电子系统课程课件

学习方法预习听课复习完成作业1.1电力系统与电子系统1.2信号及其频谱1.3电子系统组成框图1.4电子技术及其发展概述第1章电子系统概述学习本章后，读者将了解：实际的两大电路系统:电力系统和电子系统的主要功能；信号的概念，典型信号的频谱；电子系统的组成框图；电子技术及其发展简史。1.1电力系统与电子系统 实际电路系统主要有电力系统和电子系统。

电力系统的主要作用：实现电能的生产、变换、传输、分配和使用。电力系统是由发电厂、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一系统。发电厂：通过发电机等设备将一次能源转换成电能。水利发电厂：水的势能→电能火力发电厂：化学能（燃烧煤、石油等）→电能核电厂：原子能→电能。输电网和配电网是由电力变压器、电力线路、电力开关设备和电力电容器等组成的、跨越广大地理区域的一个巨大电路。变电站：变压器，电容器，电力开关设备输电线路：杆塔，绝缘子，导线发电厂生产的电能经过输电网和配电网将电能输送和分配到用户的用电设备（电动机、家用电器和照明等设备），从而完成电能从生产到使用的整个过程。

到达用户的单相正弦配电电压是220V、50Hz，三相正弦配电电压是380V、50Hz。

电力系统为工业、农业和社会生活的电气化建立起坚实的物质基础，产生了服务于电力系统的电气工程学科。

电子系统是由电子电路和传输介质组成的、完成特定功能的整体。

电子电路是由电子元件组成的、实现特定功能的电路。电子系统是由电子电路和传输介质组成的、完成特定功能的整体。计算机主板

与电力系统处理能量不同，电子系统的主要作用是实现电信号的产生、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。

信号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37oC表示健康，38oC表示略有小疾。一般情况下，用电子系统处理电信号(电压或电流)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、电视系统、计算机系统和工业控制系统等。例如，有线扩音系统拾音器音频放大器扬声器传感器(或换能器)：将非电信号转换为电压或电流信号，是电子系统实际的信号源之一。音频放大器：实现电压和功率放大的电子电路。电压（弱）电压（强）声音（强）声音（弱）执行器：将电信号还原为原始的非电信号的部件，去影响物理世界。通常用电阻模拟，作为电子系统的负载。end1.2信号及其频谱

信号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。

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。R+-R1.2.1信号1.2.1信号1.2.2信号的频谱RLRL+-VO

如果电压（或电流）在某个值域内可连续取值则称为连续信号或模拟信号。例如，电压是时间的正弦函数

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倍数则称为离散信号或数字信号。例如，单位量为1mV，数字电压信号的幅值只能是0mV、±1mV、±2mV、…、±nmV。toto模拟信号to多值数字信号二值数字信号

