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清华大学模电4版华成英课件第一章

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模拟电子技术基础清华大学 华成英全套完整版

模拟电子技术基础清华大学 华成英全套完整版
• 为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还 是少子是影响温度稳定性的主要因素？
• 为什么半导体器件有最高工作频率？
华成英 hchya@
§2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
华成英 hchya@
有利于漂移运动，形成漂移电 流。由于电流很小，故可近似 认为其截止。
华成英 hchya@
四、PN 结的电容效应
1. 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
2. 扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
第一个集成电路及其发明者 （ Jack Kilby from TI ）
1958年9月12日，在德州仪器公司 的实验室里，实现了把电子器件集成 在一块半导体材料上的构想。42年以 后， 2000年获诺贝尔物理学奖。 “为现代信息技术奠定了基础”。
华成英 hchya@
二、模拟信号与模拟电路
华成英 hchya@
§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
华成英 hchya@
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。

模电第一章电子系统基础知识

模电第一章电子系统基础知识
模拟-数字转换器（Ａ/Ｄ转换器或ADC ） 数字-模拟转换器（Ｄ/Ａ转换器或DAC ）
模拟电路还保持着处理信号速度快（实时性强）、电路 简单、高效等优点，起着不可替代的作用。
1.3 放大电路
放大电路的作用是将微弱的电信号进行放大，达到可以 进行记录、控制或检测的电信号。
把小的信号，来控制放大电路中的能源（直流电源）， 使得这个能源按输入的小能量的规律变化输出有足够大 的能量来推动负载。
常用电子实验仪器仪表等课外阅读资料（电子版）
UT39数字万用表使用手册 毫伏表、直流稳压电源使用简介 DF4810晶体管特性图示仪使用说明 函数发生器-DG1022-用户手册 数字示波器-DS1000E-用户手册 同步失真仪-ZC4120A-使用说明书
下载：课程中心/课程资源/…/模拟电子技术
1．1电信号 信号是随时间变化的某种物理量，是信息的载体。
第三章 双极型晶体管及其放大电路
第八章 有源滤波器
第四章 场效应晶体管及其基本放大电路 第五章 集成运算放大器及其应用
第九章 波形发生和变换电路 第十章 直流稳压电源
模拟电子技术基础习题
通频带BW
图1-6 放大电路的幅频特性
总谐波失真（THD）(Total Harmonic Distortion)
THDU22U33U44....10% 0 U1
附录图5 ZC4120A失真度仪前面板
最大不失真输出 Uomax 或 Iomax
1.5 级联放大电路
图1-7 用作音频功放的多级放大器组成方框图
可编程片上系统（SOPC，System-on-a-ProgrammableChip）
数字和模拟混合的集成电路—片上系统
1.4 放大电路的性能指标

模电课件CH01信号

模电课件CH01信号

执行 机构
模拟电子技术
电子系统 ——由若干相互联接、相互作用的基本电子 电路组成的、具有特定功能的电路整体
恒温 装置
温度传感 （输入）
信号放大 信号滤波
电 子 系
不失真
模拟小信号电路
统
执行机构 （输出）
非电子物理 系统
功率放大
模拟大信 号电路
数模转换
大功率
数字逻辑 电路
数字电路
模数转换
• 是入门性质的技术基础课,核心课程
由输出回路得
vo AVOvi
RL Ro RL
则电压增益为
AV

vo vi

Avo
RL Ro RL
由此可见 RL
Av 即负载的大小会影响增益的大小
要想减小负载的影响，则希望…？ （考虑改变放大电路的参数）
Ro RL
理想情况 Ro 0
1.4 放大电路模型
A. 电压放大模型
根据需求，最适用的电路是最好的。 折中考虑，通常“有一利必有一弊”。 4. 注意电路中常用定理在电子电路分析中的应用
5. 课后习题充分重视，独立完成 6. 至少有一本参考书 7. 预习和复习
• 打好基础、关注发展、主动更新、注重实践
※康华光. 电子技术基础 -模拟部分. 第5版. 高等教育出版社, 2006 …………………………………………………………………………………….... ※华成英，童诗白. 模拟电子技术基础. 第4版. 高等教育出版社，2006
益不同，产生的失真。
1.5 放大电路的主要性能指标
4. 频率响应
B.频率失真（线性失真）
幅度失真： 对不同频率的信号增
益不同，产生的失真。

