模电第五版完整课件

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31.2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

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。

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赫兹，德国物理学家，生于汉堡。十九岁入德累斯顿工学院学工程，由于对自然科学的爱好，次年转入柏林大学，1885年任卡尔鲁厄大学物理学教授。1889年，担任波恩大学物理学教授。赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原理，设计了一套电磁波发生器和一简单的检波器来探测电磁波，赫兹在暗室远端的墙壁上覆有可反射电波的锌板，入射波与反射波重迭应产生驻波，他以检波器在距振荡器不同距离处侦测加以证实。赫兹先求出振荡器的频率，又以检波器量得驻波的波长，二者乘积即电磁波的传播速度。正如麦克斯韦预测的一样。电磁波传播的速度等于光速。1888年，赫兹的实验成功了。赫兹在实验时曾指出，电磁波可以被反射、折射和如同可见光、热波一样的被偏振。由他的振荡器所发出的电磁波是平面偏振波，其电场平行于振荡器的导线，而磁场垂直于电场，且两者均垂直传播方向。1889年在一次著名的演说中，赫兹明确的指出，光是一种电磁现象。第一次以电磁波传递讯息是1896年意大利的马可尼开始的。1901年，马可尼又成功的将讯号送到大西洋彼岸的美国。20世纪无线电通讯更有了异常惊人的发展。赫兹实验不仅证实麦克斯韦的电磁理论，更为无线电、电视和雷达的发展找到了途径。

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杰克·S·基尔比，曾长期供职于美国著名的德州仪器公司，出生于美国堪萨斯州，曾获美国伊利诺伊州电子工程学学士和威斯康星州电子工程学硕士。他从1947年开始从事消费类电子产品的开发，1958年加入德州仪器公司，从事计算机集成电路研究和开发。1970年荣获美国国家科学奖章。1982年，他的名字被写入了美国发明家名人堂，获得了与亨利·福特、爱迪生和怀特兄弟并列的荣誉。他目前拥有六十多项美国专利，是电器和电子工程师协会的成员。基尔比独自研究期间，渐渐形成一个天才的想法：电阻器和电容器可以用与晶体管相同的材料制造。另外，既然所有元器件都可以用同一块材料制造，那么这些部件可以先在同一块材料上就地制造，再相互连接，最终形成完整的电路。他选用了半导体硅。集成电路取代了晶体管，为开发电子产品的各种功能铺平了道路，并且大幅度降低了成本，它的诞生，使微处理器的出现成为了可能，也使计算机变成普通人可以亲近的日常工具。集成技术的应用，催生了更多方便快捷的电子产品，比如常见的手持电子计算器，就是基尔比继集成电路之后的一个新发明。”。

基尔比获奖后对青年人的特别建议：

电子学是一项迷人的领域，发展速度日新月异，未来的机遇一如既往，建议投身其中，从头做起。13

电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志。电子计算机发展经历的四个阶段恰好能够充分说明电子技术发展的四个阶段的特性第一代（1946~1957年）是电子计算机，它的基本电子元件是电子管，运算速度为每秒几千次~几万次第二代（1958~1970年）是晶体管计算机。第三代（1963~1970年）是集成电路计算机。开始采用性能更好的半导体存储器，运算速度提高到每秒几十万次基本运算。第四代（1971年~日前）是大规模集成电路计算机。运算速度可达每秒几百万次，甚至上亿次基本运算。141.3信号的传输与电子系统

1.3.1电子系统

传输信号，由三部分组成：

信号获取依靠传感器得到电信号

信号处理对信号加工，适合传输

信号执行完成系统的最终任务光电管放大器显示器计数器激光测距电子系统151.3.2信号描述（1）信号源等效电路

（2）正弦电压信号(3)

模拟与数字信号时间和幅值均连续为模拟信号RiRSRSRi+VS-ISVmtωω0Vmπv(t)17电信号源的电路表达形式电子系统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电信的时域与频域表示A.正弦信号时域频域信号及其频谱19电信的时域与频域表示C.非周期信号傅里叶变换：通过快速傅里叶变换（FFT）可迅速求出非周期信号的频谱函数。非周期信号包含了所有可能的频率成分离散频率函数周期信号连续频率函数非周期信号频域时域21模拟信号和数字信号处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。221.4放大电路的基本知识输入电阻输出电阻电压放大模型电流放大模型

1.4.1模拟信号的放大

1.4.2放大电路模型

1.4.3放大电路的主要性能指标

增益互阻放大模型互导放大模型隔离放大电路模型频率响应及带宽非线性失真23要求RL»RORSISRSAISIiRiRLIoIi

电流放大要求Ri»Rs要求RO»RL要求RS»Ri25

1.4.1模拟信号的放大电压增益（电压放大倍数）电流增益互阻增益互导增益信号源负载26

1.4.2放大电路模型另一方面，考虑到输入回路对信号源的衰减理想有要想减小衰减，则希望…？29电压放大模型电流放大模型

1.4.2放大电路模型关心输出电流与输入电流的关系2.电流放大模型30

1.4.2放大电路模型——负载短路时的电流增益2.电流放大模型由输出回路得则电流增益为由此可见要想减小负载的影响，则希望…？理想情况由输入回路得要想减小对信号源的衰减，则希望…？理想31

1.4.2放大电路模型3.互阻放大模型（自看）输入输出回路没有公共端4.互导放大模型（自看）5.隔离放大电路模型32

1.4.3放大电路的主要性能指标1.输入电阻ri

输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。Au~USUi2.输出电阻ro

放大电路对其负载而言，相当于信号源，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻UI333.增益

输入信号控制下将电源能量转换为信号能量的能力。无量纲增益用对数表示

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–fL35

1.4.3放大电路的主要性能指标1.输入电阻36

1.4.3放大电路的主要性能指标2.输出电阻所以另一方法注意：输入、输出电阻为交流电阻37

1.4.3放大电路的主要性能指标3.增益反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力其中

“甲放大电路的增益为-20倍”和“乙放大电路的增益为-20dB”，问哪个电路的增益大？四种增益常用分贝（dB）表示38

1.4.3放大电路的主要性能指标4.频率响应及带宽（频域指标）A.频率响应及带宽电压增益可表示为在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应，称为放大电路的频率响应。或写为其中39

1.4.3放大电路的主要性能指标4.频率响应及带宽（频域指标）A.频率响应及带宽普通音响系统放大电路的幅频响应该图称为波特图纵轴：dB横轴：对数坐标40

1.4.3放大电路的主要性能指标4.频率响应及带宽（频域指标）A.频率响应及带宽其中普通音响系统放大电路的幅频响应高频区中频区低频区3dB频率点（半功率点）3dB频率点（半功率点）

直流放大电路的幅频响应与此由何区别？41

1.4.3放大电路的主要性能指标4.频率响应及带宽（频域指标）B.频率失真（线性失真）幅度失真：对不同频率的信号增益不同，产生的失真。基波二次谐波输入信号输出信号基波二次谐波42

1.4.3放大电路的主要性能指标4.频率响应