间级提供主要增益；输出级提供低输出阻抗和驱动能力不同工艺的运算放大器有各自特点双极型工艺的运放输入阻抗较低但精度高；输入型运FET放具有极高的输入阻抗，适合阻抗很高的信号源；运放功耗低，适合便携设备；高精CMOS度仪表运放则强调低失调和低漂移运算放大器典型应用反相与同相放大反相放大电路同相放大电路输入信号接入反相输入端，同相输入端接地输出与输入信号极性相反，增益为输入信号接入同相输入端，反相输入端通过反馈网络连接输出输出与输入信号极性相同，增益为-Rf/Ri1+Rf/Ri特点输入阻抗等于输入电阻，容易受负载影响小；但会反相输入信号，且不能太大特点输入阻抗非常高，不反相输入信号；但噪声性能较反相放大器差Ri Ri两种放大电路均基于虚短概念在负反馈条件下，运放会自动调整输出，使两输入端电压差接近于零反相放大中，反相端形成虚地；而同相放大中，反相端电压跟随同相端virtual ground增益公式推导需考虑理想运放假设输入阻抗无穷大，使输入电流为零；开环增益无穷大，使两输入端电压差为零利用这些条件，结合基尔霍夫电流定律，即可推导出上述增益公式KCL运算放大器加减法电路+-加法器减法器能将多路输入信号按一定权重相加，常用于信号混合和提取两路信号的差值，可用于桥式传感器信号调理和共数模转换模噪声抑制±加减运算同时实现加减运算的复合电路，可处理复杂的线性组合计算反相加法器是最基本的加法电路形式，利用运放虚地特性，多路输入信号在输入电阻处产生的电流代数和流经反馈电阻，形成相应的输出电压输出电压为×通过调整各输入电阻，可以实现Vo=-V1/R1+V2/R2+...Rf不同权重的加法运算同相加法器利用分压原理，将输入信号加到同相端，再通过反馈网络实现放大相比反相加法器，其输入阻抗更高，但精度较低，且要求所有电阻精确匹配积分与微分运算电路积分器微分器将反相放大器中的反馈电阻替换为电容，输出电压与输入电压的积分成将反相放大器中的输入电阻替换为电容，输出电压与输入电压的微分成比例基本关系式为比例基本关系式为Vot=-1/RC∫Vitdt+Vo0Vot=-RC×dVit/dt主要应用信号处理（如三角波方波转换）、模拟计算、频率响应调主要应用波形检测、速率测量、瞬态信号分析等/整等实际积分器中常增加并联电阻，防止输出饱和，特别是输入存在直流偏置时积分时间常数决定了积分速率，越大，积分越慢，频率响应Rfτ=RCτ越低选择合适的时间常数是设计积分器的关键实际微分器噪声敏感度高，因为微分会放大高频噪声改进型微分器通常在输入电容前增加小电阻，在反馈电阻并联小电容，形成高频滚降，限制高频增益，改善稳定性和噪声性能比较器与零检测电路输入信号处理添加分压网络或缓冲级，调整信号电平和阻抗匹配比较判断利用运放开环状态下的高增益，将输入信号与参考电压比较滞回设计引入正反馈，形成迟滞特性，防止噪声引起的误触发输出整形将运放输出经过钳位或接入数字门电路，形成标准数字信号比较器工作在开环状态，无负反馈路径，充分利用运放的高增益特性当同相输入端电压高于反相输入端时，输出饱和至正电源电压附近；反之则饱和至负电源电压附近实际应用中，常用专用比较器芯片代替运放，以获得更快的响应速度和更好的输出驱动能力施密特触发器是具有滞回特性的比较器，通过正反馈在输出状态切换时产生两个不同的阈值电平这种设计可以有效抑制噪声干扰，防止在阈值附近因微小波动导致的频繁切换滞回窗口宽度取决于正反馈网络的设计，应根据实际噪声环境合理选择非线性与限幅电路二极管限幅精密整流1利用二极管单向导电特性，当信号超过设定阈值时进克服普通二极管的导通电压限制，实现小信号无失真行限制，保护电路免受过载损坏整流，广泛用于信号检测和波形变换2波形整形对数/指数变换将任意波形转变为方波、三角波等标准波形，为数字利用晶体管或二极管的非线性特性，实现信号的对数3电路或测量系统提供所需信号或指数变换，压缩或扩展动态范围简单的二极管限幅电路虽然结构简单，但受二极管导通电压约影响，限幅精度低运算放大器与二极管结合的精密限幅电路可大幅提高精度，实现毫伏级的限幅控制通过

