模拟电子技术康华0绪论

(1-1)主讲王宗省电子技术基础（模拟部分）(1-2)1绪言1.1什么是模拟电子技术1.2本课程的性质、任务和重点内容1.3本课程的特点和学习方法(1-3)1电子技术1.1什么是模拟电子技术电子技术就是研究电子器件、电子电路及其应用的科学技术。2电子器件在真空、气体或固体中，利用和控制电子运动规律而制成的器件。(1-4)1883年爱迪生在研究白炽灯的寿命时，在灯泡的碳丝附近焊上一小块金属片。结果，他发现：金属片虽然没有与灯丝接触，但如果在它们之间加上电压，灯丝就会产生一股电流，趋向附近的金属片。这股神秘的电流是从哪里来的？爱迪生也无法解释，但他不失时机地将这一发明注册了专利，并称之为“爱迪生效应”。后来，有人证明电流的产生是因为炽热的金属能向周围发射电子造成的。第一代电子器件---电子管(1-5)1904年，弗莱明利用“爱迪生效应”制成了电子二极管，并证实了电子管具有“阀门”作用，他首先被用于无线电检波。世界上第一只电子管由此诞生了。弗莱明为此获得了这项发明的专利权。弗莱明JohnAmbroseFleming人类第一只电子管的诞生，标志着世界从此进入了电子时代。(1-6)弗莱明同无线电的发明者、意大利发明家马可尼的合作中已经感到，要实现远距离的无线电通信，就必须有灵敏可靠的检波器。“爱迪生效应”引起了他的强烈兴趣。于是，他用一个金属圆筒代替了爱迪生所用的金属丝，套在灯丝外面，和灯丝一起封在玻璃泡里。这样，接收电子的面积大大增加了。经过实验，检波效果十分理想。由于金属筒接正电、灯丝接负电时才有电流通过，因此弗莱明将金属筒称为“阳极”，将灯丝称为“阴极”。这种新诞生的器件，其作用相当于一个只允许电流单向流动的阀门，弗莱明就干脆把它叫做“阀”。这种阀后人将其称为“真空二极管”(1-7)李·德福雷斯特LeedeForest李·德福雷斯特，美国科学家，被誉为电子管之父，1906年他在弗莱明的二极管中放进了第三个电极——栅极,只要把一个微弱的变化电压加在它的身上，就能在金属屏板上接收到更大的变化电流，这正是电子管的“放大”作用，“电子三极管”从此诞生，从而建树了早期电子技术上最重要的里程碑。(1-8)德福雷斯特是一位多产的发明家，一生获得了多达300余项专利。除了电子管之外，他的发明还包括在电影胶片边缘录制声音的技术、医学上使用的高频电热理疗机等等。发明也为他赢得“无线电之父”、“电视始祖”和“电子管之父”的称号。(1-9)它用了18800只真空管，占地1500英尺，重约30吨，每小时耗电20万千瓦，价格40多万美元，运算速度只有每秒5000次。这就是人们通常所说的世界首台电子计算机。世界首台电子计算机ENIAC二战期间，美国军方要求宾州大学为它们设计一种以真空管来取代继电器来计算炮弹弹道的机器。1946年2月14日，这种机器正式投入使用了。(1-10)半个多世纪以来，电子管在电子技术中立下了很大功劳；但是电子管毕竟成本高，制造繁，体积大，耗电多，工作温度过高和寿命短的特点限制了它的使用范围。时至今日，电子管仍在发挥作用。如电视机的显像管、微波炉中产生微波的主要器件、在广播、电视、通信发射机里的大功率发射管等。技术的进步，导致电子管从兴旺走向衰败，令人大有“无可奈何花落去”之感，但电子管在人类科技发展史上所占有的地位毕竟是不容忽视的。展望未来，电子管在相当长的一段时间内还将继续发挥重要作用。(1-11)体积小、重量轻、寿命长、功耗低；受温度变化的影响较大；过载能力较差。第二代电子器件---晶体管(1-12)威廉·肖克利WilliamShockley晶体管之父，他与美国贝尔电话实验室的巴丁、布拉坦等人，在对半导体性质进行广泛研究的基础上，终于在1947年11月底发明了点接晶体管，并在12月16日正式宣布“晶体管”诞生。1948年，他的研发小组为晶体管技术申请了专利。1949年他又提出了结型晶体管概念（sandwich-transistor），那是一种更小、更易散热的硅晶片材料。一年后，结型晶体管研制成功，一场电子技术革命由此爆发。他不但被《时代》周刊评为了“20世纪最伟大的科学家之一”，也因发明“晶体管”而获得了1956年的诺贝尔物理学奖。(1-13)世界首台晶体管计算机1954年，贝尔实验室研制出世界上第一台全晶体管计算机TRADIC，装有800只晶体管，仅100瓦功率，占地也只有3立方英尺。晶体管技术的优势非常的明显，它明显的降低了计算机的体积和功耗。这台计算机的出现也标志着第二代计算机的开始。(1-14)1958年，仙童公司RobertNoyce(罗伯特.诺依斯)与德仪公司JackKilby（杰克.基尔比）间隔数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史。1961年4月25日，第一个晶体管电路专利被授予了前者：RobertNoyce。世界首款集成块第三代电子器件---集成电路(1-15)时期规模集成度（元件数）50年代末小规模集成电路（SSI）10060年代中规模集成电路（MSI）100070年代大规模集成电路（LSI）100070年代末超大规模集成电路（VLSI）1000080年代特大规模集成电路（ULSI）1000001985年，1兆位ULSI的集成度达到200万个元件，器件条宽仅为1微米；1992年，16兆位的芯片集成度达到了3200万个元件，条宽减到0.5微米，而后的64兆位芯片，其条宽仅为0.3微米。