第1章__电子系统概述

1、12012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组熊熊 兰兰 电话：电话Email：2012年年9月月模拟电子技术模拟电子技术22012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 （信息）电子技术是研究电子器件、电子电路及（信息）电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的科学技术。包括：模拟电子技术、其应用的科学技术。包括：模拟电子技术、数字数字电子电子技术技术。 本课程是电气工程、计算机、自动化等专业的技本课程是电气工程、计算机、自动化等专业的技术基础课程，术基础课程，使学生掌握必须具备的电子技术

2、基础理使学生掌握必须具备的电子技术基础理论知识及基本技能，初步掌握阅读和分析简单电子电论知识及基本技能，初步掌握阅读和分析简单电子电路原理图的一般规律，路原理图的一般规律， 电子电路的设计，了解电子技电子电路的设计，了解电子技术在专业中的应用。术在专业中的应用。前前 言言不同于电力电子技术不同于电力电子技术32012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组信息电子技术与电力电子技术的信息电子技术与电力电子技术的相同与区别相同与区别 电力电子技术也称为功率电子技术，是使用电力电子技术也称为功率电子技术，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是电力电子器

3、件对电能进行变换和控制的技术，是应用于工业（电力）领域的电子技术。应用于工业（电力）领域的电子技术。相同之处相同之处 用于电能变换的电力电子器件和用于信息变换用于电能变换的电力电子器件和用于信息变换的电子器件制造技术的理论基础（基于半导体理论）的电子器件制造技术的理论基础（基于半导体理论）是一样的，其大多数工艺也是相同的。是一样的，其大多数工艺也是相同的。 电力电子电路和信息电子电路的许多分析方法电力电子电路和信息电子电路的许多分析方法也是一致的。也是一致的。42012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组区别之处区别之处 处理的功率不同，前者的功率比较小

4、，而后者变换的处理的功率不同，前者的功率比较小，而后者变换的“电力电力”功率可大到数百功率可大到数百MW甚至甚至GW，也可以小到数，也可以小到数W甚甚至至1W以下。以下。 电力电子学由电力学、电力电子学由电力学、电子学电子学和和控制理论控制理论三个学科交三个学科交叉而形成。叉而形成。 信息电子技术与电力电子技术的信息电子技术与电力电子技术的相同与区别相同与区别 典型的电力电子器件：大功率硅二极管、双极型功率晶典型的电力电子器件：大功率硅二极管、双极型功率晶体管和晶闸管、门极可关断晶闸管体管和晶闸管、门极可关断晶闸管(GTO) 、功率场效应晶体管、功率场效应晶体管(power MOSFET)和功

5、率静电感应晶体管和功率静电感应晶体管(SIT) 、绝缘栅双极、绝缘栅双极型晶体管（型晶体管（IGT或或IGBT）和）和MOS控制晶闸管（控制晶闸管（MCT）等等。）等等。 52012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组1. 本课程的性质本课程的性质 技术基础课技术基础课2. 特点特点 非纯理论性课程，实践性很强非纯理论性课程，实践性很强 以工程实践的观点来处理电路中的一些问题以工程实践的观点来处理电路中的一些问题3. 研究内容研究内容 以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作原理、特点及性能指标

6、等。路的工作原理、特点及性能指标等。4. 教学目标教学目标 能够对一般的、常用的电子电路进行分析，同时对较能够对一般的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计。简单的单元电路进行设计。前前 言言62012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组学习本课程的难点和要求学习本课程的难点和要求1.内容多、学时少内容多、学时少2.概念抽象，较难理解和掌握概念抽象，较难理解和掌握3.知识相关性强、各知识点紧密联系知识相关性强、各知识点紧密联系 上课认真记笔记或标注，上课认真记笔记或标注， 课后复习、预习、作业课后复习、预习、作业 及时解决疑问，系统学习