0.7V调整参考电压，可灵活设置限幅阈值，满足不同保护需求精密整流器是模拟电路中重要的非线性电路，特别适合处理小信号与传统二极管整流相比，运放精密整流器消除了二极管的导通电压影响，能够无失真地整流毫伏级信号全波精密整流器通常由两级放大器组成，第一级进行半波整流，第二级完成反相和求和差动放大器分析基本结构工作原理关键指标差动放大器由匹配对晶体管、恒流源和负载电阻组差动放大器放大两输入端电压差，同时抑制两端共同差动增益表示对差模信号的放大能力共模增Ad成两个晶体管应尽可能匹配，以获得良好的共模抑的电压变化（共模信号）当差模信号输入时，两晶益表示对共模信号的放大程度，越小越好共Ac制能力恒流源为差动对提供稳定工作电流，改善线体管导通程度相反变化；当共模信号输入时，两晶体模抑制比衡量区分差模和共模能CMRR=Ad/Ac性度和温度稳定性管导通程度同向变化，但输出变化相互抵消力，通常用表示，越高越好dB在实际差动放大器中，由于器件不匹配和电路不对称，共模抑制比会受到限制提高的关键是确保晶体管特性匹配、负载电阻相等以及恒流源阻抗足够高集成电路工艺能CMRR够提供良好的器件匹配性，因此集成差动放大器的性能通常优于分立器件实现差动放大器的偏置设计对其性能至关重要常见偏置方式包括单电源和双电源两种双电源偏置电路结构简单，但需要正负电源；单电源偏置需要额外的偏置网络，但兼容性更好现代集成电路中，常采用电流镜作为高性能恒流源，提供精确的偏置电流和高输出阻抗功率放大器基础效率与输出功率1功率放大器设计的关键指标散热与热管理确保可靠运行的必要措施失真控制3保证信号质量的重要因素保护电路防止过载和故障的安全保障功率放大器与电压放大器的根本区别在于，功率放大器注重向负载提供足够的功率，不仅要有电压增益，还需有足够的电流输出能力设计时必须重视效率问题，因为低效率不仅浪费能源，还会产生大量热量，需要复杂的散热系统按工作方式分类，功率放大器分为甲类、乙类、甲乙类和丙类四种甲类放大器全程导通，线性度最好，但效率低（理论最高）；乙类放大器半周期导通，效率高A BAB C25%（理论可达），但存在交越失真；甲乙类折中两者优点，小信号时类似甲类，大信号时接近乙类；丙类导通角更小，效率最高，但失真大，主要用于射频领域

78.5%乙类、甲乙类功率放大器甲类放大器全导通，无交越失真，但效率低乙类放大器2半导通，效率高，但有交越失真甲乙类放大器3小偏置，平衡性能与效率，最常用乙类放大器的主要特点是输出管只在半个周期内导通，一对互补晶体管交替工作这种工作方式虽然效率高，但在输入信号很小时，由于晶体管的非线性导通特性，会产生交越失真（也称为零点失真）这种失真在信号过零点附近特别明显，对音频放大等应用影响较大甲乙类放大器通过对输出管施加小偏置电流，使其在无信号时保持微小导通状态，有效减轻交越失真偏置电流越大，失真越小，但效率也越低，接近甲类；偏置电流越小，效率越高，但失真增加，接近乙类实际设计中，通常选择合适的偏置点，在失真和效率间取得平衡推挽式功率放大器基本电路结构主要优点推挽放大器由互补对晶体管（通常是与单管放大相比，推挽结构具有更高的效率NPN和功率管）组成，两个晶体管交替工和更大的输出功率由于两个晶体管交替工PNP作，一个负责放大正半周，另一个负责放大作，输出电流能随信号大幅摆动，接近电源负半周前级通常采用相位分离电路，驱动电压的两倍，理论输出功率是单管放大器的两个功率管倍4潜在问题主要问题是交越失真，特别是在乙类工作模式下此外，互补管参