模拟电路（AnalogCircuit）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。

数字电路(DigitalCircuit)是处理数字信号的电子电路。

模数转换电路(AnalogtoDigitalConverter,ADC)是实现模拟信号转换为数字信号的电子电路。

数模转换电路（DigitaltoAnalogConverter,DAC)是实现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技术基础要讨论的主要内容。end1.插2.拌2脑信号磁的频胜谱信号泰承载围的重史要信警息之吧一是耀它的馒频谱腾信息患。正弦下信号慢常作宪为模讲拟电联路的缓标准菜信号湖或测朗试信掘号。幅度骨频谱稼：信号幅度盒与频艰率的关丹系相位齐频谱领：信号相位攀与频蜘率的关四系幅度差频谱籍和相更位频砍谱统称喷为信芳号的伴频谱企。1.建周本期信廊号的弟频谱如果桂信号侵是时袋间的偿周期骨函数厉则称奇为周桥期信岗号。T-案--绝-信铃号的耕周期--珠--稻信号捆的频贺率角频率初相位，幅度3个信息：---wj,mV例如+=jw)sin()(,mtVtv如果堵周期无信号满足秆狄里书赫利槐条件（Di灵ri扒ch僚le谊t‘阵s早Co勤nd非it杠io患n）验，则枝可展高开为删傅里鸡叶级社数。寸狄里亿赫利闹条件短：①在任目意周食期内确绝对便可积足，即②在任挽意周企期内狱只有炉有限沾个极却值；③在任生意周舰期内挡只有抢有限者个不闷连续芳点；直流块分量n=邪1–烟基波族分量n>近1–赏谐波金分量交流族分量例忧求优电压蜡周期寄方波板信号泽的傅筋里叶造级数糠。解：toVST2TωoVn(ω)VS/2ω03ω05ω0oω03ω05ω0ω波形 幅度谱 相位谱周期抢电压残信号稳作用皱到电令阻R疲上的需平均货功率葡P为V是瓜电压捡信号牧的有益效值吐，总平园均功陈率等匀于各仰次分宜量平征均功借率之叮和。是各导次正众弦波回的有趁效值后。所以泡,信睛号的筒幅度毛谱反住映了劈燕信号亿的功率梯分布，是惑信号胀最重研要的闲特性辅之一显。如果棍周期威T趋够于无允穷大以，则蚕周期情信号托变化隔为非斥周期贴信号难。因金此，米非周射期信众号的滤角频容率ω0=2盆π/秩T是活无穷低小量亏，信惭号的婆频谱疲将在滥角频誓率轴裤上连毁续分澡布。2.溪非山周期贩信号烫的频倚谱如果帜模拟监信号绝对晋可积耻，即则存或在傅瓜里叶透变换原对:V(杯jω傻)即交是非岩周期赢信号狡的频乘谱。福其中锣∠V窑(j啦ω)展是相络位谱筛，|治V(保jω攻)|但是幅画度谱志，|极V(辞jω雷)|2是功乡丰率谱依。例那求翼电压线单脉叠冲信弹号的抛频谱祝:解:toVSτ-τ幅度笑谱是纯连续版分布够的，绪并且考脉冲私宽度碧（2厉τ）屿越窄追，高集频分猴量越麻多；必频谱蚁幅度怠与脉培冲幅碗度和颤脉冲蓬宽度罢之积顿（τ匆VS）成疤正比爷。ωo|V(jω)|τVS在工纤程实向际中旱，信六号作效用的缘瑞时段练通常旗是有叉限的耍，满闻足绝妖对可拘积条眯件，爸信号多的频娱谱总扯是存孤在的械。例如殃，音赤频信擦号的鄙频谱小在[郑20和Hz鹅,2多0k筹Hz色]范年围内健连续衫分布悠。对工西程实粗际问奏题有岛重要责影响晕的信山号称家为有弊用信葵号(伞有效秃信号资),唐通常宿有用慌信号率的频粗谱范垦围是铃有限顾的。表1厕.2郊.2典型栏信号麦的频龄率范柔围信号频率范围信号频率范围心电信号0.05Hz～200Hz调频无线电信号88MHz～108MHz音频信号20Hz～20kHz超高频电视信号470MHz～806MHz模拟电视信号直流～4.5MHz卫星电视信号3.7GHz～4.2GHz调幅无线电信号540kHz～1600kHz电子峡电路掉总是货处在夸复杂惧的电红磁环掌境中丹。因灾此,设除了容有用钞信号佳外,屿工程练实际披问题水中还的存在文干扰蜂和噪田声信法号。3.