模拟电子技术绪论

电子技术基础（模拟部分）FundamentalofElectronicTechnologyCTGU11绪论FundamentalofElectronicTechnologyCTGU21.1课程慨述1.2电子学发展史1.3信号的传输与电子系统1.4放大电路的基本知识1.5学习方法与要求内容31.1课程慨述《电子技术基础》课程（含模拟部分和数字部分）是电气信息类各专业的技术基础课程，是一门理论性与应用性都很强的课程。课程教学环节包括：理论课教学和实验教学。实践教学环节独立设课，主要有：电子工程实践、电工测量与实验技术、电子线路设计等。本课程是研究各种半导体器件的性能、电路及其应用的学科。课程的任务是使学生获得电子技术的基本理论、基本知识和基本分析方法。培养学生分析、解决问题的能力和初步具备电子线路的设计、应用能力。学生可上课程网站下载资料和答疑。课程平时成绩占40%（其中课外作业占20%、课堂作业及小测验占10%、课堂考勤占10%），期末考试成绩占60%（以闭卷考试为主，从课程试题库随机抽题）。

41.2电子学发展史1750年，富兰克林指出：雷电与摩擦生电是一回事1785年，库仑总结出电荷的力学定理1800年，伏打创立了电位差理论1820年，奥斯特发现导线通电磁针偏转1831年，法拉第完成磁生电实验1865年，麦克斯韦发表电磁理论公式1888年，赫兹证明了电磁波的存在1896年，马可尼发明电报，获1908年诺贝尔奖1897年，汤姆荪发现电子，获1906年诺贝尔奖1947年，萧克利、巴丁、布拉顿发明晶体管，获56年诺贝尔奖1958年，基尔比发明集成电路，获2000年诺贝尔奖5

1706年1月17日，本杰明.富兰克林出生在北美州的波士顿。1746年，一位英国学者在波士顿利用玻璃管和莱顿瓶表演了电学实验。富兰克林怀着极大的兴趣观看了他的表演，并被电学这一刚刚兴起的科学强烈地吸引住了。他写了一篇名叫《论天空闪电和我们的电气相同》的论文，并送给了英国皇家学会。1752年6月富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线，此时，刚好一道闪电从风筝上掠过，富兰克林用手靠近风筝上的铁丝，立即掠过一种恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动，大声呼喊：“威廉，我被电击了！”随后，他又将风筝线上的电引入莱顾瓶中。回到家里以后，富兰克林用雷电进行了各种电学实验，证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。富兰克林关于天上和人间的电是同一种东西的假说，在他自己的这次实验中得到了光辉的证实。1753年，俄国著名电学家利赫曼为了验证富兰克林的实验，不幸被雷电击死，这是做电实验的第一个牺牲者。经过多次试验，他制成了一根实用的避雷针。他把几米长的铁杆，用绝缘材料固定在屋顶，杆上紧拴着一根粗导线，一直通到地里。当雷电袭击房子的时候，它就沿着金属杆通过导线直达大地，房屋建筑完好无损。

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库仑在1736年6月14日生于法国昂古莱姆。青少年时期，他就受到了良好的教育。他后来到巴黎军事工程学院学习，离开学校后，他进入西印度马提尼克皇家工程公司工作。工作了八年以后，他又在埃克斯岛瑟堡等地服役。这时库仑就已开始从事科学研究工作，他把主要精力放在研究工程力学和静力学问题上。

1777年法国科学院悬赏，征求改良航海指南针中的磁针的方法。库仑对磁力进行深入细致的研究发现扭力和针转过的角度成比例关系，从而可利用这种装置算出静电力或磁力的大小。这导致他发明了扭秤，1782年，他当选为法国科学院院士。1785年，库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律。即两电荷间的力与两电荷的乘积成正比，与两者的距离平方成反比。库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律，它使电学的研究从定性进入定量阶段，是电学史中的一块重要的里程碑。电荷的单位库仑就是以他的姓氏命名的。同年，他在给法国科学院的《电力定律》的论文中详细地介绍了他的实验装置，测试经过和实验结果。7

伏特出生于意大利科莫一个富有的天主教家庭里。伏特在青年时期就开始了电学实验，伏特十六岁时开始与一些著名的电学家通信，伏特对静电的了解至少可以和当时最好的电学家媲美。不久他就开始应用他的理论制造各种有独创性的仪器，1775年由于起电盘的发明，使伏特担任了科莫一些学校的物理教授。后来他被任命为帕维亚大学物理学教授，正是在那里他作出了他的划时代的发现。他当时还被选为法国科学院的通迅院士，不久又被选为伦敦皇家学会的外国会员。

