模拟电路基础

模拟电路基础是电子技术基础的一个重要组成部分。本课程以半导体器件-基本电子线路分析-电子线路系统应用为主线,通过课程学习,掌握半导体器件及其电路模型,电子线路基本分析及仿真方法,典型基本电子线路分析及应用,提高电子电路综合应用设计能力,为后续课程学习奠定基础。

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模拟电路基础
  • 分类: 电子
  • 平台: 中国大学MOOC
  • 语言: 中文

课程概述

本课程通过对半导体器件及其构成的基本电子线路分析和设计学习,掌握半导体器件等效电路模型及仿真分析方法,电子线路基本概念和电路特点,会使用电路仿真软件分析和设计电路,结合课程内容展开实验验证和电路设计,使学生获得电子线路基本知识、基本理论和基本技能,为深入学习电子技术及其在专业领域中的分析应用打下基础。

内容共五个大的版块,分别为半导体器件基础、电子电路基本分析及仿真方法、模拟集成运放构成及特点、集成运放基本应用、电子线路应用设计。

授课大纲

第1讲 半导体器件基础
1.1 半导体基础知识
1、半导体材料
从原子的角度解释什么是本征半导体和杂质半导体(P型与N型)的导电原理。
2、PN结
PN结的形成原理、单向导电特性和电容效应。
1.2 半导体二极管
1、二极管
二极管单向导电原理、伏安特性、温度特性、硅管与锗管的区别,以1N4001为例介绍主要参数
2、二极管的等效模型
二极管的等效模型及应用
3、二极管应用
整流应用、稳压应用。
1.3 半导体三极管
1、晶体三极管的内部原理
以NPN为例,晶体三极管的电流放大控制原理,构建出了电流控制电流源的实际元件。
2、晶体三极管的外部特性
基本电路(以共射为例)的输入/输出特性及器件约束特性,晶体管的特性曲线图,三个工作区域(截止、放大和饱和)的状态及特点
3、晶体三极管的主要参数
三极管主要参数(直流、交流、极限参数),温度对晶体管特性的影响
1.4 场效应晶体管
1、场效应晶体管的内部原理
场效应管(以N沟道增强型为主)的工作(电压控制电流)原理
2、场效应晶体管与晶体三极管的区别
对比基本电路(以共源为例)与晶体三极管状态及特点的异同(输入/输出特性、三个工作区域、主要参数等)
3、场效应的主要种类
场效应管的主要种类及各自的特点,CMOS集成电路发展趋势。

第2讲 半导体器件基础
2.1 放大电路基础
1、放大电路的基本概念
电信号放大的对象、本质、特征及要求;信号源(内阻)、负载电阻等概念;放大电路的主要性能指标(增益/放大倍数、输入/输出电阻、通频带、线性范围、效率等)及放大器的电路模型
2、静态工作点的设置
静态工作点设置的必要性;放大电路基本组成与静态工作点设置的原则;截止失真与饱和失真;能够通过(测试)波形判断静态工作点的设置情况。
2.2 放大电路的分析方法
1、图解法
放大电路的直流通路与交流通路的分解等效;图解法分析静态工作点、放大倍数等的原理以及截止失真与饱和失真在图解分析上的异同点(理解放大电路非线性失真特点);
2、交流小信号等效电路分析法
交流小信号等效电路分析法(建议结合数学方法,在工作点展开成多项式来理解),特别从晶体管本身理解交流小信号模型及高频小信号模型。
2.3 基本放大电路的分析及仿真方法
1、直流工作点估算
CE放大电路、CS放大电路等电路直流工作点估算方法、
2、动态小信号分析及电路仿真分析方法
动态小信号分析及电路仿真分析方法。
3、放大电路传递函数及其频率响应特性
放大电路传递函数及其频率响应特性,放大电路线性失真的特点,通过电路仿真分析工具分析放大电路的频率响应特性,
4、不同电路放大性能的差异
不同电路放大性能的差异,根据系统要求能选择不同放大电路形式。

