模电基础

学习目标：

什么是信号?什么是电信号?什么是模拟信号?什么是数字信号?

为什么常将非电物理量转换成电信号?

电子系统的组成及各部分的作用。

电子系统的分析方法。

模拟电子电路的应用。

一、模拟信号与模拟电路

0.信号

信号是用来表征信息的物理量，也可以说是信息的载体。信息是信号的具体内容，例如，声音信号可以传达语言、音乐等信息;图像信号可以传达形态即人类视觉系统所反应的图像信息;温度信号可以传达物体温度等。信息需要借助于某些物理量来表示和传递。

1. 电信号

信号有非电物理信号和电信号之分，如声、光、温度、压力、流量、位移、速度、加速度等属于非电物理信号，而电信号一般指的是随时间，变化的电流i或电压u,在数学上可将它描述为时间t的函数，即u=f(t)或i=f(t),并可画出其波形。信息可通过电信号进行传递、处理、存储和控制。

都是赋予信号来表示信息的能力。

2. 模拟信号

模拟信号：是指在时间和数值(幅度)上均具有连续性，即对应于任意时间t,均有确定的函数值u或i,并且u或i的幅值是连续取值的，自然界的信号多为模拟信号。大多数非电物理量转换成的电信号均为随时间连续变化的电信号。用来产生和处理模拟信号的电子电路称为模拟电路，模电就是研究用电路处理模拟信号的学科。

3. 数字信号

数字信号：在时间和数值上均具有离散性，即u或i的变化在时间上不连续，总是发生在离散的瞬间，且它们的数值是一个最小量值的整数倍，并以此倍数作为数字信号的数值。

二、电子系统的分析方法

1. 电子系统的组成

模拟电子系统按 功能 划分主要由以下几种模拟单元电路组合而成。

1)放大电路：用于信号的电压、电流和功率放大。

2)滤波电路：用于信号的提取、变换及抗干扰等。

3)运算电路：用于信号的加、减、乘、除、微分、积分、对数和指数等运算。

4)转换电路：用于电压信号与电流信号之间的转换、直流信号与交流信号之间的转换、电压与频率之间的转换等。

5)信号发生电路：用于产生正弦波、矩形波、三角波等信号。

6)直流电源：将市电(220V/50Hz)转换成不同输出电压和电流的直流电，以作为电子电路本身的供电电源。

这些电路本质上就是为了用电路元件来处理信号，处理计算为核心的模块化设计;后面就慢慢演化为集成的电路模块了

2. 电子系统的组成原则

1)必须满足给定的性能指标和质量指标。如 增益、输入电阻、输出电阻、通频带、失真度 等。

2)电路要尽量简单。同样功能的电路，电路越简单，元器件数目以及连线和焊点越少，出现故障的概率越小，系统的可靠性就越高。因此，通常集成电路能实现的就不选用分立元件电路，大规模集成电路能实现的就不选用小规模集成电路。

3)必须考虑电磁兼容性。所谓电磁兼容性，是指电子系统在预定的环境下，既能抵御周围电磁场的干扰，又能较少地影响周围环境。电子系统常常不可避免地工作在复杂的电磁环境中，其中既有来自大自然的各种放电现象、宇宙的各种电磁辐射，又有人类自己利用电和电磁场从事的各种活动。空间电磁场的变化对于电子系统会造成不同程度的干扰，同时电子系统本身也在不同程度上成为其它电子设备的干扰源。在电子系统设计中，电磁兼容性设计的重点是首先要分析周围环境电磁干扰的物理特性，然后想办法抑制干扰源或阻断干扰源的传播。一般可采用隔离、屏蔽、接地、滤波、去藕等技术来获得较强的抗干扰能力，必要时还可选用抗干扰能力强的元器件，并对元器件进行精密调整。

4)系统设计合理。系统的组装、调试、维护、保养以及功能扩展应简单方便。

3. 电子系统的分析方法

1)通常采用模型等效分析方法

实际的电子系统往往是较复杂的，为了从理论上更快、更好地了解实际电子系统的性能，通常采用模型等效分析方法，即首先对一些实际的电子元器件及线路进行模型化处理，并根据系统的工作状态和特征用线性方法略去次要成分，简化电路模型，再利用基本的定理、定律和网络分析方法进行分析。显然，模型等效分析方法必然会带来一定的误差，但大多数电子元器件参数具有离散性，一味追求分析精度自然失去了实际意义。

