[工学]第二章 电子技术基础与应用.ppt

电子技术基础与应用,第二章,电路基础,第一节,一、信号及其频谱简介,电路基础,一、信号及其频谱简介,电路的主要任务不仅可以传输信号，还可以变换与处理信号。,一、信号及其频谱简介,电路基础,电路的信号，通常是指从外部作用于电路，并由电路进行处理和传输的电压变量或电流变量，或者说，信号是变化的电压和电流。这种变化的电压和电流，都是时间的函数，其函数关系可以写成表达式(t)，亦可画成关系曲线。信号随时间变化的关系曲线，称为信号波形。,信号及其基本型,一、信号及其频谱简介,电路基础,常用的信号大致可分两类： 周期信号 非周期信号,信号及其基本型,一、信号及其频谱简介,电路基础,周期信号是以一定时间间隔重复的无始无终的信号。定义为： (t)= (t+nT) （2-1-1） 式中n为任意整数，T为信号的重复周期，简称周期。T的倒数 ，称为信号的频率。,信号及其基本型,一、信号及其频谱简介,电路基础,图2-1-2 周期信号,信号及其基本型,一、信号及其频谱简介,电路基础,正弦信号是一种最简单、最常用的周期信号，可将它作为周期信号的基本型或标准型，如图2-1-3。 图2-1-3 正弦信号,信号及其基本型,一、信号及其频谱简介,电路基础,正弦信号的表达式为： （2-1-2a） （2-1-2b） （2-1-2c） 式中Am是信号的振幅，即峰值，它等于信号有效值A的 倍。 （2-1-3） T为周期，单位是秒（s）；f为频率，单位是赫兹（Hz），或周/秒；为角频率，单位是弧度/秒；0 是相应于所选时间起点（t=0）的初始相位，单位是弧度。,信号及其基本型,一、信号及其频谱简介,电路基础,单位是弧度。T、f、的关系为 或 （2-1-4a） （2-1-4b） 在分析电路时，为了简单起见，往往将角频率也称为频率。,信号及其基本型,一、信号及其频谱简介,电路基础,非周期信号就是在时间上不具有周而得复始性质的信号，图2-1-4和图2-1-5示出的都是非周期信号。 图2-1-4 非周期信号,信号及其基本型,一、信号及其频谱简介,电路基础,阶跃信号是非周期信号的基本型，它的特点是：在某时刻t=0之前，恒为零，在t=0时刻，以无限小的时间突跳到振幅A，以后始终保持A不变。 图2-1-5阶跃信号,信号及其基本型,一、信号及其频谱简介,电路基础,阶跃信号的表达式为： （2-1-5）,信号及其基本型,一、信号及其频谱简介,电路基础,图2-1-6 接通直流电源获得阶跃信号,信号及其基本型,一、信号及其频谱简介,电路基础,图2-1-7 图2-1-8 任意信号可转换为基本型信号的叠加 正弦信号叠加成非正弦信号,信号及其基本型,一、信号及其频谱简介,电路基础,复杂的周期信号，可以看成是一系列正弦信号的叠加。 任何周期函数 ，只要满足狄义赫利条件，都可展开为傅立叶级数： （2-1-6a） 或 （2-1-6b）,周期信号的频谱分析,一、信号及其频谱简介,电路基础,式中， 则等于周期信号f(t)的重复频率。n只能取正整数1、2、n、。 其它参数由下列各式决定。 （2-1-7a） （2-1-7b） （2-1-7c）,周期信号的频谱分析,一、信号及其频谱简介,电路基础,（2-1-8a） （2-1-8b） 由（2-1-7a）式可见， 是函数f(t)在一个周期内的平均值，因此， 代表不随时间变化的信号直流分量。,周期信号的频谱分析,一、信号及其频谱简介,电路基础,傅立叶级数告诉我们，任何复杂的周期信号f(t)，都可以表示为直流分量与无数不同频率的正弦分量之和，且这些正弦分量的频率都是原信号重复频率的整数倍。 傅立叶级数揭示了信号的频谱特性，使得我们可以对复杂的信号进行分解；或者相反地，实现信号合成。 由信号f(t)求频谱的方法，称为频谱分析。,周期信号的频谱分析,一、信号及其频谱简介,电路基础,非周期信号可以看成是周期信号的周期趋于无限大的极限。 图2-1-9示出了单个矩形脉冲及其频谱图，频谱图中的F ，称为频谱函数，它与信号f (t)的关系为： （2-1-9a） （2-1-9b）,非周期信号的频谱分析,一、信号及其频谱简介,电路基础,图 2-1-9 矩形脉冲及其频谱函数,非周期信号的频谱分析,二、线性元件与线性电路,电路基础,二、线性元件与线性电路,基本的电路元件 电阻器 电容器 电感线圈 变压器 电源 晶体管 场效应管,二、线性元件与线性电路,它们可以分成两类： 无源元件 电阻器 电容器 电感线圈 变压器 有源元件 电源 晶体管 电子管,表2-1-1 物理符号及国际制（SI）单位,二、线性元件与线性电路,（2-1-10） （2-1-11） （2-1-12） （2-1-13）,二、线性元件与线性电路,电路基础,图2-1-10 无源元件,理想的无源元件,二、线性元件与线性电路,电路基础,电阻： uR(t)=RiR(t) （2-1-14a） iR(t)=GuR(t) （2-1-14b）,理想的无源元件,二、线性元件与线性电路,电路基础,电容： （2-1-15a） （2-1-15b） uc(0)是电容上的初始电压,理想的无源元件,二、线性元件与线性电路,电路基础,电感： （2-1-16a） (2-1-16b) iL(0)是电感中的初始电流,理想的无源元件,二、线性元件与线性电路,电路基础,电阻消耗的功率（简称功耗）为： P(t)=iR(t)uR(t)=iR(t)R=uR(t)/R（2-1-17） 电容储存的能量为： （2-1-18） （2-1-19）,理想的无源元件,二、线性元件与线性电路,电路基础,1独立电源 （1）电压源：理想的电压源称为恒压源，即电动势源 （2）电流源：理想的电流源称为恒流源,电源,二、线性元件与线性电路,电路基础,图2-1-11 独立电压源 图2-1-12 独立电流源,电源,二、线性元件与线性电路,电路基础,2非独立电源 非独立电源是一种等效电源，也有电压源和电流源之分。 