集成电路阶段(1-16)集成电路制造技术的发展日新月异，其中最具有代表性的集成电路芯片主要包括以下几类，它们构成了现代数字系统的基石。可编程逻辑器件（PLD）微控制芯片（MCU）数字信号处理器（DSP）大规模存储芯片（RAM/ROM）(1-17)电子线路是随着电子器件的发展而不断发展的，它与材料、生产工艺等技术密切相关。电子管晶体管集成电路电子器件发展总结1904年电子管问世1947年晶体管诞生1958年集成电路研制成功(1-18)3电子电路电子器件与电阻器、电感器、电容器、变压器、开关等元件适当地连接起来所组成的电路就是电子电路。电子电路的主要特点：控制方便、工作灵敏、响应速度快等。电子电路与普通电路的主要区别：（1）电子电路包含有电子器件。（2）电子器件的特性往往是非线性的。（3）电子电路必须采用非线性电路的分析方法来分析。按照处理的信号的不同电子电路分为模拟电子电路和数字电子电路。(1-19)4模拟电子电路信号的分类：根据时间和幅值的连续性和离散性分类a.模拟信号：在时间上和幅值上均是连续的，在一定动态范围内可能取任意值。b.数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。数字信号只存在高低两种电平的相互转化。模拟（电子）电路就是处理模拟信号的电子电路。(1-20)模拟信号0f(t)t模拟信号：(1-21)0101010101010011101000101001111100011100111000001000数字信号：(1-22)0f(t)tt1t3t5t2t4...几种特殊的信号1.时间离散，幅度连续:(1-23)0f(t)tt1t3t5t2t4...2.时间离散，幅度离散；(1-24)0f(t)tt1t3t5t2t4...3.时间连续，幅度离散；(1-25)1.2本课程的性质、任务和重点内容1．本课程的性质与任务性质:是电子技术方面入门性质的技术基础课。任务：通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能（简称“三基”）。为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下基础。基础课专业课技术基础课(1-26)主要是指电子电路的基本分析方法。是指基本的电子器件和电子电路的性能及其主要应用。是指电子测试技术、电子电路的分析计算能力和识图能力。基本技能:基本知识:基本理论:“三基”:(1-27)(1)电子器件，包括集成电路。b.不深入讨论器件内部微观的物理过程及生产工艺。本课程基本内容：学习的重点:a.了解电子器件的外部特性。b.了解电子器件在电路中的应用。注意的事项：a.本课程只介绍常用的半导体器件。2．课程内容的重点(1-28)(2)电路学习的重点:(a)最基本的电路结构(b)电路的工作原理(c)电路的分析方法(d)电路的组合规律(e)典型应用电路(1-29)(3)器件、电路、应用三者学习的关系是：管、路、用结合，管为路用，以路为主。(b)分立电路仍然是电子电路中最核心的电路。分立电路与集成电路的关系(a)分立电路在很多应用场合已经被集成电路所代替。(c)分立电路是集成电路中的基本单元电路。(d)分立为基础、集成是重点，分立为集成服务。(1-30)1.3模拟电子技术基础课的特点与学习方法1）.工程性实际工程需要证明其可行性。强调定性分析。实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存在一定的误差范围的。定量分析为“估算”。近似分析要“合理”。抓主要矛盾和矛盾的主要方面。电子电路归根结底是电路。不同条件下构造不同模型。2）.实践性常用电子仪器的使用方法电子电路的测试方法故障的判断与排除方法EDA软件的应用方法1.主要特点(1-31)1）.掌握基本概念、基本电路和基本分析方法基本概念：概念是不变的，应用是灵活的，“万变不离其宗”。基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种多样的。基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标和描述方法，因而有不同的分析方法。2）.注意定性分析和近似分析的重要性3）.学会辩证、全面地分析电子电路中的问题根据需求，最适用的电路才是最好的电路。要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊”。4）.注意电路中常用定理在电子电路中的应用2.如何学习这门课以期达到1.会看：读图，定性分析2.会算：定量计算考查分析问题的能力3.会选：电路形式、器件、参数4.会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA考查解决问题的能力－－设计能力考查解决问题的能力－－实践能力综合应用所学知识的能力