7、及时解决疑问，系统学习72012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组掌握特有概念与方法掌握特有概念与方法学习中要掌握的工程分析方法学习中要掌握的工程分析方法 定量估算，合理的近似定量估算，合理的近似 正确地选择电路模型正确地选择电路模型使用电路仿真与分析软件使用电路仿真与分析软件Multisim;Pspice等等实验调试是基本功实验调试是基本功总结总结:采用定性分析、定量估算、仿真模拟和实验采用定性分析、定量估算、仿真模拟和实验调试相结合的分析方法调试相结合的分析方法本课程的学习方法本课程的学习方法82012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课

8、程组电气工程学院电子技术课程组参考教材和资料参考教材和资料 1.电子技术基础电子技术基础-模拟部分（第模拟部分（第5版）版）主编：康华光，高等教育出版社，主编：康华光，高等教育出版社，2006年年01月月 。 2.电子技术基础模拟部分电子技术基础模拟部分(第第5版版)-同步辅导及习题全解同步辅导及习题全解 主编：夏应龙，主编：夏应龙， 中国矿业大学出版社，中国矿业大学出版社，2007年年08月月 3.模拟电子技术基础（第模拟电子技术基础（第4版）版）主编：童诗白，华成英，高等教育出版社，主编：童诗白，华成英，高等教育出版社， 2006年年1月月 4. 模拟电子技术基础（第模拟电子技术基础（第4

9、版）习题解版）习题解主编：华成英，高等教育出版社，主编：华成英，高等教育出版社，2007年年3月月92012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组特别要求特别要求 1.保持良好的课堂纪律，不迟到、早保持良好的课堂纪律，不迟到、早退、旷课、闲聊，退、旷课、闲聊，手机静音手机静音。 2.作业认真，书写工整规范，作业认真，书写工整规范，特别强特别强调要独立完成调要独立完成。 3.积极参加答疑，及时反馈意见。积极参加答疑，及时反馈意见。102012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组模拟电子技术：模拟电子技术： 半导体器件（

10、二极管、三半导体器件（二极管、三极管、场效应管等）极管、场效应管等） 电子电路（放大器、滤波电子电路（放大器、滤波器、集成运算放大器、波形器、集成运算放大器、波形发生器、直流稳压电源）。发生器、直流稳压电源）。数字电子技术：数字电子技术： 半导体器件（门电路、触发半导体器件（门电路、触发器等）；器等）； 电子电路（组合逻辑电路、电子电路（组合逻辑电路、时序逻辑电路、半导体存储器时序逻辑电路、半导体存储器和可编程逻辑器件和可编程逻辑器件PLD、数模、数模与模数转换器等）。与模数转换器等）。课程内容体系课程内容体系112012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课

11、程组1.1 电力系统与电子系统电力系统与电子系统1.2 信号及其频谱信号及其频谱1.3 电子系统组成框图电子系统组成框图1.4 电子技术及其发展概述电子技术及其发展概述第第1 1章章 电子系统概述电子系统概述122012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组1.1 1.1 电力系统与电子系统电力系统与电子系统 电力系统电力系统是由发电厂、输电网、配电网和电力用户组成的是由发电厂、输电网、配电网和电力用户组成的整体，是将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统整体，是将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统一系统。一系统。 主要作用：实现电能的生产

12、、变换、传输、分配和使用。主要作用：实现电能的生产、变换、传输、分配和使用。6.3,10.5kV3.15kV6.3kV,10.5kV400/230V1000,500,330,220,110,35kV国标国标132012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 发电厂发电厂3.15kV6.3kV10.5kV13.8kV18kV升压升压输电线输电线220kV330kV500kV1000kV降压降压变电站变电站3kV6kV10kV降压降压用户（日用户（日常常/生产）生产）3kV6kV 380 / 220V36V降压降压我国电力系统的发输配电变压器电压等级我国电力系

13、统的发输配电变压器电压等级142012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 发电厂和变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。发电厂和变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。 一次设备（也称主设备）是构成电力系统的主体，它是直一次设备（也称主设备）是构成电力系统的主体，它是直接生产、输送和分配电能的设备，包括发电机、电力变压器、接生产、输送和分配电能的设备，包括发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电线路等。断路器、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电线路等。 一次设备及其连接的回路称为一次回路。一次设备及其连接的回路称为一次回路。 二