僵干丝式扰和叶噪声椅信号演的频咐谱自然喂界的都雷电陡、电狠力输绪电线激路、幅无线趣电台朱和电世视台孝、电顷动机铃的起甘停等餐产生尖的电铸磁现剩象必脑然在季电子促电路尘中产贴生电压绸或电学流脉灵冲信昼号，它推们对做电子绢电路忠的正殿常运练行产秧生干活扰，留称为干扰供信号，其毫频谱书分布珍与单贷脉冲肚信号顾相似峡，包雁含有咽丰富盟的高频末分量。toVSτ-τωo|V(jω)|τVS噪声是指阴电子煤不规禾则运斜动引伶起的化对有称用信虏号的仁扰动麦。例如过，在损电阻蛇材料放中电赶子总违是在占做无块规则伞的热气运动虽，对件外电先压引艇起的户定向查运动户电流缎形成扰动疾电流。--分--走热噪沿声。+-i0ti(t)0ωI(jω)均匀谱当有浇用信妹号远钓大于间噪声楚时，扬可忽探略噪牙声信夹号。图相反横，有定用信需号被躁淹埋免在噪酿声信俊号中笛。所然以，党噪声嘴信号怜限制肾了电啦子系纷统所弊能处泉理的掘最小遮信号啄。评价浙信号厉优劣质的指宰标是信噪幼比S湿/N，定字义为丢有用奴信号桑的功重率与要噪声稠信号怠的功自率之粉比。戴信噪踢比越酸大，区信号切越好反。评价据电子绞系统樱对噪蹈声和锡干扰收的抑锁制能坐力用巧输出溜信号饥的信断噪比伟(S笼/N私)o除以药输入槐信号依的信任噪比证(S格/N迫)i，商煤越大划，抑喉制能齿力越逝强。en败d1.忌3紫电子泄系统喉组成低框图传感器信号预处理模拟信号处理子系统数字信号处理子系统执行器模数转换数模转换传感何器将工冰程实徒际涉万及的上某些镜物理浆量转逃换为客电信航号。为了期避免望对物昏理量戴的影夜响，仁传感奋器摄烧取的纸能量责很小泥，输雕出的电信傅号很流弱（如辽微伏很级或忘毫伏张级的争电压息），龟且信馋号伴压随着噪声躁信号。信号肚预处载理：包民括信渡号幅知度的津放大肃和滤手除干晒扰及掏噪声隙信号弟。信号迎处理茶操作：包巩括对尘信号观的放撑大，本运算跟（加淘法、芦减法妨、乘漫法、醒积分炎和微肌分等泛），闻各种摩函数尼变换季，频孩谱变水换，谋逻辑裙运算丑，等海等。理论垦上，缎各种便信号父处理润操作勿都可贯以用慌模拟戚或数层字方址式实岂现。执行帖器电信愈号还尸原成逝某种忽物理斧量，研实现仰对工遍程实即际的睁某种功操作碍。en历d1.宫4沿电子得技术刚及其霜发展踩概述电子偏学或电子侄技术是研狸究电挣子器膊件、弹电子减电路世及其宫应用姑的科粉学和贺技术江。在电阁力系粘统中原，主状要是干利用暂电子汇在金衬属中慰的运跳动规侮律构暗成电化能的蔬生产备、传贸输和河使用谁等电洞气设点备。电子泛器件是利挪用电子子在添真空考或半滥导体涂中的擦运动香规律沉构成窝特定乔功能碰的器僻件。办目前昨，半出导体静器件笑是电百子器随件的波主体距，包锅括半导俘体二抚极管绪、三捷极管率、集远成电借路等。电子裹电路广泛堤地应各用于旦通信汽、计啊算机皱、自梳动控狗制、尤广播钉电视印、遥恭感和影遥测青等工馒程中屑，形覆成相宣对独也立的电子哗工程体系察。电气追工程和电子卷工程的诞浊生归去功于贤许多援科学慨巨人暑的开搬创性框的研积究成哀果。库伦（C无ou肆lo回mb命，1秆73雄6～鼻18肃06伏，墨法国愧）：冰库仑惑定律睁。库慨仑定保律使梯电磁栽学的抛研究延从定赶性进咏入定况量阶刃段。安培（A敲mp介er棍e，啄17痕75眯-熔18在36年，诸法国灵）：幼安培龄定律谎、安妻培定按则和阁分子搁电流狸等倍。著榜书《电攻动力抹学现机象的铃数学裳理论店》。欧姆（O名hm锻，1傅78盗7-意18厨54口，德贼国）怪：在缎《金肆属导冶电定寒律的励测定宴》的贷论文乐论述治了欧姆范定律。奥斯谅特（O田er楚st还ed邮，绢17纤77元-悼18梨51暮，丹鼻麦壮）：痰电流抢磁效既应穴。高斯（G省au沟ss考，1位77园7-今18良55鸟，德余国逆）：康高斯饮发明破了磁咳强计呜，第抛一个援电话捎电报第系统扮。热在数本学方印面有等巨大帅的贡美献。法拉窝第（F蛋ar桐ad济ay尺，1展79艳1-遇18占67独，英信国等）：拦磁电茂感应岭。亨利（H微en菜ry秋，1蓬79鱼7-卖18绣78低，美市国）顷：发鸭现自索感现魔象。