非独立电源的电压或电流，不是独立的由电源内部因素决定的，它受电路中某一电压或电流的控制，因此也称它为受控电源。,电源,二、线性元件与线性电路,电路基础,图2-1-13 非独立电源 图2-1-14 非独立电源示例,电源,二、线性元件与线性电路,电路基础,参数值恒定的元件就是线性元件，由线性元件组成的电路，就是线性电路。 图 2-1-15 线性电路输入输出示意图,线性电路的特征,二、线性元件与线性电路,电路基础,电路图电路的联接图，它表示电路元件的连接顺序，图2-1-16就是一例。 节点两个以上元件的连接点。如图2-1-16中的、都是节点，而不算节点。 支路联接两个相邻节点的一个或几个元件的串联组合。在这些串联元件中流有相同的电流。如图2-1-16的节点、之间只有一条支路；节点、之间有两条支路；节点、之间有两条支路。 回路若干支路所串成的闭合路径。如图2-1-16所示的电路就有六个回路。,线性电路的特征,二、线性元件与线性电路,电路基础,图2-1-16 电路图,线性电路的特征,二、线性元件与线性电路,电路基础,基尔霍夫第一定律说：节点电流的代数和等于0。 i=0 （2-1-21） 基尔霍夫第二定律说：闭合回路上所有各支路电压的代数和等于0。 u=0 （2-1-22） 由于基尔霍夫第一、第二定律是建立在电荷守恒和能量守恒这两个基本物理定律的基础上的，因此它们是支配电路中电压和电流的基本定律。,电路的基本定律,三、几个常用的基本定理,电路基础,三、几个常用的基本定理,电路基础,由于基尔霍夫第一、第二定律是建立在电荷守恒和能量守恒这两个基本物理定律的基础上的，因此它们是支配电路中电压和电流的基本定律。,三、几个常用的基本定理,电路基础,（一）叠加原理 线性电路中，两个或两个以上独立电源同时作用产生的效应，等于每个独立电源单独作用产生的效应之和。 （二）等效电压源定理（戴文南定理） 任何有源线性二端网络，可用一个恒压源串联一个等效阻抗来代替。 （三）等效电流源定理（诺顿定理） 任何有源线性二端网络，可用一个恒流源并联一个等效阻抗来代替。,三、几个常用的基本定理,电路基础,（四）电源变换 图2-1-22 电源变换,四、复杂电路的计算方法,电路基础,四、复杂电路的计算方法,电路基础,（一）节点法 节点法是建立在基尔霍夫第一定律基础上的，它以电路中各个节点对于某一参考节点的电压为求和量，这些未知电压称为节点电压，因此节点法又称为节点电压法。 （二）回路法 回路法是以基尔霍夫第二定律为基础的，它以电路中各独立回路的回路电流为未知量，因而又称它为回路电流法。,低频电子线路与应用,第二节,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,二极管 双极三极管 场效应管（MOS管、结型场效应管） 晶闸管,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,半导体二极管（Diode）是电子电路的基本器件之一，是一种具有单方向导电特性的无源半导体器件。 图2-2-1常用的几种二极管的外形图,（一）半导体二极管,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,纯净的半导体材料称为本征半导体。 本征半导体中掺入微量的磷、砷等五价元素杂质，便可制成N型半导体； 本征半导体中掺入微量的硼、镓或铟等三价元素杂质，便可制成P型半导体。 （1）二极管的基本结构 二极管的是由一个PN结，加上相应的电极引线和管壳封装而成。故其所有特性都取决于PN结特性。,（一）半导体二极管,1二极管的结构与分类,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,图2-2-2 半导体二极管的结构 a） 点接触型 b) 面接触型 c) 平面型,（一）半导体二极管,1二极管的结构与分类,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,（2）二极管分类及特殊的二极管 如果按材料分类，有锗二极管和硅二极管。 若按用途分类，有整流二极管、稳压二极管、检波二极管、开关二极管和普通二极管等。 若按功率分类，有大功率二极管和小功率二极管。 若按频率分类，有低频二极管和高频二极管。,（一）半导体二极管,1二极管的结构与分类,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,特殊的二极管 1）稳压二极管 2）功率二极管 3）肖特基二极管 4）发光二极管 此外还有光电二极管、激光二极管、隧道二极管等其他特殊二极管。,（一）半导体二极管,1二极管的结构与分类,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,图2-2-3 图2-2-4 稳压管电路符号 发光二极管电路符号,（一）半导体二极管,1二极管的结构与分类,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,（1）二极管的伏安特性曲线 PN结的伏安特性曲线可近似地把它认为二极管的伏安特性曲线。 1）正向特性 2）反向特性 3）反向击穿特性,（一）半导体二极管,2半导体二极管的特性曲线,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,图2-2-5 二极管的伏安特性曲线,（一）半导体二极管,2半导体二极管的特性曲线,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT，简称三极管）也是以PN结为基础的半导体器件。 