14、次设备是对一次设备进行控制、调节、保护和监测的设二次设备是对一次设备进行控制、调节、保护和监测的设备，它包括控制器具、继电保护和自动装置、测量仪表、信号备，它包括控制器具、继电保护和自动装置、测量仪表、信号器具等。二次设备通过电压互感器和电流互感器与一次设备取器具等。二次设备通过电压互感器和电流互感器与一次设备取得电的联系。得电的联系。 二次设备按照一定的规则连接起来以实现某种技术要求的二次设备按照一定的规则连接起来以实现某种技术要求的电气回路称为二次回路。电气回路称为二次回路。 电力系统还包括为保证其安全可靠运行的继电保护和安全自动电力系统还包括为保证其安全可靠运行的继电保护和安全自动装置装

15、置,调度自动化和通信等辅助系统调度自动化和通信等辅助系统(又称二次系统又称二次系统)。 电力系统的构成电力系统的构成152012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 电子电路是由电子元件组成的、实现特定功能的电路。电子电路是由电子元件组成的、实现特定功能的电路。 电子系统电子系统是由电子电路和传输介质组成的、完成是由电子电路和传输介质组成的、完成特定功能的整体。特定功能的整体。 电子系统电子系统162012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组计算机主板计算机主板172012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技

16、术课程组电气工程学院电子技术课程组 与与电力系统处理能量电力系统处理能量不同，电子系统的主要作用是实现不同，电子系统的主要作用是实现电信电信号号的产生、获取、放大、变换、传输、识别和应用等功能（或的产生、获取、放大、变换、传输、识别和应用等功能（或部分功能），处理的对象是电信号。部分功能），处理的对象是电信号。 信号信号是随时间变化的某种物理量，是信息的表现形式与传是随时间变化的某种物理量，是信息的表现形式与传送载体。例如，体温反映人的健康信息，体温送载体。例如，体温反映人的健康信息，体温37oC表示健康，表示健康，38oC表示略有小疾。表示略有小疾。 一般情况下，用电子系统处理电信号一般情况

17、下，用电子系统处理电信号(电压或电流电压或电流)比其他方式比其他方式（如机械方式）容易、成本低和可靠性高，故通常将各种非电信（如机械方式）容易、成本低和可靠性高，故通常将各种非电信号转换为电信号再进行处理。号转换为电信号再进行处理。 因此，电子系统成为信息化社会的物质基础，例如通信系统、因此，电子系统成为信息化社会的物质基础，例如通信系统、电视系统、计算机系统和工业控制系统等。电视系统、计算机系统和工业控制系统等。 电子系统电子系统182012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组有线扩音系统有线扩音系统拾音器拾音器音频音频放大器放大器扬声器扬声器传感器传

18、感器(或换能器或换能器)：将非电信号转换为电压或电流信号，是电子将非电信号转换为电压或电流信号，是电子系统实际的系统实际的信号源信号源之一。之一。音频放大器：音频放大器：实现电压和功率放大的电子电路。实现电压和功率放大的电子电路。电压电压（弱）（弱）电压电压（强）（强）声音声音（强）（强）声音声音（弱）（弱）执行器：执行器：将电信号还原为原始的非电信号的部件，去影响物理世将电信号还原为原始的非电信号的部件，去影响物理世界。通常用电阻模拟，作为电子系统的界。通常用电阻模拟，作为电子系统的负载负载。 end 电子系统电子系统192012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院

