本教材是為適應(yīng)電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和二十一世紀(jì)高等教育人才培養(yǎng)的需要,根據(jù)教學(xué)
基本要求,總結(jié)多年的教學(xué)實(shí)踐,針對(duì)模擬電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)的特點(diǎn),為滿(mǎn)足學(xué)時(shí)較少情況
下的需求而編寫(xiě)的。力圖在內(nèi)容體系、編寫(xiě)體例、敘述風(fēng)格等方面有別于其它教材,做到語(yǔ)
言簡(jiǎn)練,容易自學(xué),具有系統(tǒng)性、科學(xué)性、啟發(fā)性、先進(jìn)性和適用性。
本書(shū)是根據(jù)近年來(lái)電子技術(shù)的發(fā)展和豐富的教學(xué)實(shí)踐,針對(duì)模擬電子技術(shù)課程教學(xué)基本要求和學(xué)習(xí)的特點(diǎn),編寫(xiě)而成的。
主要內(nèi)容包括: 模擬電子系統(tǒng)簡(jiǎn)介、集成運(yùn)算放大電路及其基本應(yīng)用、半導(dǎo)體二極管及其基本應(yīng)用電路、晶體三極管及其基本放大電路、場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路、集成運(yùn)算放大電路、放大電路中的反饋、模擬信號(hào)的運(yùn)算和濾波、信號(hào)的產(chǎn)生和變換、直流電源。本書(shū)配有光盤(pán),主要內(nèi)容包括Multisim V7使用手冊(cè)和本書(shū)大部分例題的仿真。
本書(shū)適用于作為高等院校電氣信息類(lèi)各個(gè)專(zhuān)業(yè)和部分非電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教科書(shū),而且特別適合于學(xué)時(shí)較少的情況,也可作為工程技術(shù)人員的參考書(shū)。
為了適應(yīng)電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和21世紀(jì)高等教育人才的培養(yǎng),我們根據(jù)教學(xué)基本要求,總結(jié)了多年的教學(xué)實(shí)踐,針對(duì)模擬電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)的特點(diǎn),為滿(mǎn)足學(xué)時(shí)較少情況下的需求,編寫(xiě)了這本教材。力圖在內(nèi)容體系、編寫(xiě)體例、敘述風(fēng)格等方面有別于其它教材,做到語(yǔ)言簡(jiǎn)練,容易自學(xué),具有系統(tǒng)性、科學(xué)性、啟發(fā)性、先進(jìn)性和適用性。
為達(dá)到上述目的,具體做法是:
一、 第1章闡明模擬信號(hào)的特點(diǎn)、模擬電子系統(tǒng)的組成及各種模擬電路在系統(tǒng)中的作用。力圖使讀者從電子系統(tǒng)的角度了解全書(shū)所講述的模擬電路的功能,從而在面對(duì)實(shí)際應(yīng)用時(shí)能夠正確選擇合適的電路。
二、 針對(duì)模擬電子技術(shù)課程入門(mén)較難的特點(diǎn),在第2章中,將集成運(yùn)放作為基本電子器件,簡(jiǎn)述其外特性,并在講述其基本應(yīng)用的同時(shí)闡明對(duì)模擬信號(hào)的放大、運(yùn)算、比較等基本處理電路,使讀者較快深入到實(shí)質(zhì)性問(wèn)題中去。
三、 分散難點(diǎn),循序漸進(jìn)。在第3~5章中,均各以一類(lèi)半導(dǎo)體器件及其基本應(yīng)用電路劃分為一章,便于學(xué)習(xí)和掌握。在有足夠的基本知識(shí)的鋪墊下,第6、7章分別講述集成運(yùn)算放大電路和放大電路中的反饋。遵循“先基礎(chǔ)、后應(yīng)用”的原則,第8、9兩章講述模擬信號(hào)的處理、轉(zhuǎn)換和產(chǎn)生等電路,第10章講述直流電源。
四、 為了突出教學(xué)基本要求,各章的開(kāi)頭均給出了本章的基本概念、基本電路與基本方法,使讀者學(xué)習(xí)目的明確,有利于自我檢查。
五、 本書(shū)配備了足夠數(shù)量的例題和習(xí)題,力圖使其在難度上有層次,在題型上多樣化、在提問(wèn)題的角度上具有啟發(fā)性,有利于讀者自學(xué)并提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