数匹配问题也会影响性能，导致失真增加实际设计需要重视驱动电路设计和偏置电流设置，以及温度稳定性措施推挽放大器的驱动方式有多种，包括变压器驱动和互补对驱动等变压器驱动使用中心抽头变压器，将输入信号分为两路相反相位，分别驱动两个相同型号晶体管；互补对驱动则直接使用互补型晶体管，无需相位反转，结构更简单，是现代设计的主流方式现代推挽放大器通常采用甲乙类工作模式，通过设置静态偏置电流，使输出级在无信号时仍有微小电流，解决交越失真问题偏置电路需要温度补偿，常用方法是使用热耦合的二极管或晶体管，随温度自动调整偏置电流，防止热失控互补对称功率放大器电路结构热稳定性设计互补对称功率放大器采用互补型功率管（和）直接构成功率晶体管工作时产生大量热量，导致下降（约NPN PNPVBE-推挽输出级，无需变压器或相位反转器典型结构包含偏置网络、°），使静态电流增大，可能引发热失控必须采取热稳2mV/C驱动级和互补输出级三部分定措施，包括偏置网络通常采用二极管或倍增器电路，建立适当的静态工偏置二极管与功率管热耦合，形成温度补偿VBE

1.作点；驱动级提供足够的电流增益，驱动功率管；互补输出级是核在发射极引入小电阻，提供电流负反馈

2.心部分，直接连接负载，提供最终功率放大设计合理的散热系统，控制结温

3.互补对称放大器的关键挑战之一是和功率管的参数匹配两种晶体管由于制造工艺不同，往往存在增益、频率响应等参数差异，NPNPNP导致正负半周放大不对称，产生偶次谐波失真现代设计通常采用深度负反馈和精心匹配的互补对管，最大程度减小这种不对称性集成运放组成与特性5120基本单元增益dB现代运放通常包含五大功能单元典型开环增益高达倍以上100,0001M输入阻抗Ω输入运放可达兆欧级别FET集成运算放大器内部结构通常包含五个基本功能单元输入差分放大级、电平转换级、高增益电压放大级、输出缓冲级和偏置网络输入级决定了输入阻抗和噪声性能，通常采用差动对结构；高增益级提供主要电压增益，常用共射极放大器或折叠式共源极放大器；输出级提供低输出阻抗和较大的输出摆幅，通常是推挽结构；偏置网络则为各级提供适当的工作电流和参考电压运放的主要性能指标包括开环增益（通常为）、输入失调电压（从微伏到毫伏级）、输入偏置电流80-120dB（从皮安到微安级）、共模抑制比（）、电源抑制比（）、输入噪声、带宽和压摆率等80-120dB80-100dB不同应用对这些参数有不同的侧重，例如精密仪表放大重视低失调和高增益，而视频放大则看重带宽和压摆率滤波电路基础滤波器是选择性地允许特定频率信号通过，同时衰减其他频率信号的电路按滤波特性可分为低通、高通、带通和带阻四种基本类型低通滤波器允许低频信号通过，衰减高频信号；高通滤波器则相反，只允许高频信号通过；带通滤波器只允许特定频带信号通过；带阻滤波器则阻止特定频带信号通过无源滤波器仅由电阻、电容和电感等无源元件构成，结构简单，不需要电源，但衰减特性受负载影响大，且不能提供增益低通高通滤波器是最简单的无源滤波RC/器，截止频率无源滤波器性能受元件精度限制，高值滤波器难以实现，且电感元件体积大、成本高，在低频应用中不够实用fc=1/2πRC Q有源滤波器设计举例振荡电路原理放大电路1提供能量增益，克服系统损耗正反馈网络将输出信号适当相移后送回输入频率选择网络决定振荡频率，提供相位条件振荡器是一种将直流电源能量转换为特定频率交流信号的电路与放大器不同，振荡器不需要外部输入信号，而是通过正反馈自行产生并维持振荡振荡器的基本原理可用巴克豪森准则描述在振荡频率上，环路增益等于或略大于，环路相移为°或°的整数倍Barkhausen10360低频振荡器＜常采用网络作为频率选择元件，如相移振荡器、维恩电桥振荡器等这类振荡器体积小、成本低，但频率稳定性一般，主要用于1MHz