模電基礎(chǔ)

• 一、模擬信號(hào)與模擬電路
• 0.信號(hào)
• 1. 電信號(hào)
• 2. 模擬信號(hào)
• 3. 數(shù)字信號(hào)
• 二、電子系統(tǒng)的分析方法
• 1. 電子系統(tǒng)的組成
• 2. 電子系統(tǒng)的組成原則
• 3. 電子系統(tǒng)的分析方法
• 三、模擬電路的應(yīng)用
• 四、模擬電子技術(shù)課程特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法
• 1. 模擬電子技術(shù)的特點(diǎn)
• 2. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)方法

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

什么是信號(hào)?什么是電信號(hào)?什么是模擬信號(hào)?什么是數(shù)字信號(hào)?

為什么常將非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)?

電子系統(tǒng)的組成及各部分的作用。

電子系統(tǒng)的分析方法。

模擬電子電路的應(yīng)用。

一、模擬信號(hào)與模擬電路

0.信號(hào)

信號(hào)是用來表征信息的物理量，也可以說是信息的載體。信息是信號(hào)的具體內(nèi)容，例如，聲音信號(hào)可以傳達(dá)語言、音樂等信息;圖像信號(hào)可以傳達(dá)形態(tài)即人類視覺系統(tǒng)所反應(yīng)的圖像信息;溫度信號(hào)可以傳達(dá)物體溫度等。信息需要借助于某些物理量來表示和傳遞。

1. 電信號(hào)

信號(hào)有非電物理信號(hào)和電信號(hào)之分，如聲、光、溫度、壓力、流量、位移、速度、加速度等屬于非電物理信號(hào)，而電信號(hào)一般指的是隨時(shí)間，變化的電流i或電壓u,在數(shù)學(xué)上可將它描述為時(shí)間t的函數(shù)，即u=f(t)或i=f(t),并可畫出其波形。信息可通過電信號(hào)進(jìn)行傳遞、處理、存儲(chǔ)和控制。

都是賦予信號(hào)來表示信息的能力。

2. 模擬信號(hào)

模擬信號(hào)：是指在時(shí)間和數(shù)值(幅度)上均具有連續(xù)性，即對(duì)應(yīng)于任意時(shí)間t,均有確定的函數(shù)值u或i,并且u或i的幅值是連續(xù)取值的，自然界的信號(hào)多為模擬信號(hào)。大多數(shù)非電物理量轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)均為隨時(shí)間連續(xù)變化的電信號(hào)。用來產(chǎn)生和處理模擬信號(hào)的電子電路稱為模擬電路，模電就是研究用電路處理模擬信號(hào)的學(xué)科。

3. 數(shù)字信號(hào)

數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和數(shù)值上均具有離散性，即u或i的變化在時(shí)間上不連續(xù)，總是發(fā)生在離散的瞬間，且它們的數(shù)值是一個(gè)最小量值的整數(shù)倍，并以此倍數(shù)作為數(shù)字信號(hào)的數(shù)值。

二、電子系統(tǒng)的分析方法

1. 電子系統(tǒng)的組成

模擬電子系統(tǒng)按 功能 劃分主要由以下幾種模擬單元電路組合而成。

1)放大電路：用于信號(hào)的電壓、電流和功率放大。

2)濾波電路：用于信號(hào)的提取、變換及抗干擾等。

3)運(yùn)算電路：用于信號(hào)的加、減、乘、除、微分、積分、對(duì)數(shù)和指數(shù)等運(yùn)算。

4)轉(zhuǎn)換電路：用于電壓信號(hào)與電流信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換、直流信號(hào)與交流信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換、電壓與頻率之間的轉(zhuǎn)換等。

5)信號(hào)發(fā)生電路：用于產(chǎn)生正弦波、矩形波、三角波等信號(hào)。

6)直流電源：將市電(220V/50Hz)轉(zhuǎn)換成不同輸出電壓和電流的直流電，以作為電子電路本身的供電電源。

這些電路本質(zhì)上就是為了用電路元件來處理信號(hào)，處理計(jì)算為核心的模塊化設(shè)計(jì);后面就慢慢演化為集成的電路模塊了

2. 電子系統(tǒng)的組成原則

1)必須滿足給定的性能指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)。如 增益、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶、失真度 等。

