线性电子线路绪论

1、 电子技术包括模拟电子技电子技术包括模拟电子技术和数字电子技术两大分支，术和数字电子技术两大分支，缺一不可。线性电子线路为模缺一不可。线性电子线路为模拟电子技术的线性部分。拟电子技术的线性部分。绪绪 论论电子线路绪论一、课程介绍课程性质：课程性质：主干基础课主干基础课学时学分：学时学分：理论课理论课6060学时，实验课学时，实验课8 8学时学时预备知识：预备知识：高等数学、普通物理电学部分，电路分析高等数学、普通物理电学部分，电路分析 参考书目：参考书目：1张凤言张凤言.电子电路基础（第二版）电子电路基础（第二版）.高等教育出版社，高等教育出版社，1995年年9月月2张肃文张肃文.低频电子线路

2、低频电子线路.高等教育出版社，高等教育出版社，1987年年5月月3董在望、尹达衡董在望、尹达衡.模拟集成电路原理与系统模拟集成电路原理与系统.高等教育出版社，高等教育出版社，1988年年10月月4王筱颖编王筱颖编.模拟电路导论模拟电路导论.高等教育出版社，高等教育出版社，1986年年4月月5PRGray，RGMeyer，Analysis and Design of Analog Integrated Circuits，John Wiley & Sons Ins . , 19846 Paul Horowize (Harvarad University), The Art of Elect

3、ronics, 2nd Edition, Cambridge University Press. , 1989 7刘光祜、饶妮妮刘光祜、饶妮妮.模拟电路基础模拟电路基础.电子科技大学出版社，电子科技大学出版社，2001年年1月月 8童诗白童诗白.模拟电子技术基础（第三版）模拟电子技术基础（第三版）.高等教育出版社，高等教育出版社，1999年年电子线路绪论二、课程目的 1、掌握各种功能电路的组成原理及其性能、掌握各种功能电路的组成原理及其性能特点、基本分析和工程计算方法、有一定特点、基本分析和工程计算方法、有一定的读图能力，掌握研究电路的统一方法，的读图能力，掌握研究电路的统一方法，具有初步分析

4、、设计实际电子线路的能力，具有初步分析、设计实际电子线路的能力，设计能力。设计能力。 2、掌握电子技术的基本理论、基本知识、掌握电子技术的基本理论、基本知识、基本技能，为后续课程打好基础。基本技能，为后续课程打好基础。 3、研究内容是电子器件（包括组件）、研究内容是电子器件（包括组件）、基本电子电路及其构成的应用系统。基本电子电路及其构成的应用系统。 4、器件、器件 电路电路 应用系统应用系统电子线路绪论三、课程特点1、技术基础课，不同于专业课，注重基本概念、基、技术基础课，不同于专业课，注重基本概念、基本原理和本原理和 基本分析方法。电子技术发展迅速，课程内容不基本分析方法。电子技术发展迅速

5、，课程内容不可能面面可能面面 俱到，因此要注意分析问题和解决问题能力的培俱到，因此要注意分析问题和解决问题能力的培养，养，应用工程的观点，采用工程近似的方法简化应用工程的观点，采用工程近似的方法简化实际问题。实际问题。为今后的学习和工作打下基础。为今后的学习和工作打下基础。2、线性电子线路又是一门不同于基础理论课技术基线性电子线路又是一门不同于基础理论课技术基础课，课程内容接近工程实际，实践性很强，要础课，课程内容接近工程实际，实践性很强，要注重实践环节和动手能力的培养，结合实验课，注重实践环节和动手能力的培养，结合实验课，巩固和深化巩固和深化 理论课知识。理论课知识。电子线路绪论四、成绩评定

6、期末考试：期末考试： 70%作业、实验、考勤等：作业、实验、考勤等：30%要求：要求：1.上课不能无故缺席，早退。所有学生会工作方上课不能无故缺席，早退。所有学生会工作方面的事由，以及事后再请病、事假面的事由，以及事后再请病、事假均不予认可均不予认可，累计三次者取消考试资格累计三次者取消考试资格;2.课堂上不得随意讲话课堂上不得随意讲话;3.作业提交次数不少于三次，否则依照教务条列作业提交次数不少于三次，否则依照教务条列取消考试资格。取消考试资格。电子线路绪论五、电子技术的发展 自自1904年第一只电子管问世以来，电子技术在短短百年间迅猛发展，已经成年第一只电子管问世以来，电子技术在短短百年间