模拟电子技术基础-清华大学 华成英-全套完整版精编版

模拟电子技术基础-清华大学 华成英-全套完整版精编版
华成英 hchya@
六、课程的目的
本课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分 析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基础知 识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专 业中的应用打下基础。 1. 掌握基本概念、基本电路、基本方法和基本实验技能。 2. 具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力，
为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？
华成英 hchya@
二、杂质半导体
1. N型半导体
5
多数载流子
空穴比未加杂质时的数目多 了？少了？为什么？
杂质半导体主要靠多数载流 子导电。掺入杂质越多，多子 浓度越高，导电性越强，实现 导电性可控。
磷（P）
华成英 hchya@
模拟电子技术基础
清华大学 华成英
华成英 hchya@
绪论
一、电子技术的发展 二、模拟信号与模拟电路 三、电子信息系统的组成 四、模拟电子技术基础课的特点 五、如何学习这门课程 六、课程的目的 七、考查方法
华成英 hchya@
一、电子技术的发展
以及将所学知识用于本专业的能力。
注重培养系统的观念、工程的观念、科技进步 的观念和创新意识，学习科学的思维方法。提倡 快乐学习！
华成英 hchya@
七、考查方法
1. 会看：读图，定性分析 考查分析问题的能力
2. 会算：定量计算 3. 会选：电路形式、器件、参数
考查解决问题的能力－－设计能力 4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA
➢ 基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标 和描述方法，因而有不同的分析方法。 2. 注意定性分析和近似分析的重要性 3. 学会辩证、全面地分析电子电路中的问题 ➢ 根据需求，最适用的电路才是最好的电路。 ➢ 要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊”。 4. 注意电路中常用定理在电子电路中的应用

《模拟电子技术基础》(第四版)_第1章

《模拟电子技术基础》(第四版)_第1章
if uD 0 时, then uD =0 if uD 0 时, then iD =0
0 iD
+ uD
uD
–
Question1 UD UON
2.二极管导通时正向压降为一常量UＤ （正向导通电压０.7V 或０.３V ）， 截止时反向电流为零的二极管的等效 模型 iD iD + uD UＤ –
一、外加正向电压（正向偏置）
P区
外电场驱使P区的空穴进入空间 N区电子进入空间电荷区 空间电荷区变窄 电荷区抵消一部分负空间电荷 抵消一部分正空间电荷
N区
I 扩散运动增强，形 成较大的正向电流， 此时PN结导通 内电场方向 外电场方向
E
R 外电场加强扩散
二、 外加反向电压（反向偏置）
外电场驱使空间电荷区两侧的多子(空穴和自由电子)移走, 空间电荷区加宽
Uon
0 0.4 0.8
–50
－IS – 0.1
非线性特性 ＵＢＲ反向击穿电压
ＵＺ（稳压管）
uD / V UＤ
– 0.2
死区
反向击穿
硅管的伏安特性
一般:特性曲线上区分Uon和UＤ 计算时不区分Uon和UＤ Si 管：0.5V左右
开启电压： Uon
正向导通电压UＤ 二极管方程
Ge管：0.1V左右 Si 管：0.6V~0.8V （０.７Ｖ） Ge管：0.2V~0.3V（０.３Ｖ）
三、如何学好模电
课程特点：内容多、内容杂、工程实践性强
基本原理 “基本电路”原理
放大器、反馈、 振荡器
绪论
1、抓“重点”
基 本 分析方法
图解法、小信号等效电路法
2、注重综合分析 注重工程化素质培养 3、提高学习效率、培养自学能力

