应用型模拟电子技术的应用

文/张秀

应用型模拟电子技术涉及多种学科，既包括自动控制工程技术、电气工程技术、物理以及数学等多种学科，它是学习电子技术的非常重要的理论基础。其广泛的实践应用和深厚的理论基础受到工程界广泛的关注。

通常，应用型模拟电子技术具有实践性和应用性很强的学科其主要针对半导体元件的物理性能以及电路设计进行研究。学习和研究模拟电子技术及应用，不仅可以提高解决问题的能力，也为理解各种电子元器件工作原理打下基础。随着应用型模拟电子技术的不断完善，其已经从单一学科理论发展为多学科交叉技术，被广泛运用于通信工程及电子信息工程等方面。

1 应用型模拟电子技术现状

目前，模拟电子技术的现状可以简单概括为：与系统论紧密结合，充分引入网络图论，深受计算机的影响，非线性电路和系统的研究方兴未艾，集成电路的出现及其向超大规模的快速发展将长期影响电路和系统学科的发展。多终端和集成设备；分析方法是系统的、通用的和计算机辅助的。积极、优化并集成在合成中；从线性到非线性，从无源到有源，从分立到集成电路系统。有许多新的研究方向和新的研究成果。从现状展望未来，你会发现应用型模拟电子技术已经成为现代科学技术基础理论中一门活跃而重要的学科，具有广阔的发展前景。在当今社会，电子技术已经发展了许多分支。例如，已经发展得相当成熟的微电子技术现在正在发展。此外，纳米电子技术和光电子技术也有广阔的应用前景。

1.1 微电子技术

微电子技术是模拟电子技术的进一步发展，其基于半导体器件，核心是集成电路。其具有动作速度快，无机械磨损及工作可靠等优点。微电子技术理论形成至今，其技术完善性及发展水平已经有了很大的发展，成为高科技的驱动力和现代电子工业的核心。微电子技术逐步向高速度低功耗及高集成度方向发展，成为一个国家综合国力和科技发展水平的标准。而且微电子技术结合不同学科，形成了不同的发展方向。与光学领域及机械相结合发展形成微机电系统技术。而与生物工程技术相结合发展形成生物芯片学科。在微电子学领域，中国科学家石民博士对微电子学做出了杰出贡献。

1.2 纳米电子技术

纳米电子学是在纳米尺度空间下研究微粒运动特征和规律。它其基本原理是统计涨落特性、电子能级的不连续性以及电子的量子隧道效应等。作为纳米电子学的主要组成部分，磁电子学是通过磁场调节输运特性，其主要理论依据为磁性和电子传导间的关联效应。这种技术涉及到自旋极化。该技术被应用于磁记录、磁头读取、非易失性信息随机存储、自旋晶体管和量子计算机等领域。模拟电子技术从微电子技术发展到纳米电子技术，被工程界视为电子器件的第二次革命。与从真空管到晶体管相比，它包含了丰富的科技内容和更深刻的理论意义。在这次改革中，需要发展新的理论来探索相应的材料和技术。在纳米电子技术中，将会用到大量的量子物理相关内容。

1.3 光电子技术

光电技术是未来信息产业的核心，由电子技术和光子技术两种技术交叉发展而来，主要研究内容包括光信号的产生，传输处理以及接收。其概念包括从基础到应用很多领域。包括新材料（新型发光光敏材料、非线性光学材料、基底材料微结构、透射材料和人工材料等）、微加工和微机电、器件和系统集成等。

2 应用型模拟电子技术的应用

应用型模拟电子是电子技术学习和设计的基础，因为其控制实现方法简单，元器件成本低，被广泛运用到社会生产的各个领域，包括信号产生电路以及功率和运算放大电路等，尤其在自动化控制领域。自动化控制是利用电子元器件产生和处理控制信号，实现设备自动化运行。其中晶体管时间继电器以及无触点开关等模拟电子技术被广泛运用到自动控制电路中。其中晶体管是一种半导体元器件，具有信号调制，开关整流以及信号放大等功能，是应用型模拟做常用的元件，被用于各种模拟电路中，因为这些院级可以通过调节两端电压的大小来控制电路中电流大小，所以又被称作为电流开关。在工程应用中，根据所需要实现功能不同。晶体管分为很多种类。其中常用的有场效应管，三极管以及二极管等等。与普通机械开工相比较，晶体管主要利用电讯好实现电路开合，而且速度比机械开关快很多。本文主要介绍二极管和三极管在控制电路中的应用。

