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模擬電路（Analog Circuit）通常是指輸入與輸出之間能滿足一特定幅頻（或相頻）特性要求的線性系統。模擬電路處理的是連續變化的電信號，具有應用面廣泛、噪聲敏感性、技術要求高、便于集成等特點。

在20世紀中期以前，模擬電路處于分立元件階段，真空三極管問世，用它構成的電子電路能夠產生低頻到微波范圍的振蕩，從而使電子技術進入了實際應用階段。而晶體管的發明標志著電子電路進入了更高效的晶體管時代。1952年，真空管運算放大器K2-W進入市場，開啟了模擬電路時代。1964年，“快捷半導體（蘇州）有限公司”的鮑勃·維德拉（Bob Widlar）發明了uA702，創造出第一款集成運算放大器，開啟了“模擬芯片設計”的先河。1967年，LM101運算放大器問世，大衛·富拉格（David Fullagar）在LM101的基礎上加以改進，推出了成為運算放大器標準的uA741。1985年，班德勒（J. W. Bandler）和薩拉馬（A. E. Salama）對測前仿真和測后仿真做了較為具體的系統概括論述。1999年11月，Lattice公司又推出了在系統可編程模擬電路，翻開了模擬電路設計的新篇章，為電子設計自動化技術的應用開拓了更廣闊的前景。

構建模擬電路的元器件有電阻、電容、電感和變壓器、二極管、晶體管等，其工作流程分為信號獲取、信號調理、信號加工、功率驅動和負載。通常可包括放大電路、運算電路、濾波隔離電路、信號轉換電路、信號發生電路、直流電源電路等部分。針對模擬電路的分析，可采用節點分析法和環路法分析法等多種方法。在模擬電路出現故障時，通常會利用測前模擬和測后模擬等手段進行故障診斷。模擬電路在醫療、電子和圖像處理等領域具有廣泛的應用價值，但也存在著可靠性問題、技術發展滯后等局限性。未來，模擬電路可朝著高性能模擬集成電路設計、低壓低功耗設計技術等方向發展。

歷史沿革

分立元件階段

1904年，英國工程師弗萊明發明了世界上第一只實用的電子管，即二極管，開啟了電子技術的時代。在1906年，美國工程師德·福雷斯特改進了弗萊明的二極管，通過在陰極和陽極之間增加一個柵極發明了三極管。這種配置使得三極管可以作為電流控制的電流源，從而在有合適的靜態工作點時，有效放大模擬信號，為電子工業的發展奠定了重要基礎。

1938年，克勞德·香農將布爾代數應用于電路設計，提出了“開關代數”，奠定了數字電路設計的基礎。1947年，貝爾實驗室的肖克萊、布拉頓和巴丁發明了晶體管，進一步革新了模擬電路設計，提高了信號放大的效率和可靠性。

集成電路階段

1952年，電子管運算放大器K2-W進入市場，開啟了模擬電路時代。1964年，“快捷半導體（蘇州）有限公司”（Fairchild 半導體）的鮑勃·維德拉（Bob Widlar）發明了uA702，創造出第一款集成運算放大器，開啟了“模擬芯片設計”（Analog IC 設計）的先河。1965年，維德拉做成了基于運算放大器原理的穩壓器（Regulator），還發明了電壓基準芯片。同年，出現了利用模擬集成電路技術設計的模擬集成鎖相環，這使鎖相環成為一個低成本的電路。

1967年LM101運算放大器問世，仙童半導體的大衛·富拉格（David Fullagar）在LM101的基礎上加以改進，推出了流傳至今、成為運算放大器標準的uA741。同年，國際電工技術委員會（IEC）正式提出用模擬集成電路的概念，以此來取代狹義的線性集成電路的提法。1968年，上海無線電十四廠制成PMOS（P型金屬-氧化物半導體）電路，拉開了中國發展MOS集成電路的序幕。

故障診斷階段

1971年，加齊亞（R. F. Garzia）對各種利用計算機進行故障診斷的資料進行研究，歸納出了十種不同原理的方法，主要用于電子電路故障診斷。模擬集成電路的集成度在逐年提高，發展到1972年，單片集成度超過200個元件的模擬集成電路已陸續應市。從此模擬集成電路也跨過了大規模集成的門檻。