图2-2-6 BJT的几种常见外形,（二）双极型晶体管（BJT）,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,根据结构可分为两种类型： NPN型 PNP型,（二）双极型晶体管（BJT）,1BJT的基本结构,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,a） b) c) d） e) 图2-2-7 BJT的结构和电路符号 a) NPN型管的结构示意图 b) NPN型管的管芯结构剖面图 c) NPN型管的电路符号d) PNP型管的结构意图 e) PNP型管的电路符号,（二）双极型晶体管（BJT）,1BJT的基本结构,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,图2-2-8 三极管工作原理示意图,（二）双极型晶体管（BJT）,2工作原理,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,BJT按照用途划分种类更多，主要有下列一些： 普通管，用于一般对电流、电压等参数要求不高的场合。 低噪声高 管，用于前置放大器中，它的噪声很小，而在小电流情况下又有较大的电流放大系数 。 功率放大管（简称功放管），用于信号的功率放大。 高频管，它的高频特性好，用于高频电路中。 开关管，它起电子开关的作用，即控制电路的通、断。 达林顿管，也叫复合管。它具有高电流放大系数，用于功率放大和驱动电路。,（二）双极型晶体管（BJT）,3三极管的分类,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,（a）NPN达林顿管 （b）PNP达林顿管 图2-2-9 达林顿管的结构,（二）双极型晶体管（BJT）,3三极管的分类,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,（1）集电极电流与发射极电流放大系数 （2）基极集电极电流放大系数 （3）输入输出特性,（二）双极型晶体管（BJT）,4BJT的技术特性,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,图2-2-10 三极管共发射极电路的输入、输出特性曲线,（二）双极型晶体管（BJT）,4BJT的技术特性,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,（4）三极管的饱和与截止特性 （5）频率特性 （6）温度特性 （7）噪声特性,（二）双极型晶体管（BJT）,4BJT的技术特性,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,场效应管（Field Effective Transistor，FET）是一种通过输入信号控制输出电流的器件。 场效应管除了具有双极型三极管的体积小、重量轻、寿命长等优点外，还具有输入阻抗高、动态范围大、热稳定性能好、抗辐射能力强、制造工艺简单等优点。 场效应管有两种类型 结型场效应管（JFET） 绝缘珊型场效应管（MOSFET）,（三）MOS场效应管与CMOS技术,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,（1）基本结构 图2-2-11 N沟道增强型MOS管的基本结构与电路符号,（三）MOS场效应管与CMOS技术,1MOS场效应管,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,（2）基本工作原理 图2-2-12 N沟道绝缘珊型场效应管的工作原理图,（三）MOS场效应管与CMOS技术,1MOS场效应管,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,（3）MOS管技术特性 1）转移特性曲线 2-2-13 N沟道增强型MOSVF特性曲线 a) 输出特性曲线 b) 转移特性曲线,（三）MOS场效应管与CMOS技术,1MOS场效应管,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,2）跨导gm 3）MOS场效应管的截止与导通特性 4）频率特性 5）温度特性 6）噪声特性,（三）MOS场效应管与CMOS技术,1MOS场效应管,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,CMOS技术，是指利用两个不同导电沟道的MOS管构成互补型MOS管对，并以此作为基本元件来设计电路的一种集成电路设计和制造技术。 CMOS电路，就是由NMOS管和PMOS管构成的电路。,（三）MOS场效应管与CMOS技术,2. CMOS技术,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,（a）电路 （b）集成电路常用符号 2-2-14 CMOS的集成电路结构、标准符号,（三）MOS场效应管与CMOS技术,2. CMOS技术,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,与MOS管相同，结型场效应管也是利用电场控制载流子的工作原理设计而成的。与MOS管不同的是，结型场效应管中没有绝缘珊，完全依靠PN结的反向特性。因此，结型场效应管的输入电阻较MOS管的要小。