六、 本書(shū)配有光盤(pán),內(nèi)容為Multisim V7的使用說(shuō)明和本書(shū)大多數(shù)例題的仿真,以利于讀者更深入地理解電子電路的基本原理,并學(xué)習(xí)和掌握電子電路先進(jìn)的分析和設(shè)計(jì)方法。
本書(shū)由華成英主編。全書(shū)正文由華成英編寫(xiě),習(xí)題由葉朝輝編寫(xiě); 葉朝輝還完成了光盤(pán)的制作。
由于我們的能力和水平所限,書(shū)中定有疏漏、欠妥和錯(cuò)誤之處。懇請(qǐng)各屆讀者多加指正。
編者
2005年9月于清華園
一、 幾點(diǎn)原則
1. 電流和電壓(以基極電流為例)
IB(AV)表示平均值
IB(IBQ)大寫(xiě)字母、大寫(xiě)下標(biāo),表示直流量(或靜態(tài)電流)
iB小寫(xiě)字母、大寫(xiě)下標(biāo),表示包含直流量的瞬時(shí)總量
Ib大寫(xiě)字母、小寫(xiě)下標(biāo),表示交流有效值
ib小寫(xiě)字母、小寫(xiě)下標(biāo),表示交流瞬時(shí)值
A·up表示交流復(fù)數(shù)值
ΔiB表示瞬時(shí)值的變化量2. 電阻
R電路中的電阻或等效電阻
r器件內(nèi)部的等效電阻
二、 基本符號(hào)
1. 電流和電壓
I,i電流的通用符號(hào)
U,u電壓的通用符號(hào)
If,Uf反饋電流、電壓
I·i,U·i正弦交流輸入電流、電壓
I·o,U·o正弦交流輸出電流、電壓
IQ,UQ 電流、電壓靜態(tài)值
iP,uP 集成運(yùn)放同相輸入電流、電壓
iN,uN 集成運(yùn)放反相輸入電流、電壓
uIc共模輸入電壓
uId差模輸入電壓
U·s交流信號(hào)源電壓
UT 電壓比較器的閾值電壓、PN結(jié)電流方程中溫度的電壓當(dāng)量
UOH, UOL電壓比較器的輸出高電平和輸出低電平
VBB,VCC,VEE晶體管基極回路電源、集電極回路電源和發(fā)射極回路電源
VGG,VDD場(chǎng)效應(yīng)管柵極回路電源和漏極回路電源2. 電阻、電導(dǎo)、電容、電感
R電阻通用符號(hào)
G電導(dǎo)通用符號(hào)
C電容通用符號(hào)
L電感通用符號(hào)
Rb,Rc,Re 晶體管基極、集電極、發(fā)射極外接電阻
Rg,Rd,Rs場(chǎng)效應(yīng)管柵極、漏極、源極外接電阻
Ri 放大電路的輸入電阻
Ro放大電路的輸出電阻
Rif ,Rof負(fù)反饋放大電路的輸入電阻和輸出電阻
RL負(fù)載電阻
RN集成運(yùn)放反相輸入端外接的等效電阻
RP集成運(yùn)放同相輸入端外接的等效電阻
Rs信號(hào)源內(nèi)阻3. 放大倍數(shù)、增益
A放大倍數(shù)或增益的通用符號(hào)
Ac共模電壓放大倍數(shù)
Ad差模電壓放大倍數(shù)
A·u電壓放大倍數(shù)的通用符號(hào),A·u=U·o/U·i
A·ul,A·um,A·uh低頻、中頻、高頻電壓放大倍數(shù)
A·up有源濾波電路的通帶放大倍數(shù)
A·us考慮信號(hào)源內(nèi)阻時(shí)的電壓放大倍數(shù)的通用符號(hào),A·us=U·o/U·s
A·uu第一個(gè)下標(biāo)為輸出量,第二個(gè)下標(biāo)為輸入量,電壓放大倍數(shù)符號(hào),Aui、Aii、Aiu依此類(lèi)推
F·反饋系數(shù)通用符號(hào)
Fuu第一個(gè)下標(biāo)為輸出量,第二個(gè)下標(biāo)為輸入量,電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路反饋系數(shù)符號(hào),F(xiàn)·us=U·f/U·o; F·ui、F·ii、F·iu依此類(lèi)推4. 功率和效率
P功率通用符號(hào)
p瞬時(shí)功率
Po輸出交流功率
Pom最大輸出交流功率
PT晶體管耗散功率
PV電源消耗的功率5. 頻率
f頻率通用符號(hào)
fBW通頻帶
fc使放大電路增益為0dB時(shí)的信號(hào)頻率
fH放大電路的上限截止頻率
fL放大電路的下限截止頻率
fp濾波電路的截止頻率
f0電路的振蕩頻率、中心頻率
ω角頻率通用符號(hào)
三、 器件參數(shù)符號(hào)
1. 二極管
D二極管
IF二極管的最大整流平均電流
IR二極管的反向電流
IS二極管的反向飽和電流
rd二極管導(dǎo)通時(shí)的動(dòng)態(tài)電阻