1979年，IEEE刊出了模擬電路故障診斷專輯，杜哈梅爾（P. Duhamel）等的文章總結了這一階段的工作，英偉達（Navid）提出的電阻器網絡元件可解的充分條件成為模擬電路故障診斷的理論基礎。這一時期的工作重點在于對電路具體元件值的求解，要求測點的數量較多，且計算過程較為復雜，通常情況下難以實現。1979年后，故障診斷進入了發展階段，逐漸趨向將故障分為測前仿真和測后仿真。

1985年，班德勒（J. W. Bandler）和薩拉馬（A. E. Salama）對測前仿真和測后仿真做了較為具體的系統概括論述。與此同時，有些學者開始對電路多故障問題進行研究，使得故障診斷趨向于更加實用化。故障診斷的內容不再局限于判斷電路是否存在故障和故障定位，研究者們開始關注電路元件的參數偏移及如何處理容差。經過多年的發展，模擬電路故障診斷取得了較大的成果。

多功能電路階段

二十世紀八十年代后，模擬集成電路將加速朝向高功能化、高集成化、高功率化和高頻化方向發展。早期的單一功能電路將逐漸被多功能電路所替代。在單塊芯片上現在已能集成放大、振蕩、變換和最后將信號予以功率化的多種功能電路。隨著電子設備向小型、多功能和高可靠方向發展，模擬集成電路的使用量也將與日俱增。大至軍事技術、空間技術和尖端科學技術領域，小到家用電器和兒童玩具等，模擬集成電路使用的應用場所逐漸擴大。

1991年中國計量出版社翻譯出版了美國著名學者上馬庫斯編著的《電子電路大全》里面收集了海量的電子應用電路，包括了幾乎所有的模擬電路原理圖。

1992年，美國Lattice（Lattice）公司發明了在系統可編程技術，徹底改變了傳統數字電子系統的設計和實現方法，開創了數字系統設計的里程碑。1999年11月，Lattice公司又推出了在系統可編程模擬電路，翻開了模擬電路設計的新篇章，為電子設計自動化技術的應用開拓了更廣闊的前景。

工作流程

信號獲取

模擬電路利用多種傳感器或接收設備，來檢測和捕獲那些由信源目標物理量轉化而來的電信號。然而，在實際應用中，這些目標物理量有時相當微弱，且往往伴隨著強烈的背景噪聲，這使得傳感器輸出的電信號受到明顯的干擾。因此，為了確保信號的質量和準確性，需要對傳感器所捕獲的信號進行一系列的后續調理和處理。

信號調理

信號調理屬于信號的預處理單元，其核心任務在于對傳感器輸出的信號進行必要的調理與規整，從而為后續的加工和功率放大創造有利條件。根據實際應用需求，這一過程可能涵蓋隔離、濾波、阻抗匹配以及放大等多個環節，旨在將信號調整至符合特定指標的狀態，便于后續的加工單元進一步處理。

信號加工

信號加工是模擬電路的重要單元，完成電路設計初衷的核心功能，可包括各種運算過程，如加法、減法、乘法、除法、指數、對數、積分、導數，有效值等數學運算，也可以完成類似多項式的復雜數學公式運算。信號加工還可以實現電壓/電流之間的轉換、比較、波形變換等多種功能。

功率驅動和負載

功率放大器，簡稱“功放”，是指在給定失真率條件下，向負載輸出較大功率的放大電路。很多電子系統設備中，要求放大電路能夠帶動某種負載，如廣播通信發射機輸出單元、音響系統驅動揚聲器發聲、驅動儀表指針偏轉、自動控制系統中的執行機構等。功放所用的有源器件主要是晶體管（雙極型晶體管或場效應晶體管），在工作頻率很高或要求輸出功率很大等場合，也使用電子管；在微波段使用行波管。功放按其有源器件的工作點不同可分為甲（A）類、甲乙（AB）類、乙（B）類、丙（C）類、丁（D）類等。應用場合不同，性能要求不同，電路的構成與工作類型也不同。常用的有線性功放、諧振功放、寬帶功放電路等。為提高輸出功率，可采用功率合成技術。

主要元器件

構成模擬電路的主要元器件包括電阻、電容、電感、變壓器、二極管、晶體管、水晶諧振器、繼電器、運算放大器等。

電阻：電阻（resistance）是電子線路中應用最多的元件之一，其在電路中主要用于分壓、分流、濾波、耦合、阻抗匹配以及作為負載等。電阻的符號為“R”，基本單位名稱為“歐[姆]”，單位符號為“Ω”。