2)電路要盡量簡單。同樣功能的電路，電路越簡單，元器件數(shù)目以及連線和焊點(diǎn)越少，出現(xiàn)故障的概率越小，系統(tǒng)的可靠性就越高。因此，通常集成電路能實(shí)現(xiàn)的就不選用分立元件電路，大規(guī)模集成電路能實(shí)現(xiàn)的就不選用小規(guī)模集成電路。

3)必須考慮電磁兼容性。所謂電磁兼容性，是指電子系統(tǒng)在預(yù)定的環(huán)境下，既能抵御周圍電磁場(chǎng)的干擾，又能較少地影響周圍環(huán)境。電子系統(tǒng)常常不可避免地工作在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，其中既有來自大自然的各種放電現(xiàn)象、宇宙的各種電磁輻射，又有人類自己利用電和電磁場(chǎng)從事的各種活動(dòng)?？臻g電磁場(chǎng)的變化對(duì)于電子系統(tǒng)會(huì)造成不同程度的干擾，同時(shí)電子系統(tǒng)本身也在不同程度上成為其它電子設(shè)備的干擾源。在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電磁兼容性設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是首先要分析周圍環(huán)境電磁干擾的物理特性，然后想辦法抑制干擾源或阻斷干擾源的傳播。一般可采用隔離、屏蔽、接地、濾波、去藕等技術(shù)來獲得較強(qiáng)的抗干擾能力，必要時(shí)還可選用抗干擾能力強(qiáng)的元器件，并對(duì)元器件進(jìn)行精密調(diào)整。

4)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。系統(tǒng)的組裝、調(diào)試、維護(hù)、保養(yǎng)以及功能擴(kuò)展應(yīng)簡單方便。

3. 電子系統(tǒng)的分析方法

1)通常采用模型等效分析方法

實(shí)際的電子系統(tǒng)往往是較復(fù)雜的，為了從理論上更快、更好地了解實(shí)際電子系統(tǒng)的性能，通常采用模型等效分析方法，即首先對(duì)一些實(shí)際的電子元器件及線路進(jìn)行模型化處理，并根據(jù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)和特征用線性方法略去次要成分，簡化電路模型，再利用基本的定理、定律和網(wǎng)絡(luò)分析方法進(jìn)行分析。顯然，模型等效分析方法必然會(huì)帶來一定的誤差，但大多數(shù)電子元器件參數(shù)具有離散性，一味追求分析精度自然失去了實(shí)際意義。

2)實(shí)踐積累

電子系統(tǒng)分析的意義在于除了及時(shí)了解系統(tǒng)的各種性能之外，還可以為電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供更多的理論依據(jù)，以獲得更豐富的實(shí)現(xiàn)方法。完成一個(gè)電子系統(tǒng)，常常要經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試。豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)只有在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中不斷獲取和積累。

三、模擬電路的應(yīng)用

下面的例子其實(shí)都是基于 電子系統(tǒng)組成 功能模塊結(jié)合而來，模電很有規(guī)律，非常系統(tǒng)，畢竟俄羅斯的很多電器設(shè)備全是模電系統(tǒng)。

【例1.3.1】±12V雙極性直流電源供應(yīng)系統(tǒng)的框圖如圖1.3.1所示。該直流電源主要包括變壓器、整流器、濾波器和提供正、負(fù)輸出電壓的三端電壓調(diào)整器四個(gè)部分。電源的電路圖。

【例1.3.2】公共廣播系統(tǒng)，其基本框圖如圖1.3.3所示，該系統(tǒng)可用于公共場(chǎng)所，如超市、商場(chǎng)車站、碼頭等。該系統(tǒng)主要包括直流電源供應(yīng)器、前置放大電路、功率放大電路、麥克風(fēng)及負(fù)載(揚(yáng)聲器)等四個(gè)部分。信號(hào)由麥克風(fēng)輸入，經(jīng)過前置放大，再經(jīng)過功率放大，最后由揚(yáng)聲器(喇叭)輸出語音或音樂。其電路圖如圖1.3.4所示。