,（四）结型场效应管,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,a) N沟道结构示意图 b) N沟道电路符号 c）P沟道结构示意图 d) P沟道电路符号 2-2-15 JVF的结构示意图和电路符号,（四）结型场效应管,1基本结构,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,图2-2-16 N沟道JVF正常工作所需的电压极性,（四）结型场效应管,2基本工作原理和特性曲线,一、半导体电子元器件,低频电子线路与应用,a) b) 图2-2-17 N沟道JVF特性曲线 a) 输出特性曲线 b) 转移特性曲线,（四）结型场效应管,2基本工作原理和特性曲线,二、集成电路,低频电子线路与应用,二、集成电路,低频电子线路与应用,（1）简化了电子系统设计 （2）提高了电路的性能 （3）提高了系统标准化程度 （4）减少了电路的体积,（一）概述,1集成电路的基本特征,二、集成电路,低频电子线路与应用,（1）模拟集成电路 （2）数字集成电路,（一）概述,2集成电路的分类,二、集成电路,低频电子线路与应用,（1）放大组态电路模块 三极管组态放大电路模块 场效应管组态放大电路模块,（二）集成电路的基本结构,1模拟集成电路的基本电路模块,二、集成电路,低频电子线路与应用,（a）共射极电路模块 b）共基极电路模块 c）共集电极电路模块 图 2-2-19三极管的三种组态电路模块。,（二）集成电路的基本结构,1模拟集成电路的基本电路模块,二、集成电路,低频电子线路与应用,（2）差分放大电路模块 （a）增强型MOS管作为漏极电阻 （b）电流镜作为漏极电阻 图2-2-20 MOS管共源极放大电路模块。,（二）集成电路的基本结构,1模拟集成电路的基本电路模块,二、集成电路,低频电子线路与应用,图2-2-21 图2-2-22 MOS管共漏极放大电路模块 MOS管共栅极放大电路模块,（二）集成电路的基本结构,1模拟集成电路的基本电路模块,二、集成电路,低频电子线路与应用,图2-2-23 图2-2-24 三极管差分放大电路模块 MOS管差分放大电路模块,（二）集成电路的基本结构,1模拟集成电路的基本电路模块,二、集成电路,低频电子线路与应用,（3）电流源模块 （4）输出电路模块 图2-2-25 2-2-26 威尔森电流镜电路模块 甲乙类互补输出电路,（二）集成电路的基本结构,1模拟集成电路的基本电路模块,二、集成电路,低频电子线路与应用,反馈是指将放大系统输出信号（电压或电流）的一部分或全部通过一定的网络（电路）回送到输入端或输入回路，并同输入信号一起参与放大器的输入控制作用，从而调节输入信号的过程。,（二）集成电路的基本结构,2. 模拟集成电路的反馈,二、集成电路,低频电子线路与应用,反馈的分类可以有以下几种形式。 根据反馈信号相对于输入信号的不同极性可将反馈分为正反馈和负反馈。 根据反馈信号的交、直流属性，反馈又可分为交流反馈、直流反馈和交直流反馈。 根据反馈信号采样属性，反馈还可分为电压反馈和电流反馈。 根据反馈信号与输入信号的相加属性，反馈还可分为串联反馈和并联反馈。,（二）集成电路的基本结构,2. 模拟集成电路的反馈,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,三、典型模拟电子电路,处理连续时间模拟信号的电路叫做模拟电路，它是电子信息工程的一个重要应用技术。模拟电路主要包括放大电路、振荡电路、滤波电路、信号运算电路等。 这些电路的共同特点就是电路容易受到外界环境的干扰，同时由于电路元器件的原因，电路设计参数也将随时间变化，这些都是模拟电路或系统的重大缺陷。,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,(1) 虚短 虚短是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。 (2) 虚断 “虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。,（一）理想运算放大电路,1理想放大器简介,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,（1）反向比例放大器 （2）同向比例放大器 （3）差分放大器 （4）加法电路 （5）减法电路 （6）一阶积分电路 （7）一阶微分电路,（一）理想运算放大电路,2理想放大器应用典型放大电路,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,图 2-2-28 图2-2-29 图2-2-30 反向比例放大电路 同向比例放大电路 差分放大电路,（一）理想运算放大电路,2理想放大器应用典型放大电路,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,图 2-2-31 图 2-2-32 三信号反向输入加法电路 反向电路实现减法功能,（一）理想运算放大电路,2理想放大器应用典型放大电路,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,图2-2-33 图.2-2-34 一阶积分电路 一阶微分电路,（一）理想运算放大电路,2理想放大器应用典型放大电路,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,工程上把能够产生多种信号的仪器设备叫做函数发生器。 图2-2-35 信号发生器电路的一般结构,（二）信号发生电路,1信号发生器的基本概念,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,对于某些比较特殊的波形，如方波信号、正弦波信号、三角波信号等，可以直接利用振荡电路和积分电路等来实现。 根据电路频域分析和反馈分析的基本概念和理论，具有正反馈结构的电路具备形成振荡的基本条件。 在没有外来输入信号作用时，仍能输出具有一定幅度的周期信号的电路，叫做振荡电路。,（二）信号发生电路,2基本振荡电路,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,（1）正弦波振荡电路 图2-2-36 简单正弦振荡器 图 2-2-37 正弦波振荡器的等效闭环系统,（二）信号发生电路,2基本振荡电路,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,2-2-16 （2）脉冲信号（或矩形波）发生电路 在数字电路系统中，系统需要有一个统一的节拍信号，以便使系统各部分电路协调一致地工作，这个节拍信号就叫做系统时钟。 