19、电子技术课程组1.2 信号及其频谱信号及其频谱1.2.1 信号信号1.2.2 信号的频谱信号的频谱电路的组成电路的组成信信号号源源负负载载电电 子子系系 统统202012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 信号信号是随时间变化的某种物理量，是信息的表现是随时间变化的某种物理量，是信息的表现形式与传送载体形式与传送载体 。 传感器作为电子系统的一种实际信号源，可等效传感器作为电子系统的一种实际信号源，可等效为电压源或电流源，是时间的函数。为电压源或电流源，是时间的函数。R+-)(tvR)(ti1.2.1 信信 号号电压源电压源电流源电流源212012年年

20、9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 如果电压（或电流）在某个值域内可连续取值则称为如果电压（或电流）在某个值域内可连续取值则称为连续连续信号或模拟信号信号或模拟信号。 例如，电压是时间的正弦函数例如，电压是时间的正弦函数)sin()(tVtvm 值域值域: -Vm,+Vm 如果电压（或电流）在某个值域内只能是某个单位量的整如果电压（或电流）在某个值域内只能是某个单位量的整倍数则称为倍数则称为离散信号或数字信号离散信号或数字信号。 例如，单位量为例如，单位量为1mV，数字电压信号的幅值只能是，数字电压信号的幅值只能是0 mV、1 mV、2 mV、n mV 。

21、 )(tv)(tv)(tvtoto 模拟信号模拟信号to 多值数字信号多值数字信号二值数字信号二值数字信号1.2.1 信信 号号222012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 模拟电路模拟电路（Analog Circuit）是处理模拟信号的电子电路，）是处理模拟信号的电子电路，是模拟电子技术基础要讨论的主要内容。是模拟电子技术基础要讨论的主要内容。 数字电路数字电路(Digital Circuit)是处理数字信号的电子电路。是处理数字信号的电子电路。 模数转换电路模数转换电路(Analog to Digital Converter, ADC)是实现模是

22、实现模拟信号转换为数字信号的电子电路。拟信号转换为数字信号的电子电路。 数模转换电路数模转换电路（Digital to Analog Converter, DAC)是实现是实现数字信号转换为模拟信号的电子电路。数字信号转换为模拟信号的电子电路。 通常，数字电路、模数转换电路和数模转换电路是数字电子通常，数字电路、模数转换电路和数模转换电路是数字电子技术基础要讨论的主要内容。技术基础要讨论的主要内容。end1.2.1 信信 号号232012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组1.2.2 信号的频谱信号的频谱信号承载的重要信息之一是其频谱信息。信号承载的重要

23、信息之一是其频谱信息。角频率相位，幅度信息：例如,)sin()(,mmVtVtv正弦信号常作为模拟电路的标准信号或测试信号。正弦信号常作为模拟电路的标准信号或测试信号。幅度频谱：信号幅度与频率的关系幅度频谱：信号幅度与频率的关系相位频谱：信号相位与频率的关系相位频谱：信号相位与频率的关系幅度频谱和相位频谱统称为信号的频谱。幅度频谱和相位频谱统称为信号的频谱。 1.2.1 信信 号号242012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组1.2.2 信号的频谱信号的频谱1. 周期信号的频谱周期信号的频谱如果信号是时间的周期函数则称为周期信号。如果信号是时间的周期函

24、数则称为周期信号。)()(,Ttvtvv例如Tf1T-信号的周期信号的周期-信号的频率信号的频率周期性正弦信号波形周期性正弦信号波形周期性方波信号波形周期性方波信号波形0ut0ut1.2.1 信信 号号1.2.2 信号的频谱信号的频谱1. 周期信号的频谱周期信号的频谱252012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组;)(00存在Tttdttv 如果周期信号如果周期信号满足狄里赫利条件满足狄里赫利条件（Dirichlets Condition），），则可展开为傅里叶级数。狄里赫利条件：则可展开为傅里叶级数。狄里赫利条件：在任意周期内绝对可积，即在任意周期内

25、绝对可积，即在任意周期内只有有限个极值；在任意周期内只有有限个极值；在任意周期内只有有限个不连续点；在任意周期内只有有限个不连续点；nnnnnnTttTttnTttnnnnnnnbabaVdttvTaVdttntvTbdttntvTaTftnVVtnbtnaatvarctan)(1)sin()(2)cos()(2122 :)sin()sin()cos()(220000001000100000000角频率直流分量直流分量n=1基波分量基波分量n1谐波分量谐波分量交流分量交流分量1. 周期信号的频谱周期信号的频谱262012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程

