数字电路模拟电路ch01

模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础 华中科技大学电信系华中科技大学电信系华中科技大学电信系华中科技大学电信系 张林张林张林张林 ————————电子教案电子教案电子教案电子教案 V2.0V2.0V2.0V2.0 1.1 1.1 1.1 1.1 信号信号信号信号 1.3 1.3 1.3 1.3 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号 1.2 1.2 1.2 1.2 信号的频谱信号的频谱信号的频谱信号的频谱 1.4 1.4 1.4 1.4 放大电路模型放大电路模型放大电路模型放大电路模型 1.5 1.5 1.5 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 1. 1. 1. 1. 信号： 信息的载体 微音器输出的某一段信号的波形 1.11.11.11.1 信号信号信号信号 2. 2. 2. 2. 电信号源的电路表达形式 电压源等效电路 电流源等效电路 SSSS SSSS SSSS R R R R i i i i v ==== 1.11.11.11.1 信号信号信号信号 1. 1. 1. 1. 电信号的时域与频域表示 A. . . . 正弦信号 ))))sin(sin(sin(sin())))(((( 0000mmmm θθθθ++++ωωωω==== ttttVVVVttttv 00000000 0000 ππππ2222 ππππ2222 f f f fT T T T ======== ωωωω ω ω ω ω 1.21.21.21.2 信号的频谱信号的频谱信号的频谱信号的频谱 时域 1. 1. 1. 1. 电信号的时域与频域表示 B. . . . 方波信号 ))))5555sinsinsinsin 5555 1111 3333sinsinsinsin 3333 1111 (sin(sin(sin(sin ππππ 2222 2222 ))))(((( 000000000000 SSSSSSSS ⋯++++ωωωω++++ωωωω++++ωωωω++++==== ttttttttttttVVVVVVVVttttv T T T T ππππ2222 0000 ====ωωωω 满足狄利克雷条件，展开成傅 里叶级数 2222 SSSSVVVV ————————直流分量其中 ππππ 2222 SSSSVVVV ————————基波分量 3333 1111 ππππ 2222 SSSS ⋅⋅⋅⋅ V V V V ————————三次谐波分量 1.21.21.21.2 信号的频谱信号的频谱信号的频谱信号的频谱 方波的时域表示 2. 2. 2. 2. 信号的频谱 B. . . . 方波信号 ))))5555sinsinsinsin 5555 1111 3333sinsinsinsin 3333 1111 (sin(sin(sin(sin ππππ 2222 2222 ))))(((( 000000000000 SSSSSSSS ⋯++++ωωωω++++ωωωω++++ωωωω++++==== ttttttttttttVVVVVVVVttttv 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和相位 随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。 1.21.21.21.2 信号的频谱信号的频谱信号的频谱信号的频谱 幅度谱 相位谱 C. . . . 非周期信号 傅里叶变换： 通过快速傅里叶变换（FFTFFTFFTFFT） 可迅速求出非周期信号的频谱函 数。 ))))0000(((( ∞∞∞∞<<<<≤≤≤≤ωωωω 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 气温波形 气温波形的频谱函数（示意图） 1.21.21.21.2 信号的频谱信号的频谱信号的频谱信号的频谱 1.31.31.31.3 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号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。 1.4 1.4 1.4 1.4 放大电路模型放大电路模型放大电路模型放大电路模型 电压增益（电压放大倍数） iiii oooo v v v ====AAAA 电流增益 iiii oooo i i i i i i i i A A A A i i i i ==== 互阻增益 ))))(((( iiii oooo ΩΩΩΩ==== i i i i A A A A r r r r v 互导增益 ))))SSSS(((( iiii oooo v i i i i A A A A g g g g ==== 1.1.1.1. 放大电路的符号及模拟信号放大放大电路的符号及模拟信号放大放大电路的符号及模拟信号放大放大电路的符号及模拟信号放大 ————————负载开路时的 电压增益 A. A. A. A. 电压放大模型 oooovAAAA iiiiRRRR ————————输入电阻 ooooRRRR ————————输出电阻 由输出回路得 LLLLoooo LLLL iiiiOOOOoooo R R R RR R R R R R R R A A A A V V V V ++++ ==== vv 则电压增益为 iiii oooo v v ==== V V V V A A A A LLLLoooo LLLL oooo R R R RR R R R R R R R A A A A ++++ ==== v 由此可见 ↓↓↓↓LLLLRRRR ↓↓↓↓ v A A A A 即负载的大小会影响增益的大小 要想减小负载的影响，则希望…………？ （考虑改变放大电路的参数） LLLLoooo RRRRRRRR <<<<<<<< 理想情况 0000oooo ====RRRR 2.2.2.2. 放大电路模型放大电路模型放大电路模型放大电路模型 1.4 1.4 1.4 1.4 放大电路模型放大电路模型放大电路模型放大电路模型 另一方面，考虑到 输入回路对信号源的 衰减 ssssiiii RRRRRRRR >>>>>>>> 理想情况 有 ssss iiiissss iiii iiii vv R R R RR R R R R R R R ++++ ==== 要想减小衰减，则希望…………？ ∞∞∞∞====iiiiRRRR 1.4 1.4 1.4 1.4 放大电路模型放大电路模型放大电路模型放大电路模型 A. A. A. A. 电压放大模型 ————————负载短路时的 电流增益 2. 2. 2. 2. 