電容：電容（電容器）具有隔直流和通交流的特性，在電機工程學和無線電工程中有非常重要的作用。利用電容的充放電特性，可以組成定時電路、鋸齒波發生電路、PID電路及濾波電路等。電容用符號“C”表示，基本單位名稱是“法[拉]”，單位符號為“F”。由于法的單位太大，所以常用的單位是毫法（mF）、微法（μF）、納法（nF）和皮法（pF）。

電感：電感（電感元件）是根據電磁感應原理制成的器件，在LC濾波、調諧放大器或振蕩器的諧振和均衡電路等方面有較多的運用。電感用符號“L”表示，基本單位名稱是“亨[利]”，單位符號為“H”。

變壓器：變壓器（變壓器）是利用兩個繞組的互感原理來傳遞交流電信號和能量的器件，主要參數有電壓比、效率和頻率響應等，其能起到變換前后級阻抗而使阻抗匹配的作用。

二極管：二極管（diode）由半導體材料（主要是硅和鍺）制造的PN結組成，PN結結構的單向導電性和半導體材料的特殊性能，使二極管在電子線路中得到了廣泛的運用。

晶體管：晶體管（transistor）是電子線路中用途十分廣泛的器件。主要起到電壓（或電流、功率）放大、開關和信號反向等作用。

石英諧振器：石英諧振器（quartz resonator）的主要原料是石英單晶（水晶）。它具有高穩定的物理、化學性能，彈性振動損耗極小，且品質因數極高，是一種用于穩定頻率和選擇頻率的電子元件，廣泛應用于無線電話、載波通信和時鐘等場合。

繼電器：繼電器（relay）是一種對電路進行控制和換接的器件，是自動化設備中的主要電器元件，起自動操作、自動調節和安全保護等重要作用。

運算放大器：運算放大器（operational amplifier），是一種高增益的多級直流耦合放大器，由于這種放大器最初用在模擬計算機中以實現各種數學運算，故稱為運算放大器，其被廣泛地應用在自動控制、測量等許多方面。運算放大器的函數運算主要有加（減）法運算和微（積）分運算，對（指）數運算、乘（除）法運算都要利用PN結的伏安特性。運算放大器最基本的用途就是做寬帶放大器，分析運算放大器的關鍵是充分理解“虛斷”和“虛短”。

類型

電子系統常用的模擬電路可分為放大電路、運算電路、濾波隔離電路、信號轉換電路、信號發生電路、直流電源電路和專用模擬電路等。

放大電路：或稱放大器，用于模擬信號電壓、電流或功率的放大。它透過電源取得能量，以控制輸出信號的波形與輸入信號一致，但具有較大的振幅。放大的實質是在輸入信號作用下，將直流電源的能量轉換成交流信號能量。經過放大器的控制作用，負載上信號的能量遠大于放大器輸入信號源的能量，因此負載上電壓或電流的幅度比輸入信號大很多。

運算電路：集成運算放大器是一個已經裝配好的高增益直接耦合放大器，加接反饋網絡以后就組成了運算電路。運算電路的輸入、輸出關系，僅僅取決于反饋網絡，因此只要選取適當的反饋網絡，就可以實現所需要的運算功能，如加減、乘除、微積分、對數等。在這些運算電路中要求集成運放工作在線性區，所以在電路中引入負反饋來擴大集成運放的線性范圍。

濾波隔離電路：它的作用是消除或削弱外界干擾信號，防止它們伴隨著檢測信號而輸入到系統中。另外，它和檢測器相結合，防止監測系統一側在任何情況下不致影響電氣集中聯鎖系統的正常工作。隔離電路可采用線性光電耦合器、變壓器或高阻等實現；濾波電路利用電抗性元件對交、直流信號阻抗的不同，實現濾波。

信號轉換電路：信號轉換電路是將傳感器輸出的電路參數轉換成便于測量的電量，主要完成電流到電壓的轉換或將電壓信號轉換為電流信號；直流信號到交流信號的轉換，將直流電壓轉換為與之成正比的頻率等，使具有不同輸入、輸出的器件可以聯用。在進行信號轉換時，需要考慮轉換電路應具有所需特性，與此同時，要求信號轉換電路具有一定的輸入阻抗和輸出阻抗，以與之相連的器件或電路阻抗匹配。