RC RC音频信号发生和时序控制典型应用包括功能信号发生器、音频测试设备和传感器激励源等正弦波振荡器RC相移振荡器维恩电桥振荡器RC由一个反相放大器和三个网络组成，每个网络提供约由一个同相放大器和选频网络组成，是最常用的正弦波振RC RC RC RC°相移，总共产生°相移，与放大器的°相移形成荡器网络形成一个频率选择性反馈，在特定频率提供°相60180180RC0°，满足振荡条件移和最大反馈量360振荡频率，其中、为每级网络的电阻和振荡频率，其中、为网络中的电阻和电容f=1/2π√6RC RCRCf=1/2πRCRC电容值为保证振荡，放大器增益必须大于倍，以补偿网值为维持振荡，放大器增益必须精确控制在倍，常通过自动29RC3络的衰减增益控制电路实现振荡器的优点是结构简单，无需电感元件，易于集成，成本低主要缺点是频率稳定性较差，受元件值和温度影响显著提高RC RC振荡器稳定性的方法包括使用高精度元件（金属膜电阻、聚苯乙烯电容）；添加温度补偿网络；采用精确的振幅稳定电路，如热敏电阻自动增益控制振荡器与石英晶体振荡器LCLC振荡器晶体振荡器利用电感和电容形成谐振电路，在谐振频率处利用石英晶体的压电效应，在特定频率产生机阻抗达到最大或最小值，产生振荡常见类型械谐振，等效为高值的谐振电路具有Q LC包括考毕兹、哈特莱和极高的频率稳定性（可达量级）和极Colpitts Hartley10^-6克拉普振荡器等振荡频率由值决低的温度系数，是高精度时基的首选Clapp LC定f=1/2π√LC性能对比振荡器可调频范围大，但稳定性较差；晶体振荡器频率稳定性极高，但调频范围非常有限晶体振LC荡器的值通常在，而振荡器的值一般只有几十到几百Q10,000-100,000LC Q考毕兹振荡器是最常用的振荡器之一，特点是使用电容分压提供反馈，具有良好的高频特性和较宽的频率LC范围其振荡频率主要由谐振电路决定，但也受到分压电容比例的影响调频通常通过可变电容或可变电LC感实现为改善频率稳定性，常采用温度补偿元件和稳压电源晶体振荡器常见电路形式包括皮尔斯、科尔皮兹和克拉普等皮尔斯电路是最常用Pierce ColpittsClapp的晶体振荡器，结构简单且性能可靠晶体的温度系数和老化特性是影响长期稳定性的主要因素，高精度应用通常使用恒温晶振或温度补偿晶振OCXO TCXO多谐振荡与脉冲电路无稳态多谐振荡器单稳态多谐振荡器双稳态多谐振荡器没有稳定状态，自动在两个临有一个稳定状态和一个临时状有两个稳定状态，需要外部信时状态间切换，产生连续的矩态，接收触发信号后暂时改变号触发状态切换基本上就是形波输出频率由时间常数状态，然后自动返回输出为触发器或锁存器，用于存储一RC决定，可用于时钟发生器和定定宽脉冲，常用于脉冲整形和位二进制信息，是数字电路的时电路延时电路基础单元基于运算放大器的多谐振荡器具有电路简单、参数易调的特点无稳态运放多谐振荡器常采用正反馈结构，通过网络控制充放电时间，决定振荡频率和占空比运放的高增益确保输出在正负电源电RC压间快速切换，形成接近理想的方波通过调整电阻和电容值，可以灵活设置频率范围，从小于1Hz到数百不等kHz集成多谐振荡器如定时器是最广泛使用的脉冲电路之一内部集成了比较器、触发器和放555555电管，可配置为无稳态、单稳态或双稳态模式在无稳态模式下，通过外部元件设置频率和占空RC比；在单稳态模式下，可精确控制输出脉冲宽度；在双稳态模式下，则作为一个施密特触发器使用的优点是使用简单、稳定可靠，价格低廉，应用极为广泛555稳压电源设计基础线性稳压电源开关稳压电源线性稳压器工作原理是将多余的电压转换为热量消耗掉，保持输出电开关稳压器利用高频开关元件通常是，将输入电压切成MOSFET压恒定核心元件是串联调整管，它根据负反馈信号动态调整自身阻