电子技术中产生脉冲信号的电路叫做脉冲数字发生电路，也叫做时钟发生电路。,（二）信号发生电路,2基本振荡电路,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,图2-2-38 脉冲信号发生电路,（二）信号发生电路,2基本振荡电路,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。,（三）滤波电路,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,高通滤波器HP（High Pass） 当允许信号中的较高频率的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做高通滤波器。 低通滤波器LP（Low Pass） 当允许信号中的较低频率的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做低通滤波器。 带通滤波器BP（Band Pass） 当只允许信号中的某个频率范围内的成分通过滤波器时，这种滤波器叫做带通滤波器。 带阻滤波器BR（Band rejection） 它与带通滤波器正好相反，对某个频率范围的信号进行衰减，而对高于或低于这个频带的频率则加以传输的滤波器叫做带阻滤波器。,（三）滤波电路,1滤波器的基本概念,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,图 2-2-43 各种滤波器的理想幅频特性 a）低通 b）高通 c）带通 d）带阻,（三）滤波电路,1滤波器的基本概念,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,对滤波器的分析采用复频率函数，即用复频率s来表示j,因此滤波器的输出电压Uo(s)与输入电压Ui(s)的关系用复频率表示的传递函数为 2-2-23 式中分母s的幂次数称为滤波器的阶数。所以滤波器可分为一阶、二阶和高阶滤波器。阶数越高，其幅频特性的过渡带越陡峭，滤波性能越好。,（三）滤波电路,2滤波器的传递函数,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,低通滤波器的功能是：让直流到指定截止角频率H的低频信号通过，而角频率大于H的高频信号受到很大衰减，其通带带宽为H。 在一阶RC低通电路的输出端加上一个同相比例运放，就可构成一个简单的一阶低通滤波器，如图2-2-44所示。其电压传递函数为 2-2-24,（三）滤波电路,3一阶低通滤波器,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,式中 为同相比例电压放大倍数即为该滤波器的通带电压放大倍数。式中的分母为s的一次幂，故称为一阶低通有源滤波器。 图 2-2-44 一阶低通滤波器,（三）滤波电路,3一阶低通滤波器,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,高通滤波器的功能是：让高于指定角频率 的高频信号通过，而使低于角频率 的低频信号受到很大衰减。 如果将RC低通滤波器中起滤波作用的电阻、电容的位置互换，便成为高通滤波器。二阶压控电压源高通滤波器，如图2-2-45所示。,（三）滤波电路,4二阶高通滤波器,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,图 2-2-45 压控高通滤波器,（三）滤波电路,4二阶高通滤波器,三、典型模拟电子电路,低频电子线路与应用,二阶高通滤波器的传递函数为 2-2-25 式中 。令 、 ，则有 2-2-26,（三）滤波电路,4二阶高通滤波器,数字逻辑电子技术概述,第三节,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,一、数字逻辑电路的基本特征,用于传输、处理数字信号的电路称为数字电路，也称为数字逻辑电路。 数字逻辑，就是用数字的方式描述事物的逻辑关系的工程方法。 数字电路就是用电子技术实现的、具有数字逻辑信号处理能力的电子电路。 数字逻辑电路只能处理代表逻辑变量的电信号数字逻辑信号。 数字逻辑模型描述了系统的理想逻辑行为特性，而物理模型则描述了实现数字逻辑行为的电路行为特性。,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,按照电路所用器件的不同，数字集成电路可分为 双极型（晶体三极管型） 标准型TTL 高速型TTL（HTTL） 低功耗型TTL（LTTL） 肖特基型TTL（STTL） 低功耗肖特基型TTL（LSTTL） 单极型（场效应管型） JFET、 NMOS、 PMOS、 CMOS,1数字逻辑电路的分类,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,根据电路逻辑功能的不同，数字电路又可分为 组合逻辑电路 时序逻辑电路,1数字逻辑电路的分类,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,数字逻辑的基本分析概念，是数字逻辑与系统分析和设计的基础，也是学习数字电路的基础。 数字逻辑分析就是用数学的方法描述和研究事物逻辑关系的科学与工程技术。,2数字逻辑与数字逻辑系统的基本概念,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,（1）逻辑关系和逻辑系统 在工程实际中，有些事件之间的关系不需要考虑数量，只需要考虑各事件之间的“有”、“无”及逻辑因果关系，这种关系就叫做逻辑关系，描述逻辑关系的系统叫做逻辑系统。