信號發生電路：信號發生電路又稱信號源或振蕩器，是一種不需要外接輸入信號就能產生一定頻率、一定幅度和一定波形的電路。在生產實踐和科技領域中有著廣泛的應用，例如在通信、廣播、電視系統中，都需要射頻（高頻）發射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）信號、視頻信號或脈沖信號運載出去，就需要能夠產生高頻信號的振蕩器。根據輸出信號波形的形狀，可以將信號發生電路分成正弦信號發生電路和非正弦波發生電路兩大類，主要用于產生正弦波、矩形波、三角波和鋸齒波。

直流電源電路：在生產建設和科學實驗中，主要采用交流電，它由電力系統的供電電網提供。但在某些場合，特別是電子線路和自動控制裝置中，常常需要采用電壓非常穩定的直流電。由于直接采用直流發電效率不高，因此，除了低功率的場合使用電池外，大部分直流電是由直流電源電路將交流電轉變而成的，由由降壓電路、整流電路、濾波電路和穩壓電路四個部分組成，用于將低壓，低頻率的交流電轉換為不同輸出電壓和電流的直流穩壓電源。

專用模擬電路：專用模擬電路由線性陣列和模擬標準單元組成。模擬電路的頻帶寬度、精度、增益和動態范圍等暫時還沒有一個最佳的辦法加以描述和控制，但專用模擬電路可減少芯片面積、提高性能、降低費用、擴大功能、降低功耗、提高可靠性以及縮短開發周期。科學的發展要求系統具有高精度、寬頻帶、大動態范圍的增益和頻帶實時可變性等性能，因此在技術上要求采用數字和模擬混合的ASIC，以提高整個電子系統的可靠性。

特點

應用面廣泛：模擬電路處理的是連續變化的電信號，人們的日常生活、生產等活動與模擬信號的聯系更加密切，所以模擬電路應用面十分廣泛。

技術要求高：在模擬與數字電子電路的復合系統中，需要在模擬一數字、數字-模擬信號間進行變換，其中少不了模擬電路，而且技術難點往往在模擬電路部分。

便于集成：許多模擬電路便于集成，可較大地降低成本，減小體積。

不便于處理和存儲：模擬信號相對數字信號而言，不便于處理和存儲。處理數字信號的電子電路是數字電路，數字電路研究各種邏輯器件、各種數字電路中數字信號的變換、存儲、測量和應用等內容。

連續信號：模擬電路的工作信號通常是與某些物理量對應的模擬量例如正弦波信號，或者溫度、壓力等非電量通過傳感器以后得到的相應的緩慢變化信號等，它們在數值上是連續的。

線性和非線性操作：在模擬電路中，晶體管大多工作在放大區，輸出信號可以是輸入信號的線性放大，如各種放大器，也可以是隨輸入信號作相應的非線性變化，如穩壓器、檢波器等。

廣泛的頻率響應：頻率響應是指電路或系統的輸出隨輸入信號的頻率而變的特性。對于音頻信號，模擬電路約有20kHz的帶寬，在此范圍內，模擬電路的頻率響應并不是平坦的，其跨度為零到無窮大。

噪聲敏感性：模擬電路中的器件往往工作在放大狀態，因而電路的靈敏度比較高，但也容易受到干擾信號的影響。模擬電路容易隨時間漂移，會產生一些不必要的熱損耗，對噪聲敏感等。模擬電路敏感度特性取決于靈敏度和帶寬。模擬器件的靈敏度以器件固有噪聲為基礎，即等于器件固有噪聲的信號強度或最小可識別的信號強度。

設計復雜性：模擬電路設計過程一般按照總體方案的選擇、單元電路的確定、元器件的選擇和參數的計算、電路實驗測試、繪制總體電路圖等幾個步驟進行。模擬電路中元件參數都有容差，若干元件的容差形成的綜合效應可能和所有元件都正常一個元件有故障的效應相同，以至較難從輸出信號中判斷電路中的元器件是否都正常，因此在模擬電路設計中需要大量的電參數計算。

模擬集成電路

模擬集成電路主要是指將由電容、電阻器、晶體管等組成的模擬電路集成在一起用來處理模擬信號的集成電路。模擬集成電路的主要構成電路有放大器、濾波器、反饋電路、基準源電路、開關電容電路等。模擬集成電路是用來產生、放大和處理各種模擬信號（指幅度隨時間連續變化的信號）的電路，是微電子技術的核心技術之一，能對電壓或電流等模擬量進行采集、放大、比較、轉換和調制。模擬集成電路具有以下特點：