26、组例如：周期性方波信号可以分解为无数个谐波分量的累加。例如：周期性方波信号可以分解为无数个谐波分量的累加。基波基波直流分量直流分量+基波基波t三次谐波三次谐波直流分量直流分量Us/2u0Us周期性正弦信号波形周期性正弦信号波形周期性方波信号波形周期性方波信号波形0ut0ut1. 周期信号的频谱周期信号的频谱272012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组例例 求电压周期方波信号的傅里叶级数求电压周期方波信号的傅里叶级数 。TntTnTntnTVtvS) 1(2) 12(02) 12()(000002125sin523sin32sin22)(fTtVtVt

27、VVtvSSSS解：解：toVST2ToVn()VS/203050o03050波形波形幅度谱幅度谱相位谱相位谱)(tv)(n同一电路对不同一电路对不同频率的信号同频率的信号的响应是相同的响应是相同的吗？的吗？1. 周期信号的频谱周期信号的频谱282012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组212201)21(1VRVVRPnn)21(1220nnVVV2/nV周期电压信号作用到电阻周期电压信号作用到电阻R R上的平均功率上的平均功率P P为为 V V是电压信号的有效值，是电压信号的有效值，总平均功率等于各次分量平均功率之和。总平均功率等于各次分量平均功率

28、之和。是各次正弦波的有效值。是各次正弦波的有效值。 所以所以, ,信号的幅度谱反映了信号的信号的幅度谱反映了信号的功率分布功率分布，是信号最重要，是信号最重要的特性之一。的特性之一。1. 周期信号的频谱周期信号的频谱292012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 如果周期如果周期T趋于无穷大，则周期信号变化为非周期信号。因趋于无穷大，则周期信号变化为非周期信号。因此，非周期信号的角频率此，非周期信号的角频率0=2/T是无穷小量，信号的频谱将是无穷小量，信号的频谱将在角频率轴上连续分布。在角频率轴上连续分布。2. 非周期信号的频谱非周期信号的频谱dttv

29、 )( 如果模拟信号如果模拟信号绝对可积，即绝对可积，即则存在傅里叶变换对则存在傅里叶变换对: : 1)(21)()()(jdejVtvdtetvjVtjtj V(j)即是非周期信号的频谱。其中即是非周期信号的频谱。其中V(j)是相位谱，是相位谱，|V(j)|是幅度谱，是幅度谱，|V(j)|2是功率谱。是功率谱。1.2.2 信号的频谱信号的频谱302012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组例例 求电压单脉冲信号的频谱求电压单脉冲信号的频谱:(:(参见信号与系统课程参见信号与系统课程) ) ttVtvS0)(2sin2)()(StjStjVdteVdte

30、tvjV解解: )(tvtoVS- 幅度谱是连续分布的，并且脉冲宽度（幅度谱是连续分布的，并且脉冲宽度（2）越窄，高频分量）越窄，高频分量越多；频谱幅度与脉冲幅度和脉冲宽度之积（越多；频谱幅度与脉冲幅度和脉冲宽度之积（VS）成正比。）成正比。 o|V(j)|VS2462. 非周期信号的频谱非周期信号的频谱312012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 在工程实际中，信号作用的时段通常是有限的，满足绝对可在工程实际中，信号作用的时段通常是有限的，满足绝对可积条件，信号的频谱总是存在的。积条件，信号的频谱总是存在的。 对工程实际问题有重要影响的信号称为有用

