模電基礎

• 一、模擬信號與模擬電路
• 0.信號
• 1. 電信號
• 2. 模擬信號
• 3. 數字信號
• 二、電子系統的分析方法
• 1. 電子系統的組成
• 2. 電子系統的組成原則
• 3. 電子系統的分析方法
• 三、模擬電路的應用
• 四、模擬電子技術課程特點及學習方法
• 1. 模擬電子技術的特點
• 2. 模擬電子技術基礎課程學習方法

學習目標：

什么是信號?什么是電信號?什么是模擬信號?什么是數字信號?

為什么常將非電物理量轉換成電信號?

電子系統的組成及各部分的作用。

電子系統的分析方法。

模擬電子電路的應用。

一、模擬信號與模擬電路

0.信號

信號是用來表征信息的物理量，也可以說是信息的載體。信息是信號的具體內容，例如，聲音信號可以傳達語言、音樂等信息;圖像信號可以傳達形態即人類視覺系統所反應的圖像信息;溫度信號可以傳達物體溫度等。信息需要借助于某些物理量來表示和傳遞。

1. 電信號

信號有非電物理信號和電信號之分，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，而電信號一般指的是隨時間，變化的電流i或電壓u,在數學上可將它描述為時間t的函數，即u=f(t)或i=f(t),并可畫出其波形。信息可通過電信號進行傳遞、處理、存儲和控制。

都是賦予信號來表示信息的能力。

2. 模擬信號

模擬信號：是指在時間和數值(幅度)上均具有連續性，即對應于任意時間t,均有確定的函數值u或i,并且u或i的幅值是連續取值的，自然界的信號多為模擬信號。大多數非電物理量轉換成的電信號均為隨時間連續變化的電信號。用來產生和處理模擬信號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的學科。

3. 數字信號

數字信號：在時間和數值上均具有離散性，即u或i的變化在時間上不連續，總是發生在離散的瞬間，且它們的數值是一個最小量值的整數倍，并以此倍數作為數字信號的數值。

二、電子系統的分析方法

1. 電子系統的組成

模擬電子系統按 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：用于信號的電壓、電流和功率放大。

2)濾波電路：用于信號的提取、變換及抗干擾等。

3)運算電路：用于信號的加、減、乘、除、微分、積分、對數和指數等運算。

4)轉換電路：用于電壓信號與電流信號之間的轉換、直流信號與交流信號之間的轉換、電壓與頻率之間的轉換等。

5)信號發生電路：用于產生正弦波、矩形波、三角波等信號。

6)直流電源：將市電(220V/50Hz)轉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。

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

2. 電子系統的組成原則

1)必須滿足給定的性能指標和質量指標。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，元器件數目以及連線和焊點越少，出現故障的概率越小，系統的可靠性就越高。因此，通常集成電路能實現的就不選用分立元件電路，大規模集成電路能實現的就不選用小規模集成電路。

3)必須考慮電磁兼容性。所謂電磁兼容性，是指電子系統在預定的環境下，既能抵御周圍電磁場的干擾，又能較少地影響周圍環境。電子系統常常不可避免地工作在復雜的電磁環境中，其中既有來自大自然的各種放電現象、宇宙的各種電磁輻射，又有人類自己利用電和電磁場從事的各種活動?？臻g電磁場的變化對于電子系統會造成不同程度的干擾，同時電子系統本身也在不同程度上成為其它電子設備的干擾源。在電子系統設計中，電磁兼容性設計的重點是首先要分析周圍環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、去藕等技術來獲得較強的抗干擾能力，必要時還可選用抗干擾能力強的元器件，并對元器件進行精密調整。

4)系統設計合理。系統的組裝、調試、維護、保養以及功能擴展應簡單方便。

3. 電子系統的分析方法

1)通常采用模型等效分析方法

實際的電子系統往往是較復雜的，為了從理論上更快、更好地了解實際電子系統的性能，通常采用模型等效分析方法，即首先對一些實際的電子元器件及線路進行模型化處理，并根據系統的工作狀態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、定律和網絡分析方法進行分析。顯然，模型等效分析方法必然會帶來一定的誤差，但大多數電子元器件參數具有離散性，一味追求分析精度自然失去了實際意義。

2)實踐積累

電子系統分析的意義在于除了及時了解系統的各種性能之外，還可以為電子系統的設計提供更多的理論依據，以獲得更豐富的實現方法。完成一個電子系統，常常要經過反反復復的分析、設計和調試。豐富的知識和經驗只有在學習和實踐中不斷獲取和積累。

三、模擬電路的應用

下面的例子其實都是基于 電子系統組成 功能模塊結合而來，模電很有規律，非常系統，畢竟俄羅斯的很多電器設備全是模電系統。

【例1.3.1】±12V雙極性直流電源供應系統的框圖如圖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、負輸出電壓的三端電壓調整器四個部分。電源的電路圖。

【例1.3.2】公共廣播系統，其基本框圖如圖1.3.3所示，該系統可用于公共場所，如超市、商場車站、碼頭等。該系統主要包括直流電源供應器、前置放大電路、功率放大電路、麥克風及負載(揚聲器)等四個部分。信號由麥克風輸入，經過前置放大，再經過功率放大，最后由揚聲器(喇叭)輸出語音或音樂。其電路圖如圖1.3.4所示。

四、模擬電子技術課程特點及學習方法

1. 模擬電子技術的特點

一、工程性強

在模擬電子電路的分析與設計中，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，以工程實踐的觀點進行電子電路的分析和計算。

(1)在實際工程中，對模擬電路的分析一般為定性分析，根據定性分析結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元器件的性能指標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為近似計算，由于半導體器件參數的離散性和溫度敏感性，使得精確計算非常復雜，常常沒有實際意義。在進行近似計算時要弄清研究的什么問題、需要滿足什么條件，做到“合理”的近似計算。

二、實踐性強

由于元器件參數的離散性及電路的復雜性，設計好的模擬電子電路幾乎都要經過仿真、調試才能達到預期的功能及性能指標。仿真方法是現代電子電路設計重要的、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。調試就是對模擬電路進行測試及調整。在調試過程中要理解電路的工作原理，了解元器件的參數對電路性能的影響，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. 模擬電子技術基礎課程學習方法

一、掌握基本的理論知識即“基本概念、基本電路、基本分析方法”

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

(2)電路可以千變萬化，但其組成原則是不變的。實際電路可能多種多樣，但幾乎都是由一些基本電路構成。掌握這些基本電路是學好本課程的關鍵。

(3)實際的電子系統往往是較復雜的，在分析和計算時需要從實際情況出發，抓住主要矛盾，忽略次要因素。利用電路的基本定律、定理和網絡分析法進行分析或近似計算。

二、要建立實踐觀念、重視實踐環節和動手能力的培養實踐環節和動手能力的培養在本課程中占有重要的地位。

一個電路是否能滿足功能和性能指標的要求，需要通過實踐去檢驗。通過實驗和實踐，可以深化和鞏固學到的理論知識，提高動手能力，培養嚴謹的科學作風。

三、要建立工程觀念、工程意識電路設計和制作中要以工程觀念為指導，對電路和元器件進行合理的設計和取值。例如，在電路計算中得出電路中的某一電阻的阻值為238Ω,而實際的電阻沒有該標稱值，應將這個電阻用 240Ω 替代。另外，一個實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、小信號電子電路的設計中還必須注意電磁兼容問題。