7、迅猛发展，已经成为与人们生产生活密不可分的一项技术，它的发展史大致可分为四个阶段：为与人们生产生活密不可分的一项技术，它的发展史大致可分为四个阶段：第一代第一代电子管：电子管是由电子在真空中的运电子管：电子管是由电子在真空中的运动来实现电传导的一种器件。动来实现电传导的一种器件。1904年，英国电气工程师弗莱明（年，英国电气工程师弗莱明（J. Fleming）为取代用于无线电检）为取代用于无线电检波的矿石检波器，利用爱迪生效应（真空中碳丝的热电子蒸发），在真空波的矿石检波器，利用爱迪生效应（真空中碳丝的热电子蒸发），在真空灯泡里装上碳丝和铜板，分别充当阴极和屏极，则灯泡里的电子就能实现灯泡里装

8、上碳丝和铜板，分别充当阴极和屏极，则灯泡里的电子就能实现单向流动。单向流动。 从而发明了世界上第一只电子管从而发明了世界上第一只电子管 真空二极管。由于真空真空二极管。由于真空二极管的性能不如当时的矿石检波器，并没有得到广泛应用。二极管的性能不如当时的矿石检波器，并没有得到广泛应用。1907年，美国科学家李年，美国科学家李德福雷斯特（德福雷斯特（Lee de Forest ）在真空二极）在真空二极管中加管中加 入金属栅网，使之成为具有放大作用的真空三极管（电子管），入金属栅网，使之成为具有放大作用的真空三极管（电子管），标志电子器件真正走向应用。德福雷斯特也被称为标志电子器件真正走向应用。德福

9、雷斯特也被称为“电子管之父电子管之父”。经过两次世界大战的洗礼，随着雷达、无线电通讯、广播、电视的经过两次世界大战的洗礼，随着雷达、无线电通讯、广播、电视的发展，电子管得到了广泛应用，电子技术也日趋成熟。发展，电子管得到了广泛应用，电子技术也日趋成熟。1946年年2月，美月，美国宾夕法尼亚大学诞生了世界上第一台电子计算机国宾夕法尼亚大学诞生了世界上第一台电子计算机ENIAC。电子线路绪论五、电子技术的发展ENIAC电子数字积分机和计算机电子数字积分机和计算机(Electronic Numerical Integrator and Computer)，由美国陆军，由美国陆军军械部赞助，于军械部赞

10、助，于1943年在宾夕法尼亚大学摩尔电机年在宾夕法尼亚大学摩尔电机学院开始研制，用于新型枪炮的弹道计算和火力表学院开始研制，用于新型枪炮的弹道计算和火力表的测试。的测试。1946年年2月开始服役，月开始服役，1955年年10月图退役。月图退役。ENIAC占地占地170平方米，有平方米，有8英尺高，英尺高，3英尺宽，英尺宽，100英尺长，装有英尺长，装有16种型号的种型号的18000个真空管、个真空管、1500个电子继电器、个电子继电器、70000个电阻器、个电阻器、18000个电容器，个电容器，总重量总重量30吨，耗电吨，耗电140-150KW。ENIAC内存极小，只能存内存极小，只能存20个

11、字长为个字长为10位的二进制数，所有的程序和指令都是通过外设来完成的，位的二进制数，所有的程序和指令都是通过外设来完成的，即通过即通过6000根多芯导线与相应接口的连接完成。而且如果要进行另一项运算，就必须把这些导线重新根多芯导线与相应接口的连接完成。而且如果要进行另一项运算，就必须把这些导线重新连接。另外，连接。另外， ENIAC的可靠性也很差（平均无故障运行时间：的可靠性也很差（平均无故障运行时间：7min），一般稳定工作的时间只有几个），一般稳定工作的时间只有几个小时。但尽管有如此多的缺陷，在服役十年中，小时。但尽管有如此多的缺陷，在服役十年中， ENIAC的算术运算量比有史以来人类大脑

12、所有运算量的算术运算量比有史以来人类大脑所有运算量的总和还要多。的总和还要多。1952年年12月月IBM公司研制出公司研制出IBM第一台存储程序计算机，也是通常意义上的电脑第一台存储程序计算机，也是通常意义上的电脑IBM701。ENIAC有有5种功能：每秒种功能：每秒5000次加法运算；每次加法运算；每秒秒50次乘法运算；平方和立方计算；次乘法运算；平方和立方计算；sin和和cos函数函数数值运算；其他更复杂的计算。数值运算；其他更复杂的计算。电子线路绪论五、电子技术的发展第二代第二代晶体管：晶体管：巴丁布拉顿肖克利 (19081991) (19021987)(19101989)晶体管装置（N