采用有源器件：由于制造工藝的原因，在集成電路中制造有源器件比制造大電阻容易實現。因此大電阻多用有源器件構成的恒流源電路代替，以獲得穩定的偏置電流。BJT比二極管更易制作，一般用集電極-基極短路的BJT代替二極管。

采用直接耦合作為級間耦合方式：由于集成工藝不易制造大電容，集成電路中電容量一般不超過100pF，至于電感，只能限于極小的數值（1μH以下）。因此，在集成電路中，級間不能采用阻容耦合方式，均采用直接耦合方式。

采用多管復合或組合電路：集成電路制造工藝的特點是晶體管特別是BJT或FET最容易制作，而復合和組合結構的電路性能較好，因此，在集成電路中多采用復合管（一般為兩管復合）和組合（共射-共基、共集-共基組合等）電路。

分析方法

節點分析法

節點分析法是一種基于基爾霍夫電路定律（KCL）的電路分析技術，通過選擇一個節點作為參考點（其電勢設為零），并將其他節點相對于此參考點的電壓作為解析變量。如圖a所示電路，選取特定的樹，使所有樹支均連接至同一節點，并從中選擇基本割集，可以得到該節點的KCL方程。例如，在一個包含個節點的電路中，個節點的KCL方程是獨立的，這些節點稱為獨立節點。

如圖b所示電路，選取節點3作為參考點（參考點的電位為零），其他節點相對于參考節點的電壓稱為節點電壓，節點電壓為。在包含n個節點的電路中，選取其中任一節點作為參考節點，用接地符號來表示，其他個節點相對于參考節點的電壓，即為節點電壓。以節點電壓作為變量列寫每個獨立節點KCL方程的求解方法，就稱為節點分析法。

環路分析法

電氣網絡的一種普通分析方法是網絡回路（或環路）分析法。這種方法中應用的基本定律是克希荷夫第一定律，該定律表明繞閉合回路循行一周的電壓的代數和為零，或者說，在任何閉合回路中，電壓升之和必須等于電壓降之和，網絡回路分析法的內容包括假定電流—稱為環流—在網絡的每一條回路內流動，循每一條回路的電壓降作代數相加，令每一條回路內的代數和等于零。

例如圖中所示的回路中有一個電阻和一個電感器與一個電壓源串聯。假定回路電流為，循此回路一周的電壓降之和為。

按假定的電流方向，輸入電壓以負號相加，表示一個電壓升，而每個無源元件上的電壓降為正，是因為電流與產生的電壓降同方向，利用電阻器和電感器中的電壓降方程，得出。該方程就是此回路中電流的微分方程。

戴維南等效電路

給定任何線性電路，將它重新劃分為網絡A和B，它們只用兩根導線相連，當B斷開時，定義出現在A端口的電壓為開路電壓。如果將A中的所有獨立電流源和獨立電壓源“置零”，用獨立電壓源以適當的極性與被置零的無源電路相串聯，則B中的所有電流和電壓保持不變。無論哪部分網絡含有受控源，它的控制量必須在同一個網絡中。另外，盡管置零的網絡A稱為無源網絡，但它可能含有受控源，只要它的控制電流或電壓不為零，其中仍然可能有電流流動。

無源網絡A可以用“戴維南等效電阻"這樣的單個等效電阻來表示，無論無源網絡A中是否存在受控源。戴維南等效電路含有兩個元件，一個是電壓源，另一個是相串聯的電阻。它們都可以為零。

諾頓等效電路

給定任何線性電路，將它重新劃分為網絡A和網絡B，它們只用兩根導線相連。如果兩個網絡中的任何一個含有受控源，其控制變量必須出現在同一網絡之中。當網絡B斷開時，短接網絡A的兩個端點，定義短路電流為。如果將網絡A中的所有獨立電流源和獨立電壓源“置零”，用獨立電流源以適當的極性與被置為零的無源電路相并聯，則網絡B中的所有電流和電壓將保持不變。

線性電路的諾頓等效電路是諾頓電流源與戴維南等效電阻的并聯，實際上可以通過對戴維南等效電路做電源變換來獲得網絡的諾頓等效電路。因此，引出了、和之間的直接關系為。

瞬態分析

瞬態分析就是求解電路的時域響應，即響應隨時間的變化關系，因此也稱為時域分析瞬態分析可以分析有瞬態信號源激勵的電路，如放大電路，也可以分析沒有瞬態信號源激勵的電路，如波形發生電路。在瞬態分析中，系統將直流電源視為常量，交流電源按時間函數輸出，電容和電感采用儲能模型。