模拟电子技术课件第一章汇编

模拟电子技术课件第一章汇编

计算机进行数字处 理（如计算、滤 波）、保存等
用模拟量作为 控制信号
模 拟 传感器
A/D 转换器
数字控制 计算机
D/A 转换器
模拟
控制器
工业生产过程控制对象
19
1.4 放大电路模型
一、放大电路的符号及模拟信号放大
信号源
+ Vs – Ii Rs + Vi – 放大电路 + Vo – Io RL
负载
放大电路的表示方法
傅里叶变换： 周期信号 非周期信号 离散频率函数 连续频率函数
2 200.0 2 199.5
0
10
20
30
40
50
60
70
80 t/s
非周期信号包含了所有可 能的频率成分 (0 ) 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。
T /℃
频域
O
c

16
1.3 模拟信号与数字信号
6
1.第一代电子器件——电子管
电子管是以电子器件的发展为基础，采用电真空技术， 是一种电压控制器件。电子管目前只在一些大功率发射装 置中使用。
7
2.第二代电子器件——晶体管 晶体管为电流控制器件。主要包括半导体二极管和三极管。
8
3.第三代电子器件——半导体集成电路
第一片集成电路只有4个晶体管，97年一片集成电路上有 40 亿个晶体管。科学家预测集成度按 10 倍 /6 年的速度还将继 续到2015或 2020年，将达到饱和。集成电路的发展促进了电 子学和微型计算机的发展，人类社会开始迈进信息时代。
频域

频域
n
O
2Vs

清华大学电工技术电子技术课件-1

电源驱动正电荷的 方向
(低 电 位 高 电 位 ) 电位降落的方向
(高 电 位 低 电 位 )
2019/10/30
课件
7
物理量正方向的表示方法
I
a
电 池
灯 泡
+ EU
_
+
R
Uab
_
b
电压
2019/10/30
正负号 箭头 双下标
a + U_ ab b
电流：从高电位 指向低电位。
a
Uab b
I
U1
A IR B R
电流方向 BA？
U2
2019/10/30
课件
10
解决方法
(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向；
(2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式；
(3) 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。
Ia
U
+ _
Uab
b
R1
R2
2 2
设: U=10V
2019/10/30
则： 当R1接入时 ： I=5A
当R1 、R2 同时接入时： I=10A
课件
27
电压源模型 由理想电压源串联一个电阻组成
I
伏安特性
U
RS
+
U
RL US
- US
I
RS称为电源的内阻或输出电阻
U = US – IRS
RS越大19/10/30
课件
17
结论
在进行功率计算时，如果假设 U、I 正方向一致。 当 计算的 P > 0 时, 则说明 U、I 的实际

模拟电子基础-清华大学-全套完整版


• 广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电 话、手机
• 网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器
• 工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床
• 交通：飞机、火车、轮船、汽车
• 军事：雷达、电子导航
• 航空航天：卫星定位、监测
• 医学：γ刀、CT、B超、微创手术
• 消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照
版
华成英
六、课程的目的
本课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分 析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基础知 识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专 业中的应用打下基础。 1. 掌握基本概念、基本电路、基本方法和基本实验技能。 2. 具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力，
以及将所学知识用于本专业的能力。
注重培养系统的观念、工程的观念、科技进步 的观念和创新意识，学习科学的思维方法。提倡 快乐学习！
模拟电子基础-清华大学-全套完整 版
华成英
七、考查方法
1. 会看：读图，定性分析 考查分析问题的能力
2. 会算：定量计算 3. 会选：电路形式、器件、参数
考查解决问题的能力－－设计能力 4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA
学习电子技术方面的课程需时刻关注电子技术的发展！
模拟电子基础-清华大学-全套完整 版
华成英
值得纪念的几位科学家！
第一只晶体管的发明者
（by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab）
他们在1947年11月底发明了晶 体管，并在12月16日正式宣布“晶 体管”诞生。1956年获诺贝尔物理 学奖。巴因所做的超导研究于1972 年第二次获得诺贝尔物理学奖。