四、模擬電子技術(shù)課程特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法

1. 模擬電子技術(shù)的特點(diǎn)

一、工程性強(qiáng)

在模擬電子電路的分析與設(shè)計(jì)中，除了要遵循基本電路理論外，還需要從工程角度思考和處理問題，以工程實(shí)踐的觀點(diǎn)進(jìn)行電子電路的分析和計(jì)算。

(1)在實(shí)際工程中，對(duì)模擬電路的分析一般為定性分析，根據(jù)定性分析結(jié)果判斷電路是否滿足功能及性能要求。

(2)由于組成電路的各個(gè)元器件的性能指標(biāo)都存在一定的誤差范圍，在模擬電路的定量分析中也容許存在一定的誤差，因此在模擬電路的定量分析中基本上都使用“估算”?！肮浪恪币卜Q為近似計(jì)算，由于半導(dǎo)體器件參數(shù)的離散性和溫度敏感性，使得精確計(jì)算非常復(fù)雜，常常沒有實(shí)際意義。在進(jìn)行近似計(jì)算時(shí)要弄清研究的什么問題、需要滿足什么條件，做到“合理”的近似計(jì)算。

二、實(shí)踐性強(qiáng)

由于元器件參數(shù)的離散性及電路的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)好的模擬電子電路幾乎都要經(jīng)過仿真、調(diào)試才能達(dá)到預(yù)期的功能及性能指標(biāo)。仿真方法是現(xiàn)代電子電路設(shè)計(jì)重要的、必須掌握的方法，掌握仿真方法是提高分析、解決電路問題的重要手段。調(diào)試就是對(duì)模擬電路進(jìn)行測(cè)試及調(diào)整。在調(diào)試過程中要理解電路的工作原理，了解元器件的參數(shù)對(duì)電路性能的影響，掌握常用電子儀器的使用方法，正確分析、判斷并排除電路故障。

2. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)方法

一、掌握基本的理論知識(shí)即“基本概念、基本電路、基本分析方法”

(1)基本概念的應(yīng)用可以靈活多變，但其含義是不變的。對(duì)于每一個(gè)基本概念，都應(yīng)理解并掌握其物理意義。如果是一個(gè)物理量，應(yīng)掌握其求解方法。

(2)電路可以千變?nèi)f化，但其組成原則是不變的。實(shí)際電路可能多種多樣，但幾乎都是由一些基本電路構(gòu)成。掌握這些基本電路是學(xué)好本課程的關(guān)鍵。

(3)實(shí)際的電子系統(tǒng)往往是較復(fù)雜的，在分析和計(jì)算時(shí)需要從實(shí)際情況出發(fā)，抓住主要矛盾，忽略次要因素。利用電路的基本定律、定理和網(wǎng)絡(luò)分析法進(jìn)行分析或近似計(jì)算。

二、要建立實(shí)踐觀念、重視實(shí)踐環(huán)節(jié)和動(dòng)手能力的培養(yǎng)實(shí)踐環(huán)節(jié)和動(dòng)手能力的培養(yǎng)在本課程中占有重要的地位。

一個(gè)電路是否能滿足功能和性能指標(biāo)的要求，需要通過實(shí)踐去檢驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐，可以深化和鞏固學(xué)到的理論知識(shí)，提高動(dòng)手能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。

三、要建立工程觀念、工程意識(shí)電路設(shè)計(jì)和制作中要以工程觀念為指導(dǎo)，對(duì)電路和元器件進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和取值。例如，在電路計(jì)算中得出電路中的某一電阻的阻值為238Ω,而實(shí)際的電阻沒有該標(biāo)稱值，應(yīng)將這個(gè)電阻用 240Ω 替代。另外，一個(gè)實(shí)際的電感在某些情況下不但要考慮電感分量，還要考慮其電阻分量，甚至還要考慮其分布電容。又例如，在高速、小信號(hào)電子電路的設(shè)計(jì)中還必須注意電磁兼容問題。