正弦穩態分析

正弦穩態分析，是研究和討論線性時不變電路在同一頻率的正弦電源激勵下網絡的穩態響應。如若網絡的所有固有頻率在復數平面的左半閉平面內，即網絡的所有固有頻率的實部小于或等于零，而實部為零的純虛數的固有頻率為單根，且此與電源的角頻率不相等，則網絡的正弦穩態響應存在，為與電源角頻率相同的正弦函數，稱為網絡的正弦穩態響應。

診斷

診斷內容

模擬電路故障診斷的主要內容包括故障檢測、故障定位、故障辨識、測點分析、容差處理和故障預測等。

診斷方法

測前仿真

測前仿真的理論基礎是模式識別理論。在電路測試前，用計算機模擬電路在各種故障條件下的狀態，建立相應的故障字典；電路測試后，根據測量信號和某種判決準則查字典，并最終確定故障。測點選擇是故障字典法最重要的部分，選擇高分辨率的測點可以在保證故障隔離率的前提下，減少測點個數的總量。具體方法包括故障字典法、概率法和故障樹法等。

測后仿真

測后仿真又被稱為故障分析法，特點是電路測試后，依據測量信息模擬電路從而進行故障診斷。依據同時可診斷的故障數，包括任意故障診斷、多故障診斷、元件參數辨識法和故障預測驗證法等。

測前與測后的融合

測前與測后的融合方法主要包括逼近法和人工智能方法等。

診斷儀器

萬用表

萬用表是用來測量包括直流電壓和電流、電阻，以及交流電壓（某些萬用表還能測量交流電流）的儀器。萬用表按顯示測量值所用的方法，可分為模擬式或數字式。按是否包含有放大電路，可分為有源式或無源式。包含有源電路的萬用表常稱為電子萬用表，通常只在實驗室或車間使用。

數字萬用表通常包含有源電路，其準確度指標一般要比價格相當的模擬式儀表好，并能自動轉換量程和自動選擇極性。只包含無源電路的萬用表常稱為VOM（伏特—歐姆—毫安）表，它主要用于檢測電壓、開路或短路情況，以及進行基本的量級比較。

示波器

示波器是模擬電路故障診斷過程中最具有獨特作用的儀器，它直觀地顯示電壓和時間，而且操作者能看到電壓的幅度和信號的形狀，因而很容易確定待查信號的平均值、峰值、有效值和峰——峰值。另外，還能測量頻率和相位的相互關系；使用雙蹤示波器時，能比較兩個信號之間的嚴格時間關系。

函數信號發生器

函數發生器是一種產生各種波形（一般包括正弦波、方波和三角波）的通用信號源。信號頻率可在低達1MHz或1μHz到高達幾MHz的很寬范圍內調節。典型的通用發生器的頻率范圍為0.01Hz~10MHz。音頻信號發生器在較小的頻率范圍內產生失真小的正弦信號，頻率處在20Hz~20kHz的音頻范圍，但也可以高到100kHz。實驗室等級的音頻發生器配備有可供用戶精確調節信號幅度的精密衰減器和（或）輸出儀表。多數音頻信號發生器還在與正弦波相同的頻率范圍內產生方波輸出。信號發生器通常分為高頻信號發生器、低頻信號發生器和掃頻信號發生器。低頻信號發生器應能提供具有下列特性的輸出信號：低的諧波含量、穩定的工作頻率、穩定的輸出幅度、低的輸出噪聲等。

掃頻信號發生器

信號頻率隨時間在一定范圍內反復掃描的正弦信號發生器稱為掃頻信號發生器。掃頻信號發生器能夠快速地測量元件和系統的頻率特性、動態特性，進行信號特征的頻率分析。掃頻信號發生器在自動和半自動測量中的應用越來越廣泛。

頻譜分析儀

頻譜分析儀是一種具有電掃描本振的專門化的超外差接收機，能夠在CRT顯示器上提供幅度隨頻率變化的連續表示。它與通信中所使用的超外差接收機不同，后者必須恢復特殊的調制型式，并抑制掉所有其他頻率分量和噪聲，頻譜分析儀必須以同樣的方式處理所有的頻率分量。由于干擾或噪聲本質可能是待測的能量。因此，盡管頻譜分析儀采用了與通信用的超外差接收機相似的基本標準部件，但電路本質很不一樣現代頻譜分析儀提供了幅度和頻率的全部校準，在CRT上顯示的各個不同控制器設定值的信息，以及有關的信號信息。數字存儲和信號處理功能則幫助操作者更迅速、更容易及更準確地進行測量。