31、信号对工程实际问题有重要影响的信号称为有用信号(有效信号有效信号),通常有用信号的频谱范围是有限的。通常有用信号的频谱范围是有限的。 表表1.2.2 典型信号的频率范围典型信号的频率范围信信 号号频率范围频率范围信信 号号频率范围频率范围心电信号心电信号0.05Hz0.05Hz200Hz200Hz调频无线电信号调频无线电信号88MHz88MHz108MHz108MHz音频信号音频信号20Hz20Hz20kHz20kHz超高频电视信号超高频电视信号470MHz470MHz806MHz806MHz模拟电视信号模拟电视信号直流直流4.5MHz4.5MHz卫星电视信号卫星电视信号3.7GHz3.7GH

32、z4.2GHz4.2GHz调幅无线电信号调幅无线电信号540kHz540kHz1600kHz1600kHz1.2.2 信号的频谱信号的频谱322012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 电子电路总是处在复杂的电磁环境中。因此，除了有用信电子电路总是处在复杂的电磁环境中。因此，除了有用信号外，工程实际问题中还存在干扰和噪声信号。号外，工程实际问题中还存在干扰和噪声信号。3. 干扰和噪声信号的频谱干扰和噪声信号的频谱 自然界的雷电、电力输电线路、无线电台和电视台、电动机自然界的雷电、电力输电线路、无线电台和电视台、电动机的起停等产生的电磁现象必然在电子电路

33、中产生电压或电流脉冲的起停等产生的电磁现象必然在电子电路中产生电压或电流脉冲信号，它们对电子电路的正常运行产生干扰，称为信号，它们对电子电路的正常运行产生干扰，称为干扰信号干扰信号，其，其频谱分布与单脉冲信号相似，包含有丰富的频谱分布与单脉冲信号相似，包含有丰富的高频分量高频分量。)(tvtoVS-o|V(j)|VS2461.2.2 信号的频谱信号的频谱332012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 噪声噪声是指电子不规则运动引起的对有用信号的扰动。是指电子不规则运动引起的对有用信号的扰动。 例如，在电阻材料中电子总是在做无规则的热运动，对外电例如，在

34、电阻材料中电子总是在做无规则的热运动，对外电压引起的定向运动电流形成压引起的定向运动电流形成扰动电流扰动电流。-热噪声热噪声。+-i0ti(t)0I(j)均匀谱均匀谱 当有用信号远大于噪声时，可忽略噪声信号。相反，有用信当有用信号远大于噪声时，可忽略噪声信号。相反，有用信号被淹埋在噪声信号中。所以，噪声信号限制了电子系统所能号被淹埋在噪声信号中。所以，噪声信号限制了电子系统所能处理的最小信号。处理的最小信号。 3. 干扰和噪声信号的频谱干扰和噪声信号的频谱1.2.2 信号的频谱信号的频谱342012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组+-i0ti(t)0

35、I(j)均匀谱均匀谱 评价信号优劣的指标是评价信号优劣的指标是信噪比信噪比S/N，定义为有用信号的功率，定义为有用信号的功率与噪声信号的功率之比。信噪比越大，信号越好。与噪声信号的功率之比。信噪比越大，信号越好。 评价电子系统对噪声和干扰的抑制能力用输出信号的信噪比评价电子系统对噪声和干扰的抑制能力用输出信号的信噪比(S/N)o除以输入信号的信噪比除以输入信号的信噪比(S/N)i，商越大，抑制能力越强。，商越大，抑制能力越强。 3. 干扰和噪声信号的频谱干扰和噪声信号的频谱1.2.2 信号的频谱信号的频谱352012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组1

36、.3 电子系统组成框图电子系统组成框图传感器传感器信号信号预处理预处理模拟信号模拟信号处理子系统处理子系统数字信号数字信号处理子系统处理子系统执行器执行器模数模数转换转换数模数模转换转换传感器传感器将工程实际涉及的某些物理量转换为电信号。将工程实际涉及的某些物理量转换为电信号。为了避免为了避免对物理量的影响，传感器摄取的能量很小，输出的电信号很弱对物理量的影响，传感器摄取的能量很小，输出的电信号很弱（如微伏级或毫伏级的电压），且信号伴随着噪声信号。（如微伏级或毫伏级的电压），且信号伴随着噪声信号。 信号预处理：包括信号幅度的放大和滤除干扰及噪声信号。信号预处理：包括信号幅度的放大和滤除干扰及噪