模电4版华成英课件4-7


华成英 hchya@
一、集成运放的特点
集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接 耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。 （1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用 差分放大电路和电流源电路。 （2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂 化并不带来工艺的复杂性。 （3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作 的大电阻。 （4）采用复合管。
U BE1 U BE0 ， I B1 I B0 I C1 I C0 I C
I R I C 0 I B 0 I B1 I C
IC
2IC
2

IR
电路中有负反 馈吗？
若 2 ，则 I C I R
华成英 hchya@
输出级的分析
准互补输出级，UBE倍增电路消除交越失真。
电流采样电阻
D1和D2起过流保护作用，未 过流时，两只二极管均截止。
U D 1＝ U BE 14 i O R 9 U
R7
iO增大到一定程度，D1导 通，为T14基极分流，从而保 护了T14。 特点： 输出电阻小 最大不失真输出电压高
华成英 hchya@
hchya@
华成英 hchya@
第五章 放大电路的频率响应
华成英 hchya@
第五章 放大电路的频率响应
§5.1 频率响应的有关概念 §5.2 晶体管的高频等效电路 §5.3 放大电路的频率响应
华成英 hchya@
'
C μ (1 g m R L ) C μ
华成英 hchya@
输入级的分析
T7的作用：抑制共模信号 放大差模信号 + + _ + + + + + T5、T6分别是T3、T4的有源负 载，而T4又是T6的有源负载，增 大电压放大倍数。 _ _ 特点： 输入电阻大、差模放大倍数大、 共模放大倍数小、输入端耐压高， 并完成电平转换（即对“地”输 出）。