模擬電路的噪聲

噪聲來源

器件噪聲

器件噪聲是電路中元件的固有噪聲電阻的熱噪聲和晶體管的散粒噪聲都算器件噪聲的例子；另一種類型的器件噪聲是開關噪聲，來自于開關模式電源（電感型）或者開關電容轉換器（基于電容的）。器件種類很多，每一種都有自己的噪聲頻譜。有源和無源器件都能夠制造噪聲對電路產生影響。無源器件包括電阻、電容和電感。在這3種類型的無源器件中，電阻對電路噪聲的影響最顯著。

器件噪聲的另一個來源是有源器件。出現在電路中的典型有源器件是運算放大器、A/D轉換器、基準電壓源以及電源芯片。在這些器件中，運算放大器對信號鏈有最大的直接影響，電源芯片通過器件的電源引腳注入噪聲，它可能最終進入信號鏈。

傳導噪聲

電磁干擾波一般有兩種傳播途徑，要按各個途徑進行評價。一種是以波長長的頻帶向電源線傳播，給發射區以干擾的途徑。這種波長長的頻率在附屬于電子設備的電源線的長度范圍內還不滿1個波長，其輻射到空間的也很小，由此可掌握發生于電源線上的電壓，進而可充分評價干擾的大小，這種噪聲叫做傳導噪聲。傳導噪聲與所需的電信號混合在一起，已經存在于電路的導電通路中，如電源線或信號通道等，會影響模擬器件的性能。

輻射噪聲

輻射噪聲是以電磁場的形式向空間傳播。當電流或電荷隨時間快速變化時，其一部分能量進入周圍空間而形成電磁輻射。因此，輻射噪聲較之傳導噪聲更加隱蔽。天線是輻射源或輻射體，電偶極子和磁偶極子是基本的輻射單元。功率變換器中的元件、器件、連接導線等都可看作天線，均可向空中輻射電磁能。因此輻射噪聲對系統以及對同一環境下電子設備的影響不容忽視。此外，電纜是功率變換器輸入、輸出必不可少的構件，也是最長的連接導體，它傳輸能量，也產生輻射噪聲。

噪聲控制

對于裝置外部的噪聲源，應該根據噪聲的性質采取有效措施。可采取下列措施：

靜電感應噪聲

在中、高壓電路附近，由于靜電感應容易產生噪聲，可通過多種措施有效控制這種噪聲。首先，可以為電子裝置和引線安裝金屬屏蔽并確保其接地，以減少干擾。此外，遠距離傳輸的輸入和輸出線也應具備良好的接地屏蔽，特別是需要確保柜體電勢與傳輸電纜接地電位保持一致。同時，應盡可能縮短信號線的長度，并減小電路的阻抗，以及對整個系統實施全面屏蔽等，這些措施可以有效降低靜電感應引起的噪聲影響。

電磁干擾

靠近強磁場時易受電磁干擾，它對集成電路器件的影響尤為嚴重，可通過多種措施避免電磁干擾。首先，信號線要盡量遠離產生電磁感應的電力線并施加電磁屏蔽。此外，如果受空間條件限制，信號線與電力線不能遠離時，應該采取使兩者的走線互相垂直的布線方式。

高頻裝置噪聲

對于高頻裝置、火花放電等產生的電磁波噪聲、汽車點火栓噪聲、大功率調頻、調幅電磁波、雷達波以及晶體管內部產生的高頻噪聲等，應以隔斷噪聲傳遞路徑為主要著眼點，施加相應的屏蔽；換掉產生較大噪聲的元器件也是抑制噪聲的一種措施。

電網浪涌電壓

對于電網浪涌電壓等噪聲，一般是在線路上設置浪涌吸收器、線路濾波器、信號輸入濾波器和其他多種保護器件。獲得穩定且線性的電路后，其所有連線可能還需濾波，同一產品中的數字電路部分總會把噪聲感應到內部連線上，外部連線則承受外界的電磁環境的干擾。避免采用有源電路來濾波和抑制射頻帶寬以達到防于擾要求，只能使用無源濾波器。