37、声信号。例如：在线检测：变压器油中气体含量、开关柜触头的温例如：在线检测：变压器油中气体含量、开关柜触头的温度；电缆故障定位与测距、变压器防盗度；电缆故障定位与测距、变压器防盗362012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组传感器传感器信号信号预处理预处理模拟信号模拟信号处理子系统处理子系统数字信号数字信号处理子系统处理子系统执行器执行器模数模数转换转换数模数模转换转换信号处理操作：包括对信号的放大，运算（加法、减法、乘法、信号处理操作：包括对信号的放大，运算（加法、减法、乘法、积分和微分等），各种函数变换，频谱变换，逻辑运算等。积分和微分等），各种函数

38、变换，频谱变换，逻辑运算等。 理论上，各种信号处理操作都可以用模拟或数字方式实现。理论上，各种信号处理操作都可以用模拟或数字方式实现。 执行器把电信号还原成某种物理量，实现对工程实际的某种操作。执行器把电信号还原成某种物理量，实现对工程实际的某种操作。1.3 电子系统组成框图电子系统组成框图372012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组1.4 电子技术及其发展概述电子技术及其发展概述 电子学或电子技术电子学或电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的科是研究电子器件、电子电路及其应用的科学和技术。学和技术。 电力系统主要是利用电子在金属中的运动规律构成

39、电能的生电力系统主要是利用电子在金属中的运动规律构成电能的生产、传输和使用等电气设备。产、传输和使用等电气设备。 电子器件电子器件是利用电子在真空或半导体中的运动规律构成特定是利用电子在真空或半导体中的运动规律构成特定功能的器件。目前，半导体器件是电子器件的主体，包括半导功能的器件。目前，半导体器件是电子器件的主体，包括半导体二极管、三极管、集成电路等。体二极管、三极管、集成电路等。 电子电路电子电路广泛地应用于通信、计算机、自动控制、广播电视、广泛地应用于通信、计算机、自动控制、广播电视、遥感和遥测等工程中，形成相对独立的电子工程体系。遥感和遥测等工程中，形成相对独立的电子工程体系。3820

40、12年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组库伦库伦（Coulomb，17361806 ，法国）：库仑定律。库仑定律使电磁学的研究从定性进入定量阶段。安培安培（Ampere，1775 -1836 ，法国）：安培定律、安培定则和分子电流等 。著书电动力学现象的数学理论电动力学现象的数学理论。 欧姆欧姆（Ohm，1787-1854，德国）：在金属导电定律的测定的论文论述了欧姆定律欧姆定律 。奥斯特奥斯特 （Oersted ，1777 -1851，丹麦 ）：电流磁效应 。高斯高斯（Gauss，1777-1855，德国 ）：高斯发明了磁强计，第一个电话电报系统 。在

41、数学方面有巨大的贡献。法拉第法拉第（Faraday，1791-1867，英国 ）：电磁感应 。 电气工程和电子工程的诞生归功于许多科学巨人的开创性的电气工程和电子工程的诞生归功于许多科学巨人的开创性的研究成果。研究成果。1.4 电子技术及其发展概述电子技术及其发展概述392012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组亨利亨利（Henry，1797-1878，美国）：发现自感现象。研究电磁中继理论，是电报的基础。麦克斯韦麦克斯韦（Maxwell，1831-1879，英国）：麦克斯韦方程，提出了统一的电磁理论，预测了电磁波可以在空间中传播和光是一种电磁波。赫兹