2)实践积累

电子系统分析的意义在于除了及时了解系统的各种性能之外，还可以为电子系统的设计提供更多的理论依据，以获得更丰富的实现方法。完成一个电子系统，常常要经过反反复复的分析、设计和调试。丰富的知识和经验只有在学习和实践中不断获取和积累。

三、模拟电路的应用

下面的例子其实都是基于 电子系统组成 功能模块结合而来，模电很有规律，非常系统，毕竟俄罗斯的很多电器设备全是模电系统。

【例1.3.1】±12V双极性直流电源供应系统的框图如图1.3.1所示。该直流电源主要包括变压器、整流器、滤波器和提供正、负输出电压的三端电压调整器四个部分。电源的电路图。

【例1.3.2】公共广播系统，其基本框图如图1.3.3所示，该系统可用于公共场所，如超市、商场车站、码头等。该系统主要包括直流电源供应器、前置放大电路、功率放大电路、麦克风及负载(扬声器)等四个部分。信号由麦克风输入，经过前置放大，再经过功率放大，最后由扬声器(喇叭)输出语音或音乐。其电路图如图1.3.4所示。

四、模拟电子技术课程特点及学习方法

1. 模拟电子技术的特点

一、工程性强

在模拟电子电路的分析与设计中，除了要遵循基本电路理论外，还需要从工程角度思考和处理问题，以工程实践的观点进行电子电路的分析和计算。

(1)在实际工程中，对模拟电路的分析一般为定性分析，根据定性分析结果判断电路是否满足功能及性能要求。

(2)由于组成电路的各个元器件的性能指标都存在一定的误差范围，在模拟电路的定量分析中也容许存在一定的误差，因此在模拟电路的定量分析中基本上都使用“估算”。“估算”也称为近似计算，由于半导体器件参数的离散性和温度敏感性，使得精确计算非常复杂，常常没有实际意义。在进行近似计算时要弄清研究的什么问题、需要满足什么条件，做到“合理”的近似计算。

二、实践性强

由于元器件参数的离散性及电路的复杂性，设计好的模拟电子电路几乎都要经过仿真、调试才能达到预期的功能及性能指标。仿真方法是现代电子电路设计重要的、必须掌握的方法，掌握仿真方法是提高分析、解决电路问题的重要手段。调试就是对模拟电路进行测试及调整。在调试过程中要理解电路的工作原理，了解元器件的参数对电路性能的影响，掌握常用电子仪器的使用方法，正确分析、判断并排除电路故障。

2. 模拟电子技术基础课程学习方法

一、掌握基本的理论知识即“基本概念、基本电路、基本分析方法”

(1)基本概念的应用可以灵活多变，但其含义是不变的。对于每一个基本概念，都应理解并掌握其物理意义。如果是一个物理量，应掌握其求解方法。

(2)电路可以千变万化，但其组成原则是不变的。实际电路可能多种多样，但几乎都是由一些基本电路构成。掌握这些基本电路是学好本课程的关键。

(3)实际的电子系统往往是较复杂的，在分析和计算时需要从实际情况出发，抓住主要矛盾，忽略次要因素。利用电路的基本定律、定理和网络分析法进行分析或近似计算。

二、要建立实践观念、重视实践环节和动手能力的培养实践环节和动手能力的培养在本课程中占有重要的地位。

一个电路是否能满足功能和性能指标的要求，需要通过实践去检验。通过实验和实践，可以深化和巩固学到的理论知识，提高动手能力，培养严谨的科学作风。

三、要建立工程观念、工程意识电路设计和制作中要以工程观念为指导，对电路和元器件进行合理的设计和取值。例如，在电路计算中得出电路中的某一电阻的阻值为238Ω,而实际的电阻没有该标称值，应将这个电阻用 240Ω 替代。另外，一个实际的电感在某些情况下不但要考虑电感分量，还要考虑其电阻分量，甚至还要考虑其分布电容。又例如，在高速、小信号电子电路的设计中还必须注意电磁兼容问题。