脉冲，然后通过滤波网络重建所需的输出电压通过控制开关占空抗，维持稳定输出比，实现输出电压调节优点输出纯净，纹波小，响应快；电路简单，可靠性高优点效率高可达以上；体积小，重量轻90%缺点效率低，特别是输入输出电压差大时；功率大时散热问题严缺点电路复杂；高频开关产生电磁干扰；输出纹波较大重稳压二极管是最简单的稳压电路，利用反向击穿区的特性维持恒定电压常用于低功率、要求不高的场合，或作为基准电压源稳压二极管电路需要串联限流电阻，确保二极管工作在击穿区其优点是电路极简，成本低；缺点是稳压性能有限，温度系数较大，且无法提供大电流实际电源设计中，需考虑多方面因素输入电压范围、负载变化范围、稳压精度要求、响应速度、效率要求、成本限制等对噪声敏感的精密模拟电路常选用线性稳压电源；而便携设备和大功率应用则多采用开关电源集成稳压电路正电压稳压器负电压稳压器可调稳压器系列是最常用的三端正电压稳压器，如系列是对应的负电压稳压器，如、是常用的可调稳压器，通过外部分78xx79xx7905-5V LM317/LM

337、等特点是使用简单，等工作原理与类似，但提供负压网络设置输出电压可调节至7805+5V7812+12V7912-12V78xx LM

3171.25V37V只需少量外部元件即可工作典型应用电路需要输入输出电压常与配合使用，组成双电源系统，正电压，则提供相应的负电压具有良好的78xx LM337去耦和输出滤波电容，增强稳定性和瞬态响应为运算放大器等模拟电路供电线性调整率和负载调整率，内置保护电路，使用灵活三端稳压器内部集成了基准源、误差放大器、串联调整管和保护电路，提供完整的稳压功能系列的主要性能指标包括线路调整率通常，表示输入电压变化对78xx

0.1%/V输出的影响；负载调整率通常，表示负载电流变化对输出的影响；输出纹波抑制比通常，表示对输入纹波的抑制能力

0.5%60dB实际应用中需要注意输入电压应比输出电压高压降，确保正常工作；功率耗散较大时需加装散热片；输入输出电容的选择和布局对稳定性和瞬态响应有重要影响对于2-3V远离电源的负载，可在负载处增加本地去耦电容，减少分布电感影响电源滤波与抗干扰设计输入滤波处理来自电网或前级电源的干扰，保护电路免受外部噪声影响稳压处理降低纹波并提供稳定参考电平，是滤波的核心环节去耦与隔离防止电路间相互干扰，为敏感电路提供独立干净电源保护措施应对过压、过流等异常情况，确保系统稳定安全运行电源噪声的主要来源包括整流过程产生的纹波；开关稳压器的开关噪声；负载电流突变引起的瞬态响应；外部电磁干扰；以及接地回路噪声等不同噪声源具有不同频谱特性，需采用针对性的滤波方法例如，整流纹波为低频噪声，适合大容量电解电容滤波；而开关噪声和为高频噪声，则需要高频陶瓷电容和磁珠处理100Hz/120Hz EMI有效的电源滤波通常采用多级滤波策略典型配置包括主滤波电容通常为电解电容，处理低频纹波；高频去耦电容陶瓷或钽电容，抑制高频噪声；磁珠或小电感，阻断高频噪声传播；以及型或型滤波网络，提供更强的噪声衰减πT敏感模拟电路通常还需额外的隔离网络，进一步降低噪声影响RC仪表放大器电路12010^9CMRR dB输入阻抗Ω优质仪表放大器的共模抑制比可达以上高达十亿欧姆，确保信号源不受负载影响120dB10^-6失调电压V精密型号的输入失调电压低至微伏级仪表放大器是专为精密测量设计的差分放大器，广泛应用于医疗设备、传感器接口和数据采集系统典型的三运放仪表放大器结构包含两个输入缓冲级和一个差分输出级输入缓冲提供超高输入阻抗，保护信号源不受负载影响；差分级则放大两输入信号的差值，同时抑制共模信号仪表放大器的增益通常由单个电阻设置，其中为内部固定电阻这种设计使增益Rg G=1+2R1/Rg