伏特发现导电体可以分为两大类。第一类是金属，它们接触时会产生电势差；第二类是电解质，第二类导体互相接触时不会产生明显的电势差，第一类导体可依次排列起来，使其中第一种相对于后面的一种是正的，例如锌对铜是正的,在一个金属链中,一种金属和最后一种金属之间的电势差是一样的。

伏特把一些第一种导体和第二种导体连接得使每一个接触点上产生的电势差可以相加。他把这种装置称为"电堆"，因为它是由浸在酸溶液中的锌板、铜板和布片重复许多层而构成的。他在《论不同导电物质接触产生的电》中介绍了他的发明。电堆能产生连续的电流，它的强度的数量级比从静电起电机能得到的电流大，由此开始了一场真正的科学革命。

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法拉第1791年9月22日生在一个手工工人家庭,21岁时当上了戴维的助手。法拉第所研究的课题广泛多样，按编年顺序排列,有如下各方面：铁合金研究（1818－1824）；氯和碳的化合物（1820）；电磁转动（1821）；气体液化（1823，1845）；光学玻璃（1825－1831）；苯的发明（1825）；电磁感应现象（1831）；不同来源的电的同一性（1832）；电化学分解（1832年起）；静电学，电介质（1835年起）；气体放电（1835年）；光、电和磁（1845年起）；抗磁性（1845年起）；“射线振动思想”（1846年起）；重力和电（1849年起）；时间和磁性（1857年起）1821年他研究了奥斯特发现的电流的磁作用，作出了一项重大发现：磁作用的方向是与产生磁作用的电流的方向垂直的。法拉第还制成了一种电动机，证明了导线在恒定磁场内的转动。法拉第坚信，电与磁的关系必须被推广，如果电流能产生磁场，磁场也一定能产生电流。法拉第为此冥思苦想了十年。他做了许多次实验结果都失败了。直到1831年年底，他才取得了巨大的突破，他发明最原始的发电机。奠定了现代电力工业的基础。。

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麦克斯韦1831年6月出生于英国爱丁堡，14岁在中学时期就发表了第一篇科学论文《论卵形曲线的机械画法》，16岁进入爱丁堡大学学习物理，三年后，他转学到剑桥大学三一学院。在剑桥学习时，打下了扎实的数学基础，为他尔后把数学分析和实验研究紧密结合创造了条件。麦克斯韦在总结前人工作的基础上，引入位移电流的概念，建立了一组微分方程。确定了电荷、电流（运动的电荷）、电场、磁场之间的普遍联系，麦克斯韦方程组表明，空间某处只要有变化的磁场就能激发出涡旋电场，而变化的电场又能激发涡旋磁场。交变的电场和磁场互相激发就形成了连续不断的电磁振荡即电磁波。麦克斯韦方程还说明，电磁波的速度只随介质的电和磁的性质而变化，由此式可证明电微波在真空中传播的速度，等于光在真空中传播的速度。这不是偶然的巧合，而是由于光和电磁波在本质上是相同的。光是一定波长的电磁波，这就是麦克斯韦创立的光的电磁学说。麦克斯韦依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。