二极管是晶体管的一种，它具有单方向导电性能，被广泛运用与整流电路中。当二极管两端施加一点电压时，如果电压和其导通方向一致侧电路为通路，相反电路为开路，因此工程中常利用二极管的这一特性，把二极管作为无接触点开关接入电路中，而且相比于机械开关，二极管具有动作速快，无机械摩擦，成本低等特点。

图1：PWM模拟电路

三极管是一种双极型晶体管，其主要作用是把电路中的信号进行放大。当三极管处于饱和状态的时候，阻抗较小，此时的电路相当于通路。当其处于截止状态的时候，电路相当于断路，因为电压落在发射极极和集电之间，三极管的阻抗很高，可以被视为断路开关。在从打开到关闭的过渡过程中，管道以放大状态工作。三管开关从开到关(或从关到开)切换非常快，所以使用三极管作为开关可以获得边缘非常陡的脉冲信号。能够产生脉冲信号的电路在工程中被称作为脉冲电路，在远程控制和自动控制中被广泛使用。

综上所述，有晶体管组成的无触点开关，具有动作快，无机械摩擦耗损，成本低等优点，在非接触控制以及弱控制电流方面得到广泛的应用。但是这种无触点开关也存在容易受到外界环境干扰的缺点。因此在应用型模拟电子技术设计控制电路时，要综合考虑各种因素，在外界干扰大时，在电路中使用电磁继电器来弥补模拟电子元件的不足。因此，为了充分发挥它们各自的优势，弥补它们在实际使用中的不足，它们通常结合使用，即晶体管继电器用作传感元件，接触继电器用作执行元件。这样获得的继电器称为混合继电器。随着科学技术的发展，控制技术逐步趋向于集成化和小型化，不断完善应用型模拟电子技术，才能使电器设备更加自动化，不断满足人们各种需求。

2.1 在PWM波生成中的实践探索

随着人们环保意识的提高，可再生能源利用受到社会各界的关注，但是太阳能、风能等新能源所生产的电能直接并网会冲击公共电网的稳定性，为了解决这个问题，工程科技人员设计了并网逆变器，其主要作用是使输出电流波形与并网前的电网电流具有相同的频率、幅度和相位。当原始电流被提供给并网逆变器的控制部分时，需要适当的脉宽调制控制方法来使并网逆变器的电流能够快速跟踪参考电流。生成PWM波是实现并网逆变器高效工作的前提，而应用型模拟电子可以实现。图1为利用模拟电子技术设计PWM模拟电路。

2.2 在交直流电转换中的应用

直流电在我们生产和生活中运用广泛，比如电动汽车，手机以及一些控制电机。但是除了太阳能电池或化学能电池在某些特定场合用作电源外，大多数电路的直流电都是由公共电网的交流电转换而来的。其转换原理正是利用模拟电子技术中二极管单向导电性能，以及电容器滤波功能。

在交流转换为直流的过程中，整流是第一步，也是最重要的一部，通常在工程中使用全桥整理电路来实现。其工作原理是二极管的单向导电性。

3 总结

应用型模拟电子技术(Analog electronic technology)学习和设计的基础，其涉及到多个学科，广泛应用于当前的生产和生活各个领域。其主要工作原理是利用二极管、三极管等半导体元件，对模拟仿真信号进行处理，进而完成控制目标，所以应用型模拟电子技术也可以理解为处理模拟信号的模拟电路技术，本文首先阐述应用型模拟电子技术基本概念，介绍该技术目前发展状况。并在此基础上，探讨应用型模拟电子技术在工程中的应用。并简要以脉宽调制波产生机理和交流/直流转换电路为例，说明了应用型模拟电子技术在工程控制领域的应用。