42、（赫兹（Hertz，1857-1894，德国 ）：1888年，用火花间隙振荡器产生了电磁波（赫兹波），证实了麦克斯韦的预测。马可尼马可尼（Marconi，1874-1937，意大利）： 1896年，成功地发射赫兹波，并在2英里外检测到赫兹波，无线电报初露端倪。 电气工程和电子工程的诞生归功于许多科学巨人的开创性的电气工程和电子工程的诞生归功于许多科学巨人的开创性的研究成果。研究成果。1.4 电子技术及其发展概述电子技术及其发展概述402012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组在研究有效地进行无线电通信的过程中，电子技术时代悄然到来在研究有效地进行无线电

43、通信的过程中，电子技术时代悄然到来 洛伦兹洛伦兹（Lorentz，1853-1928） ：1895年，假定了电子存在。汤普森汤普森（Thompson，1856-1940）： 1897 年，通过实验发现了电子。弗莱明弗莱明（J.A.Fleming，1849-1945） ：1904 年，发明了真空电子二极管(diode)，用于检测微弱的无线电信号（电磁波）。 福雷斯特福雷斯特（Forest，1873-1961） ：1906 年，发明了具有放大作用的真空电子三极管。 此后的近半个世纪，真空电子器件在无线电通信中得到此后的近半个世纪，真空电子器件在无线电通信中得到广泛的应用，并逐渐扩展到无线电广播、电

44、视和计算机等广泛的应用，并逐渐扩展到无线电广播、电视和计算机等工程领域。工程领域。 1.4 电子技术及其发展概述电子技术及其发展概述412012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 世界上第一台数字电子计算机于世界上第一台数字电子计算机于1946年在美国研制成功，年在美国研制成功，IBM公司将其取名为爱尼亚克（公司将其取名为爱尼亚克（Electronic Numerical Integrator and Calculator，ENIAC）。）。 这台计算机使用了这台计算机使用了18800个电子管，占地个电子管，占地170平方米，重达平方米，重达30吨，耗

45、电吨，耗电140千瓦，价格千瓦，价格40多万美元。多万美元。 每秒可进行每秒可进行5000次次加法和减法运算，把计加法和减法运算，把计算一条弹道的时间缩短算一条弹道的时间缩短为为30秒。秒。 ENIAC服役服役长达长达9年。年。 1.4 电子技术及其发展概述电子技术及其发展概述422012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 1947 年底美国贝尔实验室的肖克莱（年底美国贝尔实验室的肖克莱（Shockley，1910-1989）、布拉顿（）、布拉顿（Brattain，1902-1987）、巴丁（）、巴丁（Bardeen，1908-1991）发明了晶体管。

46、）发明了晶体管。 电子管制造复杂，成本高，体积大，耗电多。电子管制造复杂，成本高，体积大，耗电多。 在大多数领域中电子管已逐在大多数领域中电子管已逐渐被晶体管取代，真空管时代结渐被晶体管取代，真空管时代结束束,晶体管时代诞生。晶体管时代诞生。 他们三人也因为发明晶体管而他们三人也因为发明晶体管而荣获荣获1956年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。 1.4 电子技术及其发展概述电子技术及其发展概述432012年年9月月 熊熊 兰兰 电气工程学院电子技术课程组电气工程学院电子技术课程组 在在1958年年,美国的基尔比（美国的基尔比（Kilby，1923-2005）和诺伊斯）和诺伊斯（Noyce

47、，1927-1990）间隔数月分别发明了集成电路）间隔数月分别发明了集成电路（Integrated Chip, IC）。）。 第一个锗材料集成电路放大器。第一个锗材料集成电路放大器。 标志着电子技术发展到了一个新的阶段标志着电子技术发展到了一个新的阶段-微电子技术时代微电子技术时代（Microelectronics）。）。 基尔比也因为发明集成电路而在基尔比也因为发明集成电路而在2000年荣获诺贝尔物理学奖。年荣获诺贝尔物理学奖。 集成电路技术是通过一系列集成电路技术是通过一系列特定的加工工艺，将电子电路特定的加工工艺，将电子电路“集成制造集成制造”在一块半导体晶片在一块半导体晶片上，执行特定的电路或系统功能。上，执行特定的电路或系统功能。 集成电路实