10赫兹，德国国物理学家家，生于汉汉堡。十九九岁入德累累斯顿工学学院学工程程，由于对对自然科学学的爱好，，次年转入入柏林大学学，1885年任卡尔鲁鲁厄大学物物理学教授授。1889年，担任波波恩大学物物理学教授授。赫兹根据电电容器经由由电火花隙隙会产生振振荡原理，，设计了一一套电磁波波发生器和和一简单的的检波器来来探测电磁磁波，赫兹兹在暗室远远端的墙壁壁上覆有可可反射电波波的锌板，，入射波与与反射波重重迭应产生生驻波，他他以检波器器在距振荡荡器不同距距离处侦测测加以证实实。赫兹先先求出振荡荡器的频率率，又以检检波器量得得驻波的波波长，二者者乘积即电电磁波的传传播速度。。正如麦克克斯韦预测测的一样。。电磁波传传播的速度度等于光速速。1888年年，赫兹的的实验成功功了。赫兹兹在实验时时曾指出，，电磁波可可以被反射射、折射和和如同可见见光、热波波一样的被被偏振。由他的振荡荡器所发出出的电磁波波是平面偏偏振波，其其电场平行行于振荡器器的导线，，而磁场垂垂直于电场场，且两者者均垂直传传播方向。。1889年年在一次著著名的演说说中，赫兹兹明确的指指出，光是是一种电磁磁现象。第第一次以电电磁波传递递讯息是1896年年意大利的的马可尼开开始的。1901年年，马可尼尼又成功的的将讯号送送到大西洋洋彼岸的美美国。20世纪无线线电通讯更更有了异常常惊人的发发展。赫兹兹实验不仅仅证实麦克克斯韦的电电磁理论，，更为无线线电、电视视和雷达的的发展找到到了途径。。111824年6月26日开尔文生生于爱尔兰兰的贝尔法法斯特。原原名W.汤汤姆孙。10岁时时就进格拉拉斯哥大学学预科学习习。1845年毕业业于剑桥大大学，1846年受受聘为格拉拉斯哥大学学物理学教教授1890～1895年任任伦敦皇家家学会会长长。1877年被选选为法国科科学院院士士。开尔文研究究范围广泛泛，在热学学、电磁学学、流体力力学、光学学、地球物物理、数学学、工程应应用等方面面都做出了了贡献。他他一生发表表论文多达达600余余篇，取得得70种发发明专利，，在电学方面面，汤姆孙孙以极高明明的技巧研研究过各种种不同类型型的问题，，从静电学学到瞬变电电流。他揭揭示了傅里里叶热传导导理论和势势理论之间间的相似性性，讨论了了法拉第关关于电作用用传播的概概念，分析析了振荡电电路及由此此产生的交交变电流。。他的文章影影响了麦克克斯韦，后后者向他请请教，希望望能和他研研究同一课课题，并给给了他极高高的赞誉。。1855年他研究究了电缆中中信号传播播情况，解解决了长距距离海底电电缆通讯的的一系列理理论和技术术问题。由由汤姆孙和和亥姆霍兹兹起主导作作用的在巴巴黎召开的的国际代表表大会，和和1893年在芝加加哥召开的的另一次代代表大会，，正式采用用伏特、安安培、法拉拉和欧姆等等作为电学学单位，这这一新的单单位制，从从此它们被被普遍使用用。12杰克·S··基尔比，曾长期供供职于美国国著名的德德州仪器公公司，出生生于美国堪堪萨斯州，，曾获美国国伊利诺伊伊州电子工工程学学士士和威斯康康星州电子子工程学硕硕士。他从从1947年开始从从事消费类类电子产品品的开发，，1958年加入德德州仪器公公司，从事事计算机集集成电路研研究和开发发。1970年荣获获美国国家家科学奖章章。1982年，他他的名字被被写入了美美国发明家家名人堂，，获得了与与亨利·福福特、爱迪迪生和怀特特兄弟并列列的荣誉。。他目前拥拥有六十多多项美国专专利，是电电器和电子子工程师协协会的成员员。基尔比独自自研究期间间，渐渐形形成一个天天才的想法法：电阻器和电电容器可以以用与晶体体管相同的的材料制造造。另外，既既然所有元元器件都可可以用同一一块材料制制造，那么么这些部件件可以先在在同一块材材料上就地地制造，再再相互连接接，最终形形成完整的的电路。他他选用了半半导体硅。。集成电路取取代了晶体体管，为开开发电子产产品的各种种功能铺平平了道路，，并且大幅幅度降低了了成本，它它的诞生，，使微处理理器的出现现成为了可可能，也使使计算机变变成普通人人可以亲近近的日常工工具。集成成技术的应应用，催生生了更多方方便快捷的的电子产品品，比如常常见的手持持电子计算算器，就是是基尔比继继集成电路路之后的一一个新发明明。”。基尔比获奖奖后对青年年人的特别别建议：电子学是一一项迷人的的领域，发发展速度日日新月异，，未来的机机遇一如既既往，建议议投身其中中，从头做做起。13电子技术是是十九世纪纪末、二十十世纪初开开始发展起起来的新兴兴技术，二二十世纪发发展最迅速速，应用最最广泛，成成为近代科科学技术发发展的一个个重要标志志。电子计计算机发展展经历的四四个阶段恰恰好能够充充分说明电电子技术发发展的四个个阶段的特特性第一代（1946~1957年）是是电子计算算机，它的的基本电子子元件是是电子管，，运算速度度为每秒几几千次~几几万次第二代（1958~1970年）是是晶体管计计算机。第三代（1963~1970年）是是集成电路路计算机。。开始采用用性能更好好的半导体体存储器，，运算速度度提高到每每秒几十万万次基本运运算。第四代（1971年~日前前）是大规规模集成电电路计算机机。运算速速度可达每每秒几百万万次，甚至至上亿次基基本运算。。