电流放大模型 ssssiiiiAAAA 由输出回路得 LLLLoooo oooo iiiioooo R R R RR R R R R R R R i i i iA A A Ai i i i is is is is ++++ ==== 则电流增益为 iiii oooo i i i i i i i i A A A A i i i i ==== LLLLoooo oooo R R R RR R R R R R R R A A A A is is is is ++++ ==== 由此可见 ↑↑↑↑LLLLRRRR ↓↓↓↓ i i i i A A A A 要想减小负载的影响，则希望…………？ LLLLoooo RRRRRRRR >>>>>>>> 理想情况 ∞∞∞∞====ooooRRRR 由输入回路得 iiiissss ssss ssssiiii R R R RR R R R R R R R i i i ii i i i ++++ ==== 要想减小对信号源的衰减，则希望…………？ ssssiiii RRRRRRRR <<<<<<<< 理想情况 0000iiii ====RRRR 1.4 1.4 1.4 1.4 放大电路模型放大电路模型放大电路模型放大电路模型 C. C. C. C. 互阻放大模型（自学） 输入输出回路没有公共端 D. D. D. D. 互导放大模型（自学） E. E. E. E. 隔离放大电路模型 1.4 1.4 1.4 1.4 放大电路模型放大电路模型放大电路模型放大电路模型 1.51.51.51.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 1. 1. 1. 1. 输入电阻 tttt tttt iiii i i i i R R R R v ==== 1.51.51.51.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 2. 2. 2. 2. 输出电阻 ∞∞∞∞============ LLLLssss ,,,,0000 tttt tttt oooo Rv v i i i i R R R R 注意：输入、输出电阻为交流电阻 1.51.51.51.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 3. 3. 3. 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 (dB)(dB)(dB)(dB)lglglglg20202020 v A A A A====电压增益 四种增益 iiii oooo v v v ====AAAA iiii oooo i i i i i i i i A A A A i i i i ==== iiii oooo i i i i A A A A r r r r v ==== iiii oooo v i i i i A A A A g g g g ==== i i i i A A A AA A A A 、 v 常用分贝（dB）表示。 (dB)(dB)(dB)(dB)lglglglg20202020 i i i i A A A A====电流增益 (dB)(dB)(dB)(dB)lglglglg10101010 P P P P A A A A====功率增益 1.51.51.51.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 4. 4. 4. 4. 频率响应 A.频率响应及带宽 电压增益可表示为 ))))jjjj(((( ))))jjjj(((( ))))jjjj(((( iiii oooo ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω V V V V V V V V A A A A V V V V ̇ ̇̇ ==== 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。 )])])])](((())))(((([[[[ ))))jjjj(((( ))))jjjj(((( iiiioooo iiii oooo ω ω ω ωϕ ϕ ϕ ϕω ω ω ωϕ ϕ ϕ ϕ ω ω ω ω ω ω ω ω −−−−∠∠∠∠==== V V V V V V V V ̇ ̇ 或写为 ))))(((())))(((( ωωωωϕϕϕϕωωωω ∠∠∠∠==== V VV VV VV V A A A AA A A A ̇ 其中 称为幅频响应 j j i o ))))(((( ))))(((( ))))(((( ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω V V A V ̇ ̇ ==== 称为相频响应 io ))))(((())))(((())))(((( ωωωωϕϕϕϕωωωωϕϕϕϕωωωωϕϕϕϕ −−−−====∠∠∠∠ 该图称为波特图 纵轴：dB 横轴：对数坐标 1.51.51.51.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 4. 4. 4. 4. 频率响应 A.频率响应及带宽 其中 —上限频率—HHHHffff 普通音响系统放大电路的幅频响应 —下限频率—LLLLffff 称为带宽LLLLHHHH ffffffffBWBWBWBW −−−−==== HHHHLLLLHHHH ffffBWBWBWBWffffffff ≈≈≈≈>>>>>>>> 时，当 1.51.51.51.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 4. 4. 4. 4. 频率响应 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。 1.2.31.2.31.2.31.2.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 4. 4. 4. 4. 频率响应 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。 相位失真： 对不同频率的信号相 移不同，产生的失真。 1.2.31.2.31.2.31.2.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 5. 5. 5. 5. 非线性失真 由元器件非线性特性 引起的失真。 非线性失真系数: endendendend %%%%100100100100 o1o1o1o1 2222 2222 oooo ××××==== ∑∑∑∑ ∞∞∞∞ ==== V V V V V V V V k k k k k k k k γ γ γ γ V V V VO1O1O1O1是输出电压信号基波分量的 有效值， V V V Vooookkkk是高次谐波分量的有效 值，k为正整数。