R1调整非常简便，且不影响共模抑制比与普通运放差分电路相比，仪表放大器具有更高的输入阻抗、更好的共模抑制和更精确的增益设置，特别适合处理微弱信号积分应用举例分析积分器在波形产生电路中有重要应用方波积分可获得三角波，是函数发生器的基本原理具体实现中，输入方波信号经反相积分器处理，输出三角波；若再次积分，则得到近似正弦波为防止积分器饱和，通常增加反馈电阻，或通过比较器控制的开关定期复位积分电容积分器在传感器信号处理中也有广泛应用加速度计输出的是物体加速度信号，通过积分可获得速度，再次积分则得到位移在实际电路中，需要精心设计直流偏置补偿，防止积分漂移类似地，流量传感器通常输出与流速成比例的信号，通过积分可计算总流量，是工业计量的常用方法放大器失真与抑制技术非线性失真交越失真由放大器非线性传输特性引起，表现为输出主要出现在推挽输出级，由于互补管导通特信号包含不存在于输入的谐波分量主要来性不同，在信号过零点附近产生不连续区源是有源器件的非线性特性和大信号饱和效域表现为小信号失真明显，大信号反而较应严重时会产生明显的声音变形或图像扭小，听感上特别刺耳曲热失真由于功率器件温度升高导致参数漂移引起在大功率放大器中尤为突出，长时间工作可能导致性能劣化，严重时引发热失控，损坏器件负反馈是抑制失真的主要技术，通过将输出信号的一部分反馈到输入，与原输入信号比较，自动校正误差深度负反馈可显著降低非线性失真，但可能引发稳定性问题，需要仔细设计相位补偿网络此外，负反馈也会同比例降低增益，需在设计中权衡合理设置工作点是减小失真的基础放大器应在其线性区工作，避免饱和和截止区域对于功率放大器，适当的偏置电流能有效减轻交越失真甲乙类放大器中，温度补偿电路对维持稳定偏置至关重要，常采用热耦合二极管或晶体管实现偏置电流的温度跟踪音频功率放大电路实例输入级通常为差分放大器，提供高输入阻抗和良好的共模抑制输入电路还包括交流耦合电容，隔离直流分量，以及射极跟随器提供缓冲为防止高频干扰，常添加低通滤波器限制带宽电压放大级提供主要电压增益，通常采用共射极放大器或差分放大器此级通常还包含频率补偿网络，确保负反馈稳定现代设计中，有时采用折叠共源级或折叠级联结构，获得更高增益和更好线性度功率输出级向负载提供足够的功率，通常采用互补对称推挽结构输出级需要适当偏置，减小交越失真，同时设计完善的热稳定和保护电路大功率放大器还需要考虑散热问题，选择合适的散热器和风扇典型的音频功率放大器指标包括输出功率一般以负载额定，从几瓦到数百瓦不等；频率响应通常为8Ω±；总谐波失真，优质放大器；信噪比，通常；阻尼因20Hz-20kHz

0.5dB THD

0.05%SNR80dB数表示控制扬声器能力，越高越好；互调失真，测量复合信号失真程度IMD在实际音频放大器设计中，除了基本功能电路外，还需要完善的保护电路，包括过流保护限流电路或熔断器；直流保护检测直流偏移并切断输出；温度保护过热自动关断；扬声器接通延时避免开机噪声这些保护措施确保在各种异常条件下，放大器和扬声器都能安全工作模拟电路调试与测试工具示波器信号发生器观察并分析时域波形，测量电压、频率、相位关系和瞬1产生各类测试信号，包括正弦波、方波、三角波等用态响应现代数字示波器还可进行频谱分析、数据记录于测试电路响应、寻找故障和性能评估和自动测量万用表频谱分析仪4测量电压、电流、电阻等基本参数是调试和故障诊断分析信号的频域特性，测量谐波失真、噪声和信号纯度3的基础工具，现代数字万用表还具备测量电容、频率等在通信电路和音频系统测试中尤为重要功能示波器是模拟电路测试的核心工具，使用时需注意探头选择和补偿，避免引入测量误差数字示波器的采样率应至少是被测信号最高频率的倍以上，以准确重建波形混合域示波器5能同时观察时域和频域信号，特别适合调试混合信号系统探头接地线应尽量短，减小测量环路面积，避