Uon二極管的開(kāi)啟電壓
U(BR)二極管的擊穿電壓2. 穩(wěn)壓二極管
DZ穩(wěn)壓二極管
IZ,IZM穩(wěn)定電流、最大穩(wěn)定電流
rz穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)電阻
UZ穩(wěn)定電壓3. 雙極型管
T晶體管
b,c,e基極、集電極、發(fā)射極
,β晶體管共射直流電流放大系數(shù)和共射交流電流放大系數(shù)
Cμ混合π等效電路中集電結(jié)的等效電容
Cπ混合π等效電路中發(fā)射結(jié)的等效電容
fβ晶體管共射接法電流放大系數(shù)的上限截止頻率
fT晶體管的特征頻率,即共射接法下使電流放大系數(shù)為1的頻率
gm跨導(dǎo)
h11e,h11e,h11e,h11e晶體管h參數(shù)等效電路的四個(gè)參數(shù)
ICBO,ICEO發(fā)射極開(kāi)路時(shí)bc間的反向電流、基極開(kāi)路時(shí)ce間的穿透電流
ICM集電極最大允許電流
PCM集電極最大允許耗散功率
rbb′,rb′e,rbe基區(qū)體電阻、發(fā)射結(jié)動(dòng)態(tài)等效電阻、be間動(dòng)態(tài)電阻
U(BR)CEO基極開(kāi)路時(shí)ce間的擊穿電壓
UCES晶體管飽和管壓降
Uon晶體管be間的開(kāi)啟電壓4. 單極型管
T場(chǎng)效應(yīng)管
d,g,s漏極、柵極、源極
Cds,Cgs,CgdDS間等效電容、GS間等效電容、GD間等效電容
gm跨導(dǎo)
IDO增強(qiáng)型MOS管UGS=2UGS(th)時(shí)的漏極電流
IDSS耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管UGS=0時(shí)的漏極電流
PDM漏極最大允許耗散功率
rdsDS間的微變等效電阻,近似計(jì)算時(shí)可認(rèn)為其無(wú)窮大
UGS(off)或UP耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的夾斷電壓
UGS(th)或UT增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)啟電壓5. 集成運(yùn)放
Aod開(kāi)環(huán)差模增益
rid差模輸入電阻
fh-3dB帶寬
IIB輸入級(jí)偏置電流
IIO,dIIO/dT輸入失調(diào)電流及其溫漂
UIO,dUIO/dT輸入失調(diào)電壓及其溫漂
KCMR共模抑制比
SR轉(zhuǎn)換速率
四、 其它符號(hào)
K熱力學(xué)溫度
Q靜態(tài)工作點(diǎn)
T周期、溫度
η效率,等于輸出功率與電源提供的功率之比
τ時(shí)間常數(shù)
θ二極管導(dǎo)通角
,φ相位角
第1章導(dǎo)言
1.1電信號(hào)
1.1.1什么是電信號(hào)
1.1.2模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)
1.2電子信息系統(tǒng)
1.2.1模擬電子系統(tǒng)的組成
1.2.2電子信息系統(tǒng)的組成原則
1.2.3電子信息系統(tǒng)中的模擬電路
1.3電子電路的計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)軟件介紹
1.3.1概述
1.3.2Pspice
1.3.3Multisim V7
習(xí)題
第2章集成運(yùn)放及其基本應(yīng)用
2.1放大的概念和放大電路的性能指標(biāo)
2.1.1放大的概念
2.1.2放大電路的方框圖及其性能指標(biāo)
2.2集成運(yùn)算放大電路
2.2.1差分放大電路的概念
2.2.2集成運(yùn)放的符號(hào)及其電壓傳輸特性
2.2.3理想集成運(yùn)放
2.2.4理想運(yùn)放兩個(gè)工作區(qū)域的特點(diǎn)
2.3理想運(yùn)放組成的基本運(yùn)算電路
2.3.1比例運(yùn)算電路
2.3.2加減運(yùn)算電路
2.3.3積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路
2.4理想運(yùn)放組成的電壓比較器
2.4.1電壓比較器概述
2.4.2單限比較器
2.4.3滯回比較器
習(xí)題
第3章半導(dǎo)體二極管及其基本應(yīng)用電路
3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)