,2数字逻辑与数字逻辑系统的基本概念,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,（2）数字逻辑 由于事件的逻辑关系只有“有”或“无”两种可能，所以可以用1和0来代表某一个事件的逻辑状态，这样就可以用数学方法描述事件状态和不同事件之间的逻辑关系。这种用“1”和“0”描述的逻辑关系叫做数字逻辑。,2数字逻辑与数字逻辑系统的基本概念,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,（3）数字逻辑变量 数字逻辑变量也叫做逻辑变量，是指代表时间逻辑状态的变量，如A、B、C等。,2数字逻辑与数字逻辑系统的基本概念,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,（4）数字逻辑基本运算 逻辑或运算。所谓“或”运算，表示的是n个逻辑状态中，只要其中一个满足条件即可。或运算的运算符号为“+”，与代数运算中的加法相同。 例如1+1=1，1+0=1，0+0=0等。 逻辑与运算。所谓“与”运算，表示的是n个逻辑状态必须同时满足条件才行。逻辑与运算的运算符号是“” 或者不要符号，与代数运算中的乘法符号相同。 例如 10=0, 11=1, 00=0 等。 逻辑非运算。所谓逻辑非运算，表示的是使逻辑状态变成相反状态的运算，其运算符号是在原逻辑状态顶部加一条横线。 例如 ， 。,2数字逻辑与数字逻辑系统的基本概念,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,（5）数字逻辑系统 数字逻辑系统是指以数字方式工作的逻辑系统。,2数字逻辑与数字逻辑系统的基本概念,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,数字电路是指与模拟电子电路相对应的一种特殊电路，是用来实现数字逻辑系统的基本电子电路。,3数字电路的基本概念,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,（1）数字电路信号和逻辑电平 以逻辑电平表示的信号叫做数字电路信号（或叫做数字逻辑信号），简称为数字信号或逻辑信号。理想的数字信号如图2-3-1所示。 图2-3-1模拟与数字信号的对比,3数字电路的基本概念,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,数字电路信号的基本特征： 数字电路信号用电压高低表示逻辑值。 数字信号在高电平和低电平之间快速变化，因此又叫做脉冲信号。 数字电路对数字信号采用门限值判别方法。,3数字电路的基本概念,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,（2）数字电路的基本特点 数字电路只能处理二值信息高电平和低电平表示逻辑值。 数字电路系统结构设计的基本依据是逻辑系统结构。 数字电路是由几种最基本的单元电路组成的，这些基本单元电路对元件的精度要求不高，允许有较大的误差范围。 数字电路的基本参数都采用标准参数。在工程实际中为了实现电路的通用性，数字电路的基本参数都采用标准参数。 数字电路能够对数字信号进行各种逻辑运算和算术运算。,3数字电路的基本概念,一、数字逻辑电路的基本特征,数字逻辑电子技术概述,（3）数字电路的物理模型 数字电路的物理模型，是指根据数字电路的工作条件和电路结构所绘制的数字电路图。,3数字电路的基本概念,二、数字集成电路的基本逻辑门电路,数字逻辑电子技术概述,二、数字集成电路的基本逻辑门电路,数字逻辑电子技术概述,基本逻辑门电路只有非门、与门和或门三种，所有其他数字电路全部是由这三种逻辑门电路组成的。,二、数字集成电路的基本逻辑门电路,数字逻辑电子技术概述,1. 非门 输入、输出信号反向（即输入为高电平是输出为低电平，或输入为低电平是输出为高电平）的数字逻辑电路，叫做非门电路，逻辑表达式为 。 非门的逻辑符号和逻辑电路符号如图2-3-3所示 图2-3-3 非门逻辑符号和电路符号,二、数字集成电路的基本逻辑门电路,数字逻辑电子技术概述,2. 与门 所有输入信号为高电平时输出才是高电平，否则输出为低电平，这样的数字逻辑电路叫做与门电路。 图2-3-4显示了二输入与门电路的逻辑符号和逻辑电路符号，与门电路的逻辑表达式为YAB。 图2-3-4 与门电路的逻辑符号,二、数字集成电路的基本逻辑门电路,数字逻辑电子技术概述,3. 或门 所有输入信号中，只要有一个为高电平输出就是高电平，这样的数字逻辑电路叫做或门电路。或门电路的逻辑表达式为YAB。图2-3-5是二输入或门电路的逻辑符号和逻辑电路符号。 图2-3-5 或门电路的逻辑符号,三、数字逻辑电路,数字逻辑电子技术概述,三、数字逻辑电路,数字逻辑电子技术概述,数字逻辑信号处理电路就是通常所说的数字电路。从系统角度看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序电路两大类。 组合逻辑电路是指用数字逻辑电路器件所实现的逻辑表达式或真值表。组合逻辑电路的特点是电路输出与电路原来所处的状态无关。 时序逻辑电路是指用数字逻辑电路器件所实现的逻辑状态方程。时序逻辑电路的特点是电路中存在反馈，电路的输出不仅与当前输入有关，还与电路原来所处状态有关。,三、数字逻辑电路,数字逻辑电子技术概述,对于图2-3-12所示的8位数据开关电路结构，Ai是8位办公设备数据端，Bi是8位输出数据端，P是控制信号端。当控制信号有效时允许数据输出（开关打开），控制信号无效时截止。每一位的输出逻辑为Bi=AiP,1组合逻辑电路,三、数字逻辑电路,数字逻辑电子技术概述,组合逻辑电路：当前的输出状态，决定与当前的输入状态（不具有记忆功能）。