模电课件CH01信号

概念性、工程性、实践性
初学者不适，觉得概念繁杂、难以把握、入门难
三、课程 主要内容 放大（模拟小信号放大和功率放大）
分立器件（晶体管和场效应管） 集成器件（运放） 信号滤波 信号产生、运算 直流稳压电源
本课程的目的
掌握有关模拟电子技术的基本概念、基本器 件、基本电路、基本分析方法、基本实验技能。
和应用 1948年 威廉.肖克莱发明晶体管 (transistor)
1958年 基尔比制成第一块集成电路（ IC, Integrated Circuits）；6个月后诺伊斯 摩尔定律 制成第一块硅集成电路
1969年 大规模集成电路(LSI)
1975年 超大规模集成电路(ULSI)
SoC (System On a Chip), IP(Intellectual Property)
➢ 近似分析要“合理”。 抓住主要方面，忽略次要因素。
➢ 电路理论分析电子电路。 估算不同的参数需采用不同的模型，可用电路的 基本理论分析电子电路。
四、课程
2、 实践性
主要特点 ➢ 实用的模拟电子电路几乎都需进行调试才能达到预期
的目标，因而要掌握以下方法：
♪ 常用电子仪器的使用方法 ♪ 电子电路的测试方法 ♪ 故障的诊断与排除方法 ♪ EDA软件的使用方法
模拟电路最基本的 处理信号的功能
微音器输出的某一段信号的波形
1.1 信号
2. 电信号源的电路表达形式
5. 课后习题充分重视，独立完成 6. 至少有一本参考书 7. 预习和复习
• 打好基础、关注发展、主动更新、注重实践
六、教材和
※康华光. 电子技术基础 -模拟部分. 第5版. 高等教育出版社, 2006
主要参考书 ……………………………………………………………………………………....
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考查解决问题的能力－－实践能力
综合应用所学知识的能力
整理ppt
12
第一章 半导体二极管和三极管
整理ppt
13
第一章 半导体二极管和三极管
§1.1 半导体基础知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 晶体三极管
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14
§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
➢ 故障的判断与排除方法
➢ EDA软件的应用方法
整理ppt
9
五、如何学习这门课程
1. 掌握基本概念、基本电路和基本分析方法
➢ 基本概念：概念是不变的，应用是灵活的， “万 变不离其宗”。
➢ 基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种 多样的。
➢ 基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标 和描述方法，因而有不同的分析方法。
他们在1947年11月底发明了晶 体管，并在12月16日正式宣布“晶 体管”诞生。1956年获诺贝尔物理 学奖。巴因所做的超导研究于1972 年第二次获得诺贝尔物理学奖。
第一个集成电路及其发明者 （ Jack Kilby from TI ）
1958年9月12日，在德州仪器公司 的实验室里，实现了把电子器件集成 在一块半导体材料上的构想。42年以 后， 2000年获诺贝尔物理学奖。 “为
模拟电子技术基础
清华大学 华成英
整理ppt
1
绪论
一、电子技术的发展 二、模拟信号与模拟电路 三、电子信息系统的组成 四、模拟电子技术基础课的特点 五、如何学习这门课程 六、课程的目的 七、考查方法
整理ppt
2
一、电子技术的发展
电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之“无孔不 入”，应用广泛！
• 广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电 话、手机
• 网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器 • 工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床 • 交通：飞机、火车、轮船、汽车 • 军事：雷达、电子导航 • 航空航天：卫星定位、监测
• 医学：γ刀、CT、B超、微创手术
• 消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照 相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统
以及将所学知识用于本专业的能力。
注重培养系统的观念、工程的观念、科技进步 的观念和创新意识，学习科学的思维方法。提倡 快乐学习！
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11
七、考查方法
1. 会看：读图，定性分析 考查分析问题的能力
2. 会算：定量计算 3. 会选：电路形式、器件、参数
考查解决问题的能力－－设计能力 4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA
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15
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。
导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。
绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。
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7
三、电子信息系统的组成
传感器 接收器
隔离、滤 波、放大
运算、转 换、比较
功放
执行机构
信号的 提取
信号的 预处理
信号的 加工
信号的驱 动与执行
模拟电子电路
A/D转换
计算机或其 它数字系统
D/A转换
模拟电子系统 数字电子电路（系统）
模拟-数字混合电子电路
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8
四、模拟电子技术基础课的特点
第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路 中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年 的速度增长，到2015或2020年达到饱和。
学习电子技术方面的课程学家！
第一只晶体管的发明者
（by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab）
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3
电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展 上。从电子管→半导体管→集成电路
1904年 电子管问世
1947年 晶体管诞生
1958年集成电 路研制成功
电子管、晶体管、集成电路比较
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4
半导体元器件的发展
• 1947年 • 1958年 • 1969年 • 1975年
贝尔实验室制成第一只晶体管 集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路
1、工程性
➢ 实际工程需要证明其可行性。强调定性分析。
➢ 实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存 在一定的误差范围的。 定量分析为“估算”。
➢ 近似分析要“合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。 ➢ 电子电路归根结底是电路。不同条件下构造不同模型。
2. 实践性
➢ 常用电子仪器的使用方法
➢ 电子电路的测试方法
现代信息技术奠定了基础”。
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6
二、模拟信号与模拟电路
1. 电子电路中信号的分类
➢数字信号：离散性
“1”的电 压当量
“1”的倍数
介于K与K+1之 间时需根据阈值 确定为K或K+1
任何瞬间的任何 值均是有意义的
➢ 模拟信号：连续性。大多数物理量为模拟信号。
2. 模拟电路
➢ 模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。 ➢ 最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放 大电路。 ➢ 其它模拟电路多以放大电路为基础。
半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。
本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
无杂质 稳定的结构
整理ppt
16
2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚
而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴
2. 注意定性分析和近似分析的重要性
3. 学会辩证、全面地分析电子电路中的问题
➢ 根据需求，最适用的电路才是最好的电路。
➢ 要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊”。
4. 注意电路中常用定理在电子电路中的应用
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10
六、课程的目的
本课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分 析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基础知 识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专 业中的应用打下基础。 1. 掌握基本概念、基本电路、基本方法和基本实验技能。 2. 具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力，