第3讲 模拟集成运放构成及特点
3.1 集成运放输入级电路
1、多级放大电路耦合方式
三种(直接耦合、阻容耦合、变压器耦合)多级放大电路耦合方式的不同特点,重点掌握直接耦合方式、零点漂移产生的原因
2、差分电路
集成电路中采用差分电路抑制零点漂移的思路;长尾式差分放大电路构成成原理,基本分析方法,实际应用中不同接法各自的特点以及基于恒流源的改进电路;差分电路的主要技术指标(针对共模信号/差模信号),理解信号与电路的关系。
3.2 输出级电路
1、功率放大电路
对级联电路输出级的要求,功率放大电路与小信号放大电路的区别
2、功率放大电路的电路形式与参数
晶体管的工作方式(甲类、乙类、甲乙类等)对效率的影响;OTL、OCL电路的工作原理,消除交越失真的措施;功率互补输出级的基本分析方法,最大输出功率、效率等晶体管极限参数;极限参数判决原则。
3.3 电流源电路
集成运放较多采用有源负载的原因;集成运放中有源负载(恒流源)产生的基本工作原理及基本电路,不同电流源电路的性能差异。
3.4 集成运放的特点及理想集成运放
电子电路基本读图方法;集成运放主要技术指标的物理意义,理想集成运放的性能特点。

第4讲 集成运放(IC)的基本应用
4.1 运算放大器的基本应用
1、反馈
理解集成运放反馈使用,了解正反馈与负反馈的区别,能正确判断负反馈电路类型,掌握引入负反馈的原则和方法,在理解深度负反馈的基础上,掌握基于理想运放器件约束的电路特性分析方法。
2、运算放大器中的负反馈
主要以运算放大器为例阐述,并结合理想运算放大器的特点,通过反馈框图建立反馈的基本概念,交流负反馈的四种组态及分析,能判断以集成运放为主构成的运算电路反馈的性质与种类,能根据应用正确引入负反馈。负反馈对放大器性能的影响,负反馈电路稳定性判据。
4.2 集成运放组成的运算电路
基于集成运放的比例(含加减)运算电路;积分运算电路和微分运算电路原理,各种运算电路的应用,特别是积分、微分电路波形变化应用以及频率响应特性,对数运算电路、指数运算电路原理。
4.3 集成运放信号处理电路
初步建立滤波器的概念;有源低通滤波电路的工作原理,RC有源低通滤波器的电路特性;其它类型滤波电路。
4.4 集成运放信号产生电路
初步建立信号产生概念和电路实现方法,用RC文氏桥产生正弦信号的基本电路原理。
4.5 电压比较器
比较器的基本原理和电路结构,比较器的基本应用。

第5讲 电子线路应用设计
5.1 直流电源电路
简易直流稳压电源。
5.2 功率放大电路
以语音放大电路为例,推动扬声器。
5.3 简易函数发生器
利用集成运放产生方波、三角波和正弦波,掌握设计方法。

证书要求

总评成绩60分至84分为合格,可获得合格证书;85分至100分为优秀,可获得优秀证书。总评成绩按以下比例分配:
1.单元测验:客观题。占20%,
2.单元作业:主观题,占20%,单元作业需要学生互评。每人至少互评6个他人作业。未参与互评的学生将给与所得分数的50%;未完成互评的学生将给与所得分数的80%,全部完成互评的学生将给与所得分数的100%。
3.课程讨论,20%,根据同学们在讨论区发表的有效帖子(含主贴和回帖)的数量给予评分,课程讨论获得满分(20分)的同学发表的有效帖子不少于20个。
4.课程考试40%,期末将进行课程考试,题型包括客观题与主观题,占40%

预备知识

微分方程、级数展开等数学知识、电路分析理论,时域、频域分析方法等

参考资料

华成英,童诗白,《模拟电子技术基础》第四版,高等教育出版社.,2006
Steven T.Karris, Electronic Devices and Amplifier Circuits with MATLAB Applications, Orchard Publications, 2005.

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