组合电路的基本单元，门电路。 时序逻辑电路:当前的输出状态，不仅决定与当前的输入状态，还决定于（具有记忆功能）电路原先的输出状态。时序电路的基本单元，触发器。,2触发器与时序电路,三、数字逻辑电路,数字逻辑电子技术概述,依据触发器的逻辑功能，触发器的组成必须满足以下三个条件： （1）必须具备两种可能的状态，即0态和1态，用以记忆二值逻辑的特征值0和1； （2）状态应能够预置，即触发器都具有置位（置1）、复位（置0）控制端，通常用 或S、 或R表示； （3）触发器必须能在外部信号的激励下进行状态的转换，这些信号的激励作用必须在触发脉冲（时钟脉冲CP或触发器的前一次输出状态）的同步控制下进行。,2触发器与时序电路,四、EDA技术与现代电子设计方法概述,数字逻辑电子技术概述,四、EDA技术与现代电子设计方法概述,数字逻辑电子技术概述,现代电子设计方法作为一门新的学科，其理论基础和知识体系需要进一步完善。 现代电子设计方法是现代电子设计的基础，是电子线路、电子系统整机设计集成电路芯片设计的方法学。,四、EDA技术与现代电子设计方法概述,数字逻辑电子技术概述,掌握现代电子设计方法EDA技术方法，用好先进的电子设计工具EDA工具，学好EDA工程语言VHDL或Verilog HDL，是现代电子行业的工程技术人员、电子类专业的学生必备的知识基础。除此之外，掌握硬件描述语言、C+语言、计算数学、数据变换及相关的工程数学知识则是对IC硬件设计人才和EDA工具设计人才的基本要求。,高频电路及应用概述,第四节,高频电路及应用概述,电子信息专业所讲的高频电路主要是指无线电电路，通常用于无线电波的发射、接收、调制、解调和放大等。高频电路的应用非常广泛，小到蓝牙无线耳机、汽车门锁的遥控、半导体收音机、电视机和手机等，大到卫星遥测、航天和航空等。 无线电波是一种波长比较长的电磁波，电磁波的波谱很宽，除了无线电波以外还有红外线、可见光、紫外线、X射线和宇宙射线等。,高频电路及应用概述,波长与频率的关系如下： c= 式中：c为光速；为无线电波的频率； 为无线电波的波长。 表2-4-1列出了无线电波的频段划分、主要传播方式和用途。从中可以看出无线电波是一种频率相对较低的电磁波。,表2-4-1 无线电波的频段、传播方式与用途,高频电路及应用概述,表中列出的频段、传播方式和用途的划分是相对而言的，相邻频段间无绝对的分界线。 电波在无线信道中传播的主要方式可分为三种：地波（绕射）传播、天波（反射和折射）传播和直线（视距）传播。,高频电路及应用概述,图2-4-1 无线电波的主要传播方式,一、无线电广播系统的基本原理,高频电路及应用概述,一、无线电广播系统的基本原理,高频电路及应用概述,图2-4-2调幅中波广播发射机的组成方框图,一、无线电广播系统的基本原理,高频电路及应用概述,图2-4-3 调幅中波广播接收机的组成方框图,二、正弦波振荡电路,高频电路及应用概述,二、正弦波振荡电路,高频电路及应用概述,振荡电路的功能是在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率、一定波形和一定振幅的交变振荡信号输出。,二、正弦波振荡电路,高频电路及应用概述,1、振荡电路的分类 振荡器的种类很多，按振荡器产生的波形，可分为： 正弦波振荡器 非正弦波振荡器 按产生振荡的原理，可分为： 反馈型 负阻型,二、正弦波振荡电路,高频电路及应用概述,图2-4-4 互感耦合振荡电路,图2-4-5电压控制型负阻振荡电路,二、正弦波振荡电路,高频电路及应用概述,2、在设计振荡电路时要考虑的主要技术指标 振荡电路的主要技术指标是，振荡频率、频率稳定度、振荡幅度和振荡波形等。对于每一个振荡器来说，首要的指标是振荡频率和频率稳定度。对于不同的设备，在频率稳定度上是有不同要求的。,三、高频信号的幅值和功率控制,高频电路及应用概述,三、高频信号的幅值和功率控制,高频电路及应用概述,高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，其主要用途是做接收机的高频放大器和中频放大器。 高频小信号放大器按照所放大信号的频谱宽窄可分为宽带放大器和窄带放大器；按照所用负载的性质可分为谐振和非谐振放大器。,1、高频小信号放大器,三、高频信号的幅值和功率控制,高频电路及应用概述,在设计高频小信号放大器时一般要考虑的技术指标有： 电压增益：电压增益(Au)是放大器输出电压与输入电压之比。 功率增益：功率增益 (Ap)是放大器输出给负载的功率与输入功率之比。 通频带：通频带是放大器的电压增益下降到最大值的 倍时，所对应的频带宽度。 矩形系数：矩形系数是表征放大器选择性好坏的一个参量。 噪声系数：噪声系数是用来表征放大器本身噪声性能好坏的一个参量。,1、高频小信号放大器,三、高频信号的幅值和功率控制,高频电路及应用概述,为了有效地实现远距离传输，通常是用要传送的信息对较高频率的载频信号进行调频或调幅。经过高频功率放大达到较大功率，再通过天线辐射出去。 高频功率放大器的特点是放大信号频率高，要求输出功率高和效率高。,2、高频功率放大器,三、高频信号的幅值和功率控制,高频电路及应用概述,高频功率放大器的功能是用小功率的高频输入信号去控制高频功率放大器将直流电源供给的能量转换为大功率的高频能量输出。 在设计高频功率放大器时一般要考虑的是高频输出功率、效率、功率增益和谐波抑制度等。,2、高频功率放大器,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,将需传送的基带信号加载到高频信号上去的过程称为调制。解调是调制的相反过程，是从高频已调信号中取出调制信号。 根据频率信号的三个要素，调制解调电路对应的有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）三种基本形式。