在当今科技迅猛发展的时代，模拟电子技术作为电子领域的基石扮演着至关重要的角色。无论是通信、电力、医疗还是消费电子领域，模拟电子技术都承载着信号处理、功率放大和传感器等关键功能。为了更好地理解模拟电子技术，掌握其基础知识是必不可少的。本文将带您一同探索模拟电子技术的奥秘。
模拟电子技术涵盖了广泛而复杂的内容，而模拟电路则是其中处理模拟信号的电子电路。自然界中绝大多数信号都属于模拟信号，具有连续的幅度值，例如人们的声音信号。模拟电路可以直接处理这样的信号（需先转换成电信号），如功放能增强声音信号，广播电台可以发送模拟的声音和图像信号。实际上，所有电路的基础都建立在模拟电路之上，即使是数字电路也依赖于模拟电路的底层原理。这充分彰显了模拟电子技术的重要性。
尽管数字电路和可编程器件的快速发展表现出许多优越特性，但电子设备仍然无法摆脱模拟电路的应用。目前半导体器件是模拟电路中至关重要的组成部分。最基本且常用的半导体器件包括二极管、三极管、场效应管和运算放大器。
二极管具有多种功能，普通二极管可用于整流，发光二极管可用作指示灯和照明，稳压管可进行稳压，变容二极管可用于信号调制等。在模拟电子技术课程中，对于二极管的部分相对较简单。由于场效应管的很多特性与三极管类似，因此在讲解时常以三极管或运放为主要对象。
三极管在电子工程中的基本电路是放大器。例如功放器就是一种放大器，它可以将微弱的输入声音信号放大为较大的输出声音。放大器的输出与输入电压（或电流）之比被称为放大倍数，也叫做增益。
对于一个电压信号来说，如果我们以时间为横轴、电压为纵轴进行图形绘制，这个图形就是该电压信号的波形。假设一个放大倍数为5的放大器，输入恒定为1V电压（左图中的波形），那么输出应始终保持为5V电压（中图中的波形），既不会随时间的变化而改变，也不会受到温度的影响，输出与输入的电压波形完全相同。然而，如果放大倍数不稳定，不断发生变化，原本输入的信号就会产生失真，信号可能由一条水平直线变成一条曲线。这种波形变化被称为失真。
在放大器中，我们希望输出信号能够保持稳定，而不受输入信号的变化、电源电压波动或温度变化的影响。然而，在实际应用中，放大器的放大倍数往往是不稳定的，这可能导致输出信号的失真。
为了解决这个问题，工程师们引入了一种称为负反馈的技术。负反馈是将放大器输出信号的一部分反馈到输入端，从而对输入信号进行调节，使得输出信号趋于稳定。具体而言，负反馈通过改变放大器的增益，使得放大器的输出与输入之间的差异减小。
负反馈放大器的基本原理是通过引入反馈回路，并使用电阻等元件实现。由于电阻的阻值相对稳定，因此反馈系数也较为稳定，从而使整个放大器的放大倍数变得更加稳定。通过负反馈，我们成功地解决了三极管放大器中放大倍数不稳定的问题。
在负反馈放大器中，反馈回路和放大部分形成一个闭环结构。因此，整个电路的放大倍数被称为环路增益或闭环增益，而在引入反馈之前，放大器的增益被称为开环增益。值得注意的是，由于负反馈的作用，闭环增益远低于开环增益，即放大器的总增益降低了很多。然而，为了获得更好的稳定性，这种牺牲是值得的。
通过负反馈技术，我们能够实现放大器输出信号的稳定性，并减小放大倍数的不稳定性带来的影响。这使得放大器可以应用于各种电子设备中，例如音频放大器、通信系统、医疗设备等。负反馈技术的成功运用为电子设计工程师提供了一种可靠的方法来解决放大器的稳定性问题。
运算放大器
在电路设计中，为了实现高增益的放大器，常常需要将多级三极管放大电路串联起来。由于这种高增益放大器的需求非常普遍，因此人们开发了一种成品电路板模块，可以直接作为一个元件使用，这就是最早的运算放大器，简称为运放。
随着集成电路的发展，大量晶体管元件能够被集成到一个小芯片上，于是集成运算放大器成为了常见的选择。