13、PN Ge） 1947年年12月月23日，工作于贝尔实验室的威廉日，工作于贝尔实验室的威廉肖克利（肖克利（WBShockley）、沃尔特）、沃尔特布拉顿（布拉顿（JBardeen）和约翰）和约翰巴丁（巴丁（WHBrattain），用几条金箔片，一片锗半导体材料和一个弯纸架制），用几条金箔片，一片锗半导体材料和一个弯纸架制成一个小模型，可以传导、放大和开关电流。他们把这一发明称成一个小模型，可以传导、放大和开关电流。他们把这一发明称为为“点接晶体管放大器点接晶体管放大器”。标志着第一只晶体管的诞生。他们也。标志着第一只晶体管的诞生。他们也因因“20“20世纪最重要的发明世纪最重要的发明”而获得而

14、获得1956年诺贝尔年诺贝尔物理学奖。物理学奖。 （BardeenBardeen提出了表面态理论，提出了表面态理论， Schokley Schokley给出了实现放大器的基给出了实现放大器的基本设想，本设想，BrattainBrattain设计了实验）设计了实验）1954年，随着高纯硅工业提炼技术的成熟，硅晶体管开始使年，随着高纯硅工业提炼技术的成熟，硅晶体管开始使用，晶体管收音机、电视机也陆续问世。用，晶体管收音机、电视机也陆续问世。电子管与晶体管第一台晶体管收音机 (1955年) 最早的晶体管电视机(1960年) 电子线路绪论五、电子技术的发展第三代第三代集成电路：集成电路：1959年年1

15、月，德克萨斯仪器公司（月，德克萨斯仪器公司（TI）宣布发明集成电路，是以锗做的单晶片，）宣布发明集成电路，是以锗做的单晶片，上面有上面有5个元件，其中有四个晶体管。发明人是工程师杰克个元件，其中有四个晶体管。发明人是工程师杰克基尔比（基尔比（Jkilby），），他因此而获得他因此而获得2000年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。同年同年7月，仙童公司（月，仙童公司（Fairchild）的罗伯特）的罗伯特诺伊斯（诺伊斯（NNoyce ）发明了硅集成）发明了硅集成电路。同时，仙童公司首创了一整套半导体平面工艺技术，包括扩散、掩模、电路。同时，仙童公司首创了一整套半导体平面工艺技术，包括扩散、掩模、

16、照相、光刻、金属蒸发沉积照相、光刻、金属蒸发沉积1968年年8月诺伊斯与负责研发的戈登月诺伊斯与负责研发的戈登摩尔和工艺开发专家安迪摩尔和工艺开发专家安迪格罗夫离开仙童，格罗夫离开仙童，创立了英特尔（创立了英特尔（Intel）公司。）公司。基尔比发明的集成电路诺依斯发明的集成电路Moore定律（定律（1964年）：每年）：每18个月芯片集成度（每平方毫米晶体管数）提高个月芯片集成度（每平方毫米晶体管数）提高一倍。这个预测已为实践所证实，例如：一倍。这个预测已为实践所证实，例如： 1980年单片存储器容量为年单片存储器容量为16kbits，而而1998年单片存储器容量为年单片存储器容量为16Mb

17、its，18年增长了年增长了210 = 1024倍。倍。电子线路绪论五、电子技术的发展400480868018680286i386i486PentiumPentiumMMXCeleronPentiumIIIPentiumIV电子线路绪论五、电子技术的发展第四代第四代大规模、超大规模集成电路：大规模、超大规模集成电路：第一代CPU：Intel 4004随着半导体平面技术的成熟，在一片晶体上集成的晶体管数量越来越多，随着半导体平面技术的成熟，在一片晶体上集成的晶体管数量越来越多，上世纪六十年代末出现了大规模、超大规模集成电路，具有代表性的是上世纪六十年代末出现了大规模、超大规模集成电路，具有代表性

18、的是1971年英特尔公司推出的第一代中央处理器：年英特尔公司推出的第一代中央处理器：4004，它在，它在34毫米芯片面毫米芯片面积上集成晶体管积上集成晶体管2250个，每个晶体管之间的距离是个，每个晶体管之间的距离是10微米，微米，4比特总线配置，比特总线配置，108千赫，每秒运算速度达千赫，每秒运算速度达6万次，当时售价为万次，当时售价为200美元。美元。 2002年年1月，英特尔公司推出了月，英特尔公司推出了64比特总线配置的比特总线配置的Intel Pentium4 2.2G CPU，采用，采用0.13微米铜布线工艺技术，在微米铜布线工艺技术，在14.6平方毫米的表面积上集成了平方毫米的