我们用u(t)来表示需传送的信息(调制信号)，用uc(t)=Ucmcosct来表示高频载波信号，分别介绍这三种基本形式的调制解调电路。,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,调幅式调制电路 调幅波的数学表示式为： u(t)=Um (t)cosct=Ucm+kau(t)cosct 一般来说振幅调制电路是由输入回路，非线性器件和带通滤波器三部分组成。,1、调幅式调制解调电路（AM）,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,1、调幅式调制解调电路（AM）,图2-4-6 调幅波波形,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,调幅信号的解调电路 调幅信号的解调是振幅调制的相反过程，是从高频已调信号中取出调制信号。 当输入信号是高频等幅波 时，ui=uimsinit检波器输出为u0=U0直流电压，如图2-4-7(a)所示。 当输入信号是正弦调制的普通调幅信号 ui=uim(1+masint)sinit时，检波器输出电压为 u0=Uomsint，如图2-4-7(b)所示。 当输入信号是脉冲调制的调幅信号时，检波器输出电压为脉冲波，如图2-4-7(c)所示。,1、调幅式调制解调电路（AM）,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,1、调幅式调制解调电路（AM）,图2.4-7 检波器输入输出波形,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,根据输入的调幅信号的不同特点，检波电路可分为包络检波和同步检波两大类： 包络检波：是指检波器的输出电压直接反映输入高频调幅波包络变化规律的一种检波方式。 同步检波：主要是用于双边带调幅波和单边带调幅波的检波。,1、调幅式调制解调电路（AM）,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,检波电路由三部分组成： 高频输入回路 非线性器件 低通滤波器,1、调幅式调制解调电路（AM）,图2-4-8 振幅检波器组成方框图,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,在设计检波电路时要注意以下几个技术指标： 电压传输系数Kd：检波电路的电压传输系数是检波电路的输出电压和输入高频电压振幅之比。 等效输入电阻Rid ：等效输入电阻Rid的定义为输入等幅高频电压的振幅Uim与输入高频电流脉冲的基波分量振幅的比值，通常希望Rid尽可能大些，以减小对前级回路的影响。 非线性失真系数K ：非线性失真的大小，一般用非线性失真系数K表示： 式中U 、 U2 、U3 分别为输出电压中调制信号基波和各次谐波分量的有效值。,1、调幅式调制解调电路（AM）,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,调频式调制解调电路是利用频率信号的频率变化来体现信号的。调频主要应用于调频广播、广播电视、通信及遥测遥控等。,2、调频式调制解调电路（FM）,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,（1）调频式调制电路 频率调制的定义是高频振荡的振幅不变，而其瞬时频率随调制信号u(t)线性关系变化。这样的已调波称为调频波，常用FM表示。调频波的一般表示式为： 式中K为比例常数。实现调频的方法可分为模拟调频和数字调频两类。调频波波型如图所示：,2、调频式调制解调电路（FM）,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,2、调频式调制解调电路（FM）,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,直接调频 图2-4-9 可变电抗直接调频示意图,2、调频式调制解调电路（FM）,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,数字频率调制,2、调频式调制解调电路（FM）,图2-4-10频率键控法原理框图,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,调频波解调电路 调频波解调电路的功能是从调频波中取出原调制信号，也称鉴频器。当输入调频波u1(t)=Ucmcosct+2sint 时，其输出电压u0(t)=Umcost。实现调频信号解调的鉴频电路可分为模拟和数字两大类。,2、调频式调制解调电路（FM）,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,模拟调频波的解调电路 第一类：调频-调幅调频变换型。 第二类：相移乘法鉴频型。 第三类：脉冲均值型。,2、调频式调制解调电路（FM）,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,数字调频波的解调电路 第一类：包络解调法。 第二类：FSK信号同步解调。 第三类：过零检测法。,2、调频式调制解调电路（FM）,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,2、调频式调制解调电路（FM）,图2-4-13 FSK信号同步解调原理框图,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,2、调频式调制解调电路（FM）,图2-4-14 FSK过零检测法原理框图,四、调制解调电路,高频电路及应用概述,（1）调相式调制电路 相位调制的定义是高频振荡的