模電基礎(chǔ)

• 一、模擬信號與模擬電路
• 0.信號
• 1. 電信號
• 2. 模擬信號
• 3. 數(shù)字信號
• 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)課程特點及學(xué)習(xí)方法
• 1. 模擬電子技術(shù)的特點
• 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?什么是電信號?什么是模擬信號?什么是數(shù)字信號?

為什么常將非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號?

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(nèi)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(tài)即人類視覺系統(tǒng)所反應(yīng)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(shù)學(xué)上可將它描述為時間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(shù)值(幅度)上均具有連續(xù)性，即對應(yīng)于任意時間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，自然界的信號多為模擬信號。大多數(shù)非電物理量轉(zhuǎn)換成的電信號均為隨時間連續(xù)變化的電信號。用來產(chǎn)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(xué)科。

3. 數(shù)字信號

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

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

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

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，處理計算為核心的模塊化設(shè)計;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，通常集成電路能實現(xiàn)的就不選用分立元件電路，大規(guī)模集成電路能實現(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從事的各種活動?？臻g電磁場的變化對于電子系統(tǒng)會造成不同程度的干擾，同時電子系統(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)計中，電磁兼容性設(shè)計的重點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(diào)整。

4)系統(tǒng)設(shè)計合理。系統(tǒng)的組裝、調(diào)試、維護、保養(yǎng)以及功能擴展應(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，即首先對一些實際的電子元器件及線路進行模型化處理，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(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際意義。

2)實踐積累

電子系統(tǒng)分析的意義在于除了及時了解系統(tǒng)的各種性能之外，還可以為電子系統(tǒng)的設(shè)計提供更多的理論依據(jù)，以獲得更豐富的實現(xiàn)方法。完成一個電子系統(tǒng)，常常要經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的分析、設(shè)計和調(diào)試。豐富的知識和經(jīng)驗只有在學(xué)習(xí)和實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、負輸出電壓的三端電壓調(diào)整器四個部分。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)可用于公共場所，如超市、商場車站、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)及負載(揚聲器)等四個部分。信號由麥克風(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)課程特點及學(xué)習(xí)方法

1. 模擬電子技術(shù)的特點

一、工程性強

在模擬電子電路的分析與設(shè)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(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，使得精確計算非常復(fù)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(shù)的離散性及電路的復(fù)雜性，設(shè)計好的模擬電子電路幾乎都要經(jīng)過仿真、調(diào)試才能達到預(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)試就是對模擬電路進行測試及調(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。對于每一個基本概念，都應(yīng)理解并掌握其物理意義。如果是一個物理量，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)實際的電子系統(tǒng)往往是較復(fù)雜的，在分析和計算時需要從實際情況出發(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)分析法進行分析或近似計算。

二、要建立實踐觀念、重視實踐環(huán)節(jié)和動手能力的培養(yǎng)實踐環(huán)節(jié)和動手能力的培養(yǎng)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(biāo)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(xué)到的理論知識，提高動手能力，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。

三、要建立工程觀念、工程意識電路設(shè)計和制作中要以工程觀念為指導(dǎo)，對電路和元器件進行合理的設(shè)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(biāo)稱值，應(yīng)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(shè)計中還必須注意電磁兼容問題。