19、表面积上集成了5500万个晶体管。万个晶体管。Pentium III CPU显微照片电子线路绪论五、电子技术的发展mmm1 . 0110高密度集成高密度集成实现手段：内部导线变细。实现手段：内部导线变细。集成度的提高，将使集成度的提高，将使电子设备从电路板电子设备从电路板 二次集成二次集成 片上系统片上系统系统设计从器件级系统设计从器件级 门级门级 标准单元级标准单元级 可编程模块可编程模块单片收音机硅单晶片与加工好的硅片电子线路绪论五、电子技术的发展高性能高性能一、高频高速一、高频高速l电子设备应用十分广泛，频率资源不足，只能开辟频率更高的频段。电子设备应用十分广泛，频率资源不足，只能开辟频

20、率更高的频段。l对于数字电路，为完成高数据率信号（例如高清晰度电视）的实时处理，需要电路具有很高对于数字电路，为完成高数据率信号（例如高清晰度电视）的实时处理，需要电路具有很高的时钟频率。的时钟频率。二、低压低耗二、低压低耗l随着集成度的提高，芯片内线条和线间距离已进入亚微米量级，使用高电源电压使线间随着集成度的提高，芯片内线条和线间距离已进入亚微米量级，使用高电源电压使线间电场强度过高，不利于电路的安全工作。电场强度过高，不利于电路的安全工作。l便携设备使用越来越广泛，为设备供电电池的尺寸、重量、容量和价格成为制约便携设便携设备使用越来越广泛，为设备供电电池的尺寸、重量、容量和价格成为制约便

21、携设备的关键问题之一，降低设备的功耗是重要的解决方法。备的关键问题之一，降低设备的功耗是重要的解决方法。MFHFVHFUHFSHFEHF100kHz1MHz10MHz100MHz1GHz10GHz1000GHzSiGaAs电子线路绪论五、电子技术的发展可编程可编程20世纪电气领域的四个重大变化：从电力到电子，从电子管到晶体管，从分立元件到集成电路世纪电气领域的四个重大变化：从电力到电子，从电子管到晶体管，从分立元件到集成电路和从固定功能到可编程。和从固定功能到可编程。可编程实现了在同一硬件平台上利用编程方法实现不同功能。可编程硬件平台在数字电路中容可编程实现了在同一硬件平台上利用编程方法实现不

22、同功能。可编程硬件平台在数字电路中容易实现并已经取得迅速的发展，例如：可编程逻辑器件、数字信号处理器、虚拟仪器。易实现并已经取得迅速的发展，例如：可编程逻辑器件、数字信号处理器、虚拟仪器。发展动力：发展动力：对电子系统的需求对电子系统的需求l系统功能越来越复杂，性能要求越来越高；系统功能越来越复杂，性能要求越来越高；l要求体积小，重量轻，功耗低，成本低；要求体积小，重量轻，功耗低，成本低；l高工作稳定性和可靠性；高工作稳定性和可靠性；l生产过程的少调整和无调整。生产过程的少调整和无调整。支撑点：支撑点：l半导体器件与集成电路工艺的进步；半导体器件与集成电路工艺的进步；l计算机辅助设计工具的完善

23、；计算机辅助设计工具的完善；l新材料的开发与应用。新材料的开发与应用。电子线路绪论六、典型电子测量系统物理量物理量（物理过程）（物理过程）模拟电量模拟电量（U、I）预处理预处理DSP显示结果显示结果传感器传感器前端电路前端电路计算机接口计算机接口数字信号数字信号A/D变换器变换器计算机计算机处理处理程序程序存储、处理存储、处理显示、控制显示、控制数字化仪器数字化仪器数据采集系统数据采集系统电子线路绪论六、典型电子测量系统电子测量电子测量仪器的发展仪器的发展按所采用按所采用的技术分的技术分按仪器结构按仪器结构（可扩展性）（可扩展性）和实现形式分和实现形式分模拟仪器模拟仪器数字化仪器数字化仪器智能仪器智能仪器单台仪器单台仪器模块化仪器模块化仪器虚拟仪器虚拟仪器技术基础：微电子技术、数字信号处理技术、计算机技术技术基础：微电子技术、数字信号处理技术、计算机技术电子仪器测量系统电子仪器测量系统信号采集（包括传感器信号采集（包括传感器电路、信号调理电路）电路、信号