奏研究司电磁伐中继迷理论适，是矛电报护的基每础。麦克斑斯韦（M腔ax娃we阴ll抓，1陈83魄1-贵18纷79隔，英沿国）干：麦拨克斯饮韦方摇程，辅提出勺了统拘一的副电磁罪理论唤。亲预测林了电卖磁波鸣可以碗在空海间中欺传播它和光剪是一释种电康磁波职。赫兹祖（He舰rt否z，仇18级57杠-1耻89脾4，隐德国朱）旺：1支88左8年枝，用峰火花羊间隙稳振荡糊器产阔生了怪电磁盼波（沿赫兹狠波）逆，证眠实了封麦克橡斯韦银的预抽测。马可古尼（M内ar拐co戴ni纲，1因87零4-份19注37拳，意暗大利暴）：不1唉89罗6年矛，成乓功地除发射嘉赫兹驰波，傻并在党2英亭里外杠检测燃到赫淹兹波港,无拢线电季报初投露端袋倪。在研轿究有见效地被进行撒无线图电通铁信的时过程辞中，吴电子织技术宜时代群悄然杰到来洛伦捎兹（L历or然en众tz椒，1涝85华3-榨19转28评）归：1扛89灭5年决，假督定了断电子直存在朵。汤普俱森（T辰ho尼mp拢so通n，鲜18件56矩-1设94师0）军：捡18例97冲年风，通口过实大验发洪现了偷电子炼。弗莱征明（J闸.A也.F株le标mi姑ng疲，1做84煮9-阳19忙45羊）德：1浮90惩4仇年，从发明巡寿了真案空电论子二态极管剑(d营io泥de死)，坚用于裳检测挤微弱末的无穴线电乡丰信号晴（电岛磁波血）。福雷誉斯特（F脚or浓es吩t，尿18猛73双-1顶96吹1）贫：貌19权06端年梢，发毯明了敲具有非放大杠作用灵的真搬空电椒子三延极管沙。此后刺的近犬半个怎世纪慌，真落空电圈子器艳件在泼无线便电通描信中需得到锦广泛喝的应隶用,夹并逐扣渐扩母展到扮无线窃电广倡播、仿电视色和计藏算机恋等工竹程领捕域。世界注上第废一台鸡数字湖电子左计算驻机于折19组46疼年在庭美国滑研制旗成功径，I撞BM糊公司刻将其者取名裙为爱依尼亚识克（宣El掌ec请tr王on居ic木N粪um赤er逝ic静al蛙I喝nt烤eg甜ra亩to厦r禁an耗d轮Ca目lc京ul堡at目or阻，E疾NI克AC窄）。这台浓计算亩机使蔑用了靠18肆80饱0个脆电子煌管，侧占地谨17坟0平掀方米验，重鬼达3令0吨种，耗侦电1金40辣千瓦际，价亿格4场0多稻万美罢元。每秒纺可进琴行5止00矮0次碌加法洗和减晌法运权算，摩把计抽算一覆条弹举道的铅时间负缩短赢为3莫0秒蹄。匪EN呀IA拾C服宋役长剧达9耽年。19疲47江年广底美妥国贝膨尔实五验室仇的肖捡克莱悠（S烘ho测ck糠le挠y，向19委10程-1慈98辆9）弓、布岭拉顿梁（B野ra弃tt址ai近n，胶19禽02柜-1缝98抢7）窃、巴界丁（获Ba光rd秆ee绍n，谎19锋08舅-1驰99长1）摩发明男了晶烧体管饭。电子均管制橡造复施杂，斜成本榨高，握体积斤大，乘耗电伏多。在大判多数岛领域铺中电覆子管哗已逐甜渐被禾晶体您管取聪代,快真空莲管时绝代结忌束,仍晶体食管时肾代诞萍生。他们足三人担也因朗为发沟明晶凭体管哗而荣尽获1断95未6年放的诺竹贝尔上物理莫学奖岔。在1孟95题8年卡,美虹国的揉基尔五比（膝Ki国lb调y，产19世23涉-2炕00围5）佩和诺流伊斯仔（N偷oy从ce半，1敌92悦7-他19驴90尽）间枕隔数累月分阳别发叹明了风集成尤电路狮（I璃nt挣eg妻ra线te柄d捎Ch浸ip冲,吹IC桶）。第一坟个锗幕材料骂集成始电路事放大槽器。标志包着电犁子技育术发柴展到贯了一瞒个新续的阶度段-厕-微坦电子径技术盆时代材（M裙ic个ro例el钞ec鸣tr手on谁ic呈s）社。基尔锯比也导因为帽发明拦集成墙电路夹而在顾20类00短年荣芝获诺旁贝尔喂物理掘学奖知。集成惩电路创技术营是通驴过一尝系列劈燕特定稿的加认工工们艺，等将电枣子电廊路“妇集成薯制造朵”在搁一块帐半导喇体晶爆片上仍，执远行特猴定的赚电路肢或系碗统功井能。集成绿电路堆实现冬了材雕料、村元件门、电暂路三僚者之风间的税统一出。优点桶：成本衣低、衡功耗弯小、孝工作略速度推快、甚可靠蛮性高问、体琴积小挎。年代规模数字集成电路中的