3.1.1本征半導(dǎo)體
3.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體
3.1.3PN結(jié)
3.2半導(dǎo)體二極管及其基本應(yīng)用電路
3.2.1半導(dǎo)體二極管的幾種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)
3.2.2二極管的伏安特性
3.2.3二極管的主要參數(shù)
3.2.4二極管的等效電路
3.2.5基本應(yīng)用電路
3.3穩(wěn)壓二極管及其基本應(yīng)用電路
3.3.1穩(wěn)壓二極管
3.3.2穩(wěn)壓管的基本應(yīng)用電路
3.4發(fā)光二極管及其基本應(yīng)用舉例
習(xí)題
第4章晶體三極管及其基本放大電路
4.1晶體三極管
4.1.1晶體管的結(jié)構(gòu)及類(lèi)型
4.1.2晶體管的電流放大作用
4.1.3晶體管的共射特性曲線(xiàn)
4.1.4晶體管的主要參數(shù)
4.1.5溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響
4.2放大電路的組成原則
4.2.1基本共射放大電路的工作原理
4.2.2如何組成放大電路
4.3放大電路的基本分析方法
4.3.1放大電路的直流通路和交流通路
4.3.2圖解法
4.3.3等效電路法
4.4晶體管放大電路的三種接法
4.4.1靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的共射放大電路
4.4.2基本共集放大電路
4.4.3基本共基放大電路
4.4.4基本放大電路三種接法的性能比較
4.5放大電路的頻率響應(yīng)
4.5.1頻率響應(yīng)概述
4.5.2晶體管的高頻等效模型
4.5.3單管共射放大電路的頻率響應(yīng)
習(xí)題
第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路
5.1場(chǎng)效應(yīng)管
5.1.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管
5.1.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管
5.1.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)
5.1.4場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較
5.2場(chǎng)效應(yīng)管基本放大電路
5.2.1場(chǎng)效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置
5.2.2場(chǎng)效應(yīng)管的交流等效模型
5.2.3共源放大電路的動(dòng)態(tài)分析
5.2.4共漏放大電路的動(dòng)態(tài)分析
5.2.5單極型晶體管基本放大電路的頻率響應(yīng)
習(xí)題
第6章集成運(yùn)算放大電路
6.1多級(jí)放大電路
6.1.1多級(jí)放大電路的耦合方式
6.1.2多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析
6.1.3多級(jí)放大電路的構(gòu)成
6.1.4多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)
6.2集成運(yùn)算放大電路簡(jiǎn)介
6.2.1集成運(yùn)放的電路特點(diǎn)
6.2.2集成運(yùn)放的方框圖
6.3差分放大電路
6.3.1直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象
6.3.2基本差分放大電路
6.3.3具有恒流源的差分放大電路
6.3.4差分放大電路的四種接法
6.4功率放大電路
6.4.1功率放大電路概述
6.4.2OCL電路
6.4.3其它類(lèi)型的功率放大電路
6.5集成運(yùn)放中的電流源
6.5.1基本電流源電路
6.5.2多路電流源
6.5.3改進(jìn)型電流源
6.5.4以電流源作為有源負(fù)載的放大電路
6.6集成運(yùn)放原理電路
6.6.1分析方法
6.6.2原理電路分析
6.7集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)和集成運(yùn)放的種類(lèi)