141.3信信号的传输输与电子系系统1.3.1电子子系统传输信号，，由三部分分组成：信号获取依靠传感器器得到电信信号信号处理对信号加工工，适合传传输信号执行完成系统的的最终任务务光电管放大器显示器计数器激光测距电电子系统15信号：信信息的载载体温度波动曲线161.3.2信号描描述（1）信号源等效电路（2）正弦电压信信号(3)模拟与数字字信号时间和幅值值均连续为为模拟信号号RiRSRSRi+VS-ISVmtωω0Vmπv(t)17电信号源的电路表达达形式电子系统RS+-VS电压源等效电路电流源等效电路电子系统RSIS戴维宁诺顿转换18电信的时域域与频域表表示A.正弦信信号时域频域信号及其频频谱19电信的时域域与频域表表示B.方波信信号时域频域满足狄利克克雷条件，，展开成傅傅里叶级数数——直流分分量其中——基波分分量——三次谐谐波分量频谱：将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。20电信的时域域与频域表表示C.非周期期信号傅里叶变换换：通过快速傅傅里叶变换换（FFT）可迅速速求出非周周期信号的的频谱函数数。非周期信号包含了所有可能的频率成分离散频率函函数周期信号连续频率函函数非周期信号频域时域21模拟信号和和数字信号号处理模拟信信号的电子子电路称为为模拟电路路。模拟信号：：在时间和和幅值上都都是连续的的信号。数字信号：：在时间和和幅值上都都是离散的的信号。221.4放放大电路的的基本知识识输入电阻输出电阻电压放大模模型电流放大模模型1.4.1模拟信号的的放大1.4.2放大电路模模型1.4.3放大电路的的主要性能能指标增益互阻放大模模型互导放大模模型隔离放大电电路模型频率响应及及带宽非线性失真真231.4放放大电路的的基本知识识1.4.1模拟信信号的放大电压放大Vo=AVVi电流放大Io=AIIi互阻放大Vo=ARIi互导放大Io=AGVi1.4.2放大电电路模型uiuoAu电压放大+Vo-RSRiRL+VS-Ro+AV0Vi-+Vi-24要求RL»RORSISRSAISIiRiRLIoIi电流放大要求Ri»Rs要求RO»RL要求RS»Ri251.4.1模拟信号的的放大电压增益（（电压放大大倍数）电流增益互阻增益互导增益信号源负载261.4.2放大电路模模型放大电路是是一个双口口网络。从从端口特性性来研究放放大电路，，可将其等等效成具有有某种端口口特性的等等效电路。。信号源负载输入端口特特性可以等等效为一个个输入电阻阻输出端口可可以根据不不同情况等等效成不同同的电路形形式271.4.2放大电路模模型——负载开开路时的电压增益1.电压压放大模型型——输入电电阻——输出电电阻由输出回路路得则电压增益益为由此可见即负载的大大小会影响响增益的大大小要想减小负负载的影响响，则希望望…？（考虑改变变放大电路路的参数））理想情况281.4.2放大电路模模型另一方面，，考虑到输输入回路对对信号源的的衰减理想有要想减小衰衰减，则希希望…？29电压放大模型电流放大模型1.4.2放大电路模模型关心输出电电流与输入入电流的关关系2.电流流放大模型型301.4.2放大电路模模型——负载短短路时的电流增益2.电流流放大模型型由输出回路路得则电流增益益为由此可见要想减小负负载的影响响，则希望望…？理想情况由输入回路路得要想减小对对信号源的的衰减，则则希望…？？理想311.4.2放大电路模模型3.互阻阻放大模型型（自看）输入输出回回路没有公公共端4.互导导放大模型型（自看）5.隔离离放大电路路模型321.4.3放大电电路的主要要性能指标标1.输入电阻ri输入电阻是是衡量放大大电路从其其前级取电电流大小的参参数。Au~USUi2.输出电阻ro放大电路对对其负载而言，相当当于信号源源，这个戴维南等等效电路的的内阻就是是输出电阻阻UI333.增益输入信号控控制下将电电源能量转转换为信号能量的的能力。无量纲增益益用对数表表示电压增益=20lg∣AV∣dB电流增益=20lg∣AI∣dB344.通频带fAuAum0.7AumfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fH–fL351.4.3放大电路的的主要性能能指标1.输入入电阻361.4.3放大电路的的主要性能能指标2.输出出电阻所以另一方法注意：输入入、输出电电阻为交流流电阻371.4.3放大电路的的主要性能能指标3.增益益反映放大电电路在输入入信号控制制下，将供供电电源能能量转换为为输出信号号能量的能能力其中“甲放大电电路的增益益为-20倍”和““乙放大电电路的增益益为-20dB”，，问哪个电电路的增益益大？四种增益益常用分贝（dB）表示381.4.3放大电路路的主要要性能指指标4.频频率响应应及带宽宽（频域指指标）A.频率率响应及及带宽电压增益益可表示示为在输入正正弦信号号情况下下，输出出随输入入信号频频率连续续变化的的稳态响响应，称称为放大大电路的的频率响响应。或写为其中391.4.3放大电路路的主要要性能指指标4.频频率响应应及带宽宽（频域指指标）A.频率率响应及及带宽普通音响响系统放放大电路路的幅频频响应该图称为为波特