运算放大器最初得名于其在模拟计算机上进行数学运算的应用。尽管现代广泛使用的数字计算机不再使用运放进行计算操作，但运放这个名称仍然保留了下来。如今，运放在模拟电路中扮演着十分重要的角色，并成为模拟电路课程的重点之一。
运放具有虚短和虚断特性。
通常，运放有两个输入端U+和U-，以及一个输出端Uo。它们之间满足如下关系：
Uo = A * (U+ - U-)
运放的开环增益A常常非常高，可以达到几十万到几百万。然而，运放的输出电压受到电源电压的限制，不能超出电源电压范围。因此，在输入和输出之间存在一个类似图中所示的特性曲线。
在图中的直线区域，运放处于正常放大状态，称为线性区，满足以下关系：
Uo = A * (U+ - U-)
当输入信号的绝对值稍微增大时，输出信号会受到电源限制，不再满足上述关系式。此时，输出电压通常略小于电源电压范围，这被称为非线性区。
一些轨对轨运放可以实现输出达到电源电压的能力。如果您对此感兴趣，可以在网上搜索相关资料进行学习。
当运放工作在线性区时，输出电压Uo的值受到限制，但其开环增益A很大，因此可以得出以下结论：
(U+−U−)=Uo/A≈0
即U+≈U−
在这种情况下，运放的正负输入端电压几乎相等，就像短路一样，被称为虚短。因此，只有当运放处于放大区域时，才会表现出"虚短"的特性，而非运放本身固有的属性。
另一方面，由于运放的内部结构特性，其输入阻抗很高。
输入阻抗可以简单理解为：
输入阻抗 = 输入端电压 / 输入端电流
高输入阻抗意味着运放的输入端只需要很小的电流就能正常工作。正是因为这个原因，运放可以用于检测微弱电流，比如人体的脑电波、肌电波等，其最高电压值通常只有几mV，并且电流值非常小。
运放的这种特性被称为虚断，即输入端几乎没有电流流入，类似于断路。
与虚短不同，虚断是运放本身固有的特性，不会因电路变化而改变。
然而，运放也具有一些非理想特性。
作为由三极管构成的器件，运放和三极管一样会存在一些不理想的特性。前面提到的都是理想运放的特点。实际中的运放并不能完全满足虚短和虚断的特性，当运放正常工作时，输入端会有一定的电流流入，这个电流被称为输入偏置电流。此外，运放还具有输入偏置电压、输入失调电压、输入失调电流等非理想参数。
这些非理想特性，尽管输入偏置电流通常很小，但在某些情况下可能对电路造成较大影响，导致电路无法正常工作。因此，需要通过一些手段来减小这些因素带来的影响。在实际应用中，运放的非理想特性是一个非常重要的问题。针对运放的非理想特性，有许多方法可以进行补偿和消除，但在本文中不进行详细介绍。
与三极管相比，在实际电路设计中，运放的使用相对更广泛。这是因为运放具有许多优势特性，如输入阻抗高、电路设计简单且成本较低。实际上，用运放和三极管实现相同的功能时，往往运放的成本更低。由于运放是将大量晶体管集成在一个芯片上，平均每个晶体管的制造成本非常低。
当然，三极管也具有其独特的优势。在一些简单电路中，并不严格要求放大倍数的稳定性，只需要一两个三极管就可以完成任务，从而节省成本。此外，在某些极端条件下，比如高频率和大功率环境下（例如射频信号发射电路），经过良好设计的三极管电路性能往往比运放更出色，同时成本也较低。甚至在某些情况下，只有直接使用晶体管才能满足需求，这时就需要使用三极管来构建电路。
通过对模拟电子基础知识进行详细解析，我们可以更加深入地理解电子世界的运作原理，为我们在设计和应用中遇到的问题提供解决方案。模拟电子技术的发展离不开对基础知识的深入理解和掌握。希望本文能够为读者提供一个全面而系统的学习指南，让您在模拟电子领域的探索之路上越走越远。让我们一起揭开模拟电子的神秘面纱，开启电子世界的新篇章！