6.7.1集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)
6.7.2集成運(yùn)放的種類(lèi)
6.8集成運(yùn)放的使用注意事項(xiàng)
6.8.1集成運(yùn)放的選用
6.8.2集成運(yùn)放的靜態(tài)調(diào)試
6.8.3集成運(yùn)放的保護(hù)電路
習(xí)題
第7章放大電路中的反饋
7.1反饋的基本概念及判斷方法
7.1.1反饋的基本概念
7.1.2反饋的判斷方法
7.1.3交流負(fù)反饋的四種組態(tài)
7.2負(fù)反饋放大電路的方框圖及一般表達(dá)式
7.2.1負(fù)反饋放大電路的方框圖
7.2.2負(fù)反饋放大電路的一般表達(dá)式
7.2.3四種組態(tài)負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)和反饋系數(shù)的量綱
7.3深度負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的分析
7.3.1深度負(fù)反饋的實(shí)質(zhì)
7.3.2深度負(fù)反饋條件下電壓放大倍數(shù)的分析
7.3.3理想運(yùn)放組成的負(fù)反饋放大電路的分析
7.4負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響
7.4.1提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性
7.4.2改變輸入電阻和輸出電阻
7.4.3展寬頻帶
7.4.4減小非線(xiàn)性失真
7.4.5引入負(fù)反饋的一般原則
7.5負(fù)反饋放大電路的自激振蕩及消除方法
7.5.1產(chǎn)生自激振蕩的原因及條件
7.5.2負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判定
7.5.3消除自激振蕩的方法
7.6放大電路中的正反饋
7.6.1自舉電路
7.6.2在電壓電流轉(zhuǎn)換電路中的應(yīng)用
習(xí)題
第8章信號(hào)的運(yùn)算和濾波
8.1運(yùn)算電路
8.1.1對(duì)數(shù)運(yùn)算和指數(shù)運(yùn)算電路
8.1.2實(shí)現(xiàn)逆運(yùn)算的方法
8.2模擬乘法器及其在運(yùn)算電路中的應(yīng)用
8.2.1模擬乘法器簡(jiǎn)介
8.2.2變跨導(dǎo)型模擬乘法器的工作原理
8.2.3模擬乘法器在運(yùn)算電路中的應(yīng)用
8.3有源濾波器
8.3.1濾波電路基礎(chǔ)知識(shí)
8.3.2低通濾波器(LPF)
8.3.3高通濾波器(HPF)
8.3.4帶通濾波器(BPF)
8.3.5帶阻濾波器(BEF)
8.3.6狀態(tài)變量有源濾波器
習(xí)題
第9章波形的發(fā)生與變換電路
9.1正弦波振蕩電路
9.1.1概述
9.1.2RC正弦波振蕩電路
9.1.3LC正弦波振蕩電路
9.1.4石英晶體正弦波振蕩電路
9.2非正弦波發(fā)生電路
9.2.1矩形波發(fā)生電路
9.2.2三角波發(fā)生電路
9.2.3鋸齒波發(fā)生電路
9.2.4壓控振蕩器
9.3波形變換電路
9.3.1三角波鋸齒波變換電路
9.3.2三角波正弦波變換電路
9.3.3精密整流電路
習(xí)題
第10章直流電源
10.1直流穩(wěn)壓電源的組成及各部分的作用
10.2單相整流電路
10.2.1半波整流電路
10.2.2橋式整流電路
10.3濾波電路
10.3.1電容濾波電路
10.3.2其它濾波電路
10.4穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路
10.4.1穩(wěn)壓原理
10.4.2主要性能指標(biāo)
10.4.3限流電阻的選擇
10.5線(xiàn)性穩(wěn)壓電路
10.5.1串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理
10.5.2集成線(xiàn)性穩(wěn)壓電路
10.6開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路
10.6.1串聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路
10.6.2并聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路
習(xí)題