免拾取干扰MDO信号发生器用于向被测电路提供激励信号测试放大器时，应使用纯净的低失真信号源；测试滤波器时，需要覆盖足够宽频带的扫频信号；测试非线性电路时，可能需要复合信号或调制信号现代任意波形发生器可产生几乎任何复杂波形，大大扩展了测试能力AWG典型故障分析与处理部件隔离与替换测量关键节点对怀疑有问题的元件进行隔离测试或直接替换检查电源测量电路各关键点的直流电压，特别是各有源器对于集成电路，可能需要逐个拔出，观察问题是症状识别电源问题是最常见故障源，包括电压不正确、纹件的偏置点，与设计值比较使用示波器观察信否消失，或直接替换新器件验证详细观察并记录所有异常现象，包括电压异常、波过大或噪声干扰应测量电路各点电源电压，号路径上各点的波形变化，定位异常发生的环节波形失真、启动故障、间歇性问题等不同症状并用示波器观察电源质量，必要时隔离供电进行往往指向不同类型的故障，如直流偏置问题、频测试率响应异常或元件老化等高频电路常见失效表现为振荡、不稳定或增益下降振荡通常由不当的接地、布局或缺少去耦电容引起，解决方法是改善布局、加强屏蔽或添加补偿元件增益下降可能是由元件老化、接触不良或散热不足引起，需仔细检查焊点和更换关键元件低频电路常见故障包括直流偏置错误、大信号失真和噪声干扰偏置错误通常由电阻值漂移或电解电容老化引起，需要测量关键电阻和检查电容；失真问题可能是由于负载过重或供电不足导致，可通过减轻负载或优化电源解决；噪声干扰则需改善屏蔽和接地设计多种电路仿真软件介绍Multisim LTspice开发的电路设计与仿真软件，特点是交互性强，公司的免费仿真器，以高性能、高稳定性和快速National InstrumentsAnalog DevicesSPICE内置丰富的虚拟仪器，如示波器、频谱分析仪和信号发生器等界面友仿真速度著称特别适合模拟电路和开关电源设计好，适合教学和初学者使用内置了大量高质量的模型，特别是和LTspice AnalogDevices Linear的器件库非常全面，包括各种模拟和数字元件，支持混合信号仿的产品模型非常精确支持各种分析类型，包括直流、交Multisim Technology真虚拟仪器的操作方式与实际仪器相似，有助于建立对实际测试的理流、瞬态、噪声和分析等Monte Carlo解电路仿真的基本流程包括绘制电路图，选择合适的元件和参数；设置分析类型和参数，如仿真时间、步长等；运行仿真并观察结果；根据结果调整电路参数，反复优化设计高级应用还包括参数扫描、敏感性分析和分析，用于评估电路对元件参数变化的敏感度Monte Carlo在中，可通过右键点击电路图空白处，选择仿真添加分析来设置各种分析类型交流分析（）可查看电路的频率响应；瞬态分Multisim→AC Sweep析（）可观察时域波形；直流扫描（）可分析元件参数变化对电路的影响仿真结果可通过虚拟仪器或绘图窗口查看，并可导出为Transient DCSweep数据文件进一步处理实验环节

（一）基础放大电路实验目的掌握三极管共射极放大电路的工作原理和设计方法；学习测量电路主要参数的技术；理解偏置设计和温度稳定性的重要性；培养电子电路的实验技能实验器材晶体管（或同等型号）；电阻、电容若干；直流电源；示波器；信号发生器；数字万用表；2N3904面包板或实验板；连接导线等实验步骤按电路图搭建共射极放大电路；测量静态工作点，验证偏置设计；连接信号源，测量输入输出波形；计算电压增益，测量输入输出阻抗；分析频率特性，观察温度影响在搭建电路前，应先熟悉电路原理图和元件参数共射极放大电路典型包含输入耦合电容（用于隔离直Ci流）；偏置电阻和（提供基极偏置）；发射极电阻（提供稳定性和负反馈）；发射极旁路电容Rb1Rb2Re Ce（提高交流增益）；集电极负载电阻；以及输出耦合电容Rc Co实验中的关键测量点包括静态工作点电压（确认晶体管工作在放大区）；输入信号和输出信号波形（观察放大和可能的失真）；不同频率下的增益变化（绘制频率响应曲线）在测量小信号时，要注意设置合适的示波器量程，避免测量误差实验中应逐步改变输入信号幅度，观察线性范围和失真起始点实验环节

