电子系统与信号.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.1 电子系统与信号,1.2 放大电路的基本知识,1 绪论,信号,电信号源的电路表达形式,电子系统,信号及其频谱,模拟信号和数字信号,电信的时域与频域表示,1.1 电子系统与信号,电子系统,由若干相互联结，相互作用的基本电路组成的，具有特定功能的电路整体，称为电子系统。,电子系统,1.信号：信息的载体,温度波动曲线,信号及其频谱,2.电信号源的电路表达形式,电子系统,R,S,+,-,V,S,电压源等效电路,电流源等效电路,电子系统,R,S,I,S,戴维宁,诺顿,信号及其频谱,转换,3.电信的时域与频域表示,A,.正弦信号,时域,频域,信号及其频谱,3.电信的时域与频域表示,信号及其频谱,B,.方波信号,时域,频域,满足狄利克雷条件，展开成傅里叶级数,直流分量,其中,基波分量,三次谐波分量,频谱：将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。,3.电信的时域与频域表示,信号及其频谱,C,.非周期信号,傅里叶变换：,通过快速傅里叶变换（FFT）可迅速求出非周期信号的频谱函数。,非周期信号包含了所有可能的频率成分,离散频率函数,周期信号,连续频率函数,非周期信号,频域,时域,模拟信号和数字信号,处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。,模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。,数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。,1.2 放大电路的基本知识,电子技术里的“放大”有两方面的含义：,一、是能将微弱的电信号增强到人们所需要的数值,（即放大电信号），以便于人们测量和使用。,二、是要求放大后的信号波形与放大前的波形的形,状相同或基本相同，即信号不能失真。,s为信号源，Rs为信号源内阻，,i,和,i,分别为输入电压和输入电流，R,L,为负载电阻。,根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大电路可分为四种类型。,根据放大电路内的各元件参数计算出相应的测试电流 。,由若干相互联结，相互作用的基本电路组成的，具有特定功能的电路整体，称为电子系统。,-称为互导放大器,1、如只需考虑电路输出电压与输入电压之间的关系，表示为：,而j（）表示放大电路输出与输入正弦电压信号的相位差与角频率之间的关系，称为相频响应，二者综合起来可全面表征放大电路的频率响应。,二、是要求放大后的信号波形与放大前的波形的形,放大电路除上述五种主要性能指标外，针对不同用途的电路，还常会提出一些其他指标，诸如最大输出功率、效率、信号噪声比、抗干扰能力等等，甚至在某些特殊使用场合还会提出体积、重量、工作温度、环境温度等要求。,1、如只需考虑电路输出电压与输入电压之间的关系，表示为：,电信的时域与频域表示,1、如只需考虑电路输出电压与输入电压之间的关系，表示为：,O,=,v i,-称为电压放大器,2、只考虑电路的输出电流和输入电流的关系，表示为：,O,=,I i,-称为电流放大器,3、当需要把电流信号转换为电压信号，可表示为：,O,=,R i,4、当需要把电压信号转换为电流信号，可表示为：,-称为互阻放大器,O,=,G i,-称为互导放大器,1、电压放大模型,2、电流放大模型,3、互阻放大模型,4、互导放大模型,电压放大模型,Ri为输入电阻，Ro为输出电阻，,vo i,为受控电压源。,vo,为输出开路（,R,L,=）时的电压增益。,电流放大电路模型,为受控电流源。,为短路输出（R,L,=0）的电流增益。,互阻与互导放大电路模型,互阻放大,互导放大,2 放大电路的基本知识,2、只考虑电路的输出电流和输入电流的关系，表示为：,当前有许多工业控制设备及医疗设备，为了提高安全性和抗干扰能力，即放大电路的输入与输出电路（包括供电电源）相互绝缘，输入与输出信号之间不存在任何公共参考点。,3、当需要把电流信号转换为电压信号，可表示为：,-称为电压放大器,电信号源的电路表达形式,数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。,电信的时域与频域表示,处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。,根据放大电路内的各元件参数计算出相应的测试电流 。,3、当需要把电流信号转换为电压信号，可表示为：,当前有许多工业控制设备及医疗设备，为了提高安全性和抗干扰能力，即放大电路的输入与输出电路（包括供电电源）相互绝缘，输入与输出信号之间不存在任何公共参考点。,为短路输出（RL=0）的电流增益。,根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大电路可分为四种类型。,我们主要讨论放大电路的输入电阻、输出电阻、增益、频率响应和非线性失真等几项主要性能指标。,四种间的模型的转换,隔离放大器,当前有许多工业控制设备及医疗设备，为了提高安全性和抗干扰能力，即放大电路的输入与输出电路（包括供电电源）相互绝缘，输入与输出信号之间不存在任何公共参考点。,放大电路的性能指标是衡量它的品质优劣的标准，并决定其适用范围。我们主要讨论放大电路的输入电阻、输出电阻、增益、频率响应和非线性失真等几项主要性能指标。,放大电路除上述五种主要性能指标外，针对不同用途的电路，还常会提出一些其他指标，诸如最大输出功率、效率、信号噪声比、抗干扰能力等等，甚至在某些特殊使用场合还会提出体积、重量、工作温度、环境温度等要求。,1、输入电阻,输入电阻等于输入电压与输入电流的比值，即：,当定量分析放大电路的输入电阻,R,i,时，一般可假定在输入端外加一测试电压 ，,根据放大电路内的各元件参数计算出相应的测试电流 。则：,2、输出电阻,放大电路输出电阻,R,o,的大小决定它带负载的能力。对输出为电压信号的放大电路，即电压放大和互阻放大，,R,o,愈小，负载电阻,R,L,的变化对输出电压影响愈小。,当定量分析放大电路的输出电阻,R,o,时，在信号源短路（保留,R,s,）和负载开路的条件下，在放大电路的输出端加一测试电压，相应地产生一测试电流，于是可得输出电阻为：,四种放大电路分别具有不同的增益，如电压增益,、电流增益,、互阻增益,及互导增益,。它们实际反映了放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为信号能量的能力。其中,和,两种无量纲增益在工程上常用以10为底的对数增益表达，其基本单位为B（贝尔，Bel），平时用它的十分之一单位dB（分贝）。,这样用分贝表示的电压增益和电流增益分别如下式所示：,电压增益=20lg|,|dB,电流增益=20lg|,|dB,由于功率与电压（或电流）的平方成比例，因而功率增益表示为,功率增益=10lg,dB,3、放大电路的增益表示法,4、频率响应与带宽,式中,为信号的角频率，,A,V,（,）表示电压增益的模与角频率之间的关系，称为幅频响应；而,j,（,）表示放大电路输出与输入正弦电压信号的相位差与角频率之间的关系，称为相频响应，二者综合起来可全面表征放大电路的频率响应。,5、频率失真,幅度失真,相位失真,6、非线性失真,信号的另一种失真是由放大电器件的非线性特性所引起的。放大器件包括分立器件（如半导体三极管等）和集成电路器件（如集成运算放大器等）。,