挑戰

故障診斷難度：模擬電路由于其信號的連續性和元件容差的存在，使得故障診斷成為一個復雜的問題。傳統的故障測試診斷方法在實際應用中難以達到預期效果，主要原因在于模擬電路的故障沒有簡單通用的表達模型，以及模擬電路元器件容差的存在和元件值連續性變化等因素。

可靠性問題：模擬電路的可靠性是制約電路系統可靠性的關鍵因素之一。高性能模擬集成電路產品需要復雜的工藝來實現高速、低噪聲、高精度等要求，這些復雜性給各種技術都帶來了嚴峻的可靠性考驗。模擬電路的抗干擾能力也是提高其運行可靠性的重要方面。

設計與驗證挑戰：隨著電子技術的高速發展，對電子設備的可靠性提出了更高的要求。模擬電路的測試和診斷一直是電路測試領域內的研究熱點之一，但傳統故障測試診斷理論和方法在實際應用中難以達到預期效果。此外，對模擬電路進行設計時，需要開展大量的手工運算，其設計環節自動化程度偏低，這也表明，模擬電路設計難度高于數字電路，對設計人員自身水平及其能力提出更高的要求。

技術發展滯后：盡管模擬/混合信號集成電路在許多現代新興系統芯片（SoC）設計應用中扮演著重要角色，但模擬電子設計自動化（saber仿真軟件）工具的發展仍遠遠落后于數字EDA工具。這導致了模擬/混合信號IC設計，尤其是模擬布局設計，仍然是一個手動、耗時且容易出錯的任務。

應用

醫療

模擬電路在醫療領域的應用已經成為現代醫療技術不可或缺的一部分。例如，心電圖等生理信號的采集就需要高性能的模擬前端電路來保證信號的準確性和穩定性。一個病態心電圖模擬電路原理圖如下圖所示，這個電路用于模擬疾病性質的一個模型。此外，很多人在醫療儀器設備維修中碰到的問題是模擬電路問題，醫療儀器設備中的開關電源電路即是典型的模擬電路。

電子

在調幅廣播（AM）方面，話簡將聲音（空氣振動）轉換為電信號，電信號的電壓值模擬了聲音的振動變化，轉換后的電信號經過音頻放大、調幅、功率放大，最終通過發射天線將無線電發射出去。在接收系統中，模擬電路可將信號由高頻變為低頻，再經過選頻放大選出某一個調幅波信號，經檢波將其還原成音頻信號，再經音頻放大送至喇叭，最后由喇叭將電信號轉換為聲音信號，以實現廣播接收。

圖像處理

在圖像處理中，面陣傳感器通過模擬電路不需要運動就能獲取一幅二維圖像。成像傳感器將照射能量轉換為電壓，然后將傳感器響應數字化，得到的數字量為數字圖像。在圖像處理中，場景的反射（透射）來自照射源的能量，成像系統收集照射的能量，并將其聚焦到一個圖像平面上，模擬電路掃描這些輸出并把它們轉換為模擬信號，然后由成像系統的其他部分進行數字化，從而輸出一幅數字圖像。

發展方向

高性能模擬集成電路設計：利用MOS器件的體（body）端口作為高性能模擬集成電路設計的一個重要機會，這包括提高增益和線性度或降低供電需求的技術。

低壓低功耗設計技術：當在數字線路中工作電壓和工藝制程特性的線寬度還在繼續減小，這與摩爾規律是一致的。由于芯片的尺寸及供電電壓的降低，使得模擬IC的設計面臨許多的問題，因此，準確的元件建模成為了關鍵。所以，進一步深入的亞微米級的元件建模是未來的發展趨勢。

新型活動元件的應用：為了解決傳統運算放大器等基礎構建塊的性能限制，研究者探索了新的模式活動構建塊，如操作跨導放大器（OTA）、第二代電流傳送器（CCII）等，以及它們在通信、測量和射頻系統中的應用。

建模和仿真：電路模型既可以用于構建目標電路的設計規格說明，也可以用于對目標電路特征的描述與仿真。研究模擬集成電路建模，對提高模擬集成電路自動化分析的效率具有重要意義。

與深度學習相結合：深度學習識別階段主要通過卷積神經網絡、循環神經網絡等神經網絡，模擬人類大腦結構和自我訓練能力，對大量模擬電路故障樣本數據進行學習實現復雜模擬電路的故障分類。利用神經網絡的自動學習和特征挖掘能力進行特征提取能夠較好適用于復雜的模擬電路故障識別問題，能夠達到較高的準確率。

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