（二）集成运放应用实验准备熟悉实验原理，包括运算放大器基本工作原理、主要参数及典型应用电路准备实验器材，确保运放芯片（如或UA741）、各种电阻电容、直流电源和测试设备状态良好LM3582电路搭建在面包板上搭建反相放大、同相放大、加法器和积分器等基本电路注意电源连接极性，加入去耦电容减少干扰接线应整齐，便于调试和减少错误参数测量测量各电路的电压增益、输入输出阻抗、频率响应和失真特性等关键参数记录数据并与理论计算值对比分析特别关注积分器的时间常数和频率特性4性能分析观察并记录实际电路的限制因素，如输出摆幅限制、压摆率限制和带宽限制等分析误差来源，包括元件精度、测量误差和运放非理想特性等实验中应重点观察运放的虚短特性和负反馈机制在反相放大电路中，测量输入端电压，验证虚地概念；在同相放大电路中，观察两输入端电压跟随现象调整反馈电阻，观察增益变化，验证增益公式的正确性使用方波信号测试积分器响应，观察输出三角波形状和积分特性滤波器电路实验是另一个重要部分搭建一阶和二阶有源低通高通滤波器，测量不同频率下的增益和相位响应，绘制波特图验证/截止频率公式，观察滚降特性二阶滤波器中，可通过调整值，观察不同阻尼特性对频率响应的影响，加深对滤波器设计的理解Q课程总结与学习建议理论基础掌握模拟电子技术的核心概念电路分析熟练应用各种分析方法和工具设计能力具备解决实际问题的设计思维实践技能通过实验巩固理论与实际应用《模拟电子技术》课程涵盖了从半导体基础到各类功能电路的广泛内容核心知识点包括二极管和三极管的工作原理；基本放大电路的分析与设计；运算放大器及其应用电路；振荡器、滤波器和稳压电路等功能模块这些知识构成了模拟电子技术的理论体系，是理解和设计电子系统的基础有效学习模拟电子技术的建议理论与实践相结合，课堂学习后应通过习题练习巩固；利用仿真软件验证理论分析，培养设计直觉；动手搭建电路实验，体会实际电路中的各种现象与限制因素；关注现代电子技术发展，了解新器件、新工艺及其应用前景；建立系统思维，学会将分立知识点融合为整体设计能力期末考试与成绩评定考核方式重点考察内容复习建议本课程采用综合评价体系，期末考试占总成绩的基本概念与电路原理（约）半导体物理基础，系统梳理教材内容，构建知识框架；重点掌握基本概30%，平时成绩（包括作业、实验和课堂表现）占器件特性，基本电路工作原理电路分析能力（约念、典型电路的分析方法和设计思路；精选习题，强70%期末考试内容覆盖全部课程要点，包括基础知）放大电路参数计算，频率响应分析，稳定性化计算能力；复习历年试题，熟悉考试风格；通过小30%40%识、电路分析和设计应用三大部分考试形式为闭卷分析等设计应用能力（约）根据要求设计特组讨论和答疑，解决疑难问题30%笔试，时间小时，满分分定功能电路，解决实际问题等3100推荐参考资料包括《模拟电子技术基础》（第五版，童诗白、华成英著，高等教育出版社）；《电子技术基础模拟部分》（康华光著，高等教育出版社）；《运算放大器应用技术》（陈桂友著，电子工业出版社）；国内外专业期刊如《电子技术应用》《电子世界》等此外，美国德州仪器、等公司的技术资料也是很好的学习补充ADI自测题示例计算共发射极放大电路的电压增益和输入输出阻抗；分析负反馈放大器的稳定性条件；设计一个特定增益和带宽的二阶有源滤波器；分析积分器在信号1234处理中的应用；问答题比较各类功率放大器的效率和失真特性这些题目覆盖了课程的主要内容，有助于检验复习效果5。