内容简介
《电子线路基础(第2版)》是在一版基础上,经过教学改革与实践修订而成的。《电子线路基础(第2版)》既注重对基本概念、基本原理的阐述,又兼顾了电子技术的发展趋势,适当地增加了集成电路、电子电路仿真软件Multisim等方面的内容。在文字叙述上力求简洁清楚、层次分明。为便于掌握重点和难点内容,改编了部分例题和习题,尽量做到例题典型、习题与知识点相匹配。
全书共10章,内容包括常用半导体器件、基本放大电路、多级放大电路和集成运算放大电路、放大电路的频率响应、放大电路中的反馈、信号的运算和处理电路、信号产生与转换电路、直流稳压电源、集成门电路、电子电路仿真软件Multisim。
《电子线路基础(第2版)》可作为高等院校电子信息、通信、电气、自动化、计算机等专业的教科书,也可供其他相关专业和从事电子技术工作的工程技术人员参考。
内页插图
目录
第1章 常用半导体器件
1.1 半导体基础知识
1.1.1 本征半导体
1.1.2 杂质半导体
1.1.3 PN结
1.2 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的结构和符号
1.2.2 二极管的伏安特性
1.2.3 二极管的主要参数
1.2.4 极管的等效模型
1.2.5 稳压一报管
1.3 半导体=极管
1.3.1 二极管的结构及符号
1.3.2 三极管的工作原理
1.3.3 三极管的特性曲线
1.3.4 三极管的主要参数
1.3.5 温度对三极管参数的影响
1.4 场效应管
1.4.1 结型场效应管
1.4.2 绝缘栅型场效墟管
1.4.3 场效应管的主要参数
1.5 集成电路中的元器件
习题
第2章 基本放大电路
2.1 放大电路的基本概念
2.1.1 基本放大电路的组成和工作原理
2.1.2 放大电路的性能指标
2.1.3 直流通路和交流通路
2.1.4 静态工作点的设置
2.2 放大电路的分析方法
2.2.1 图解分析法
2.2.2 小信号模型分析法
2.3 放大电路静态工作点的稳定
2.3.1 静态工作点稳定的必要性
2.3.2 稳定静态工作点的措施
2.3.3 分压式射极偏置电路的分析
2.4 共集放大电路和共基放大电路
2.4.1 共集放大电路
2.4.2 共基放大电路
2.4.3 三种组态电路的比较
2.5 场效应管放大电路
2.5.1 场效应管的特点
2.5.2 场效应管放大电路的三种组态电路
2.5.3 场效应管放大电路的直流偏置电路及静态分析
2.5.4 场效应管放大电路的动态分析
习题
第3章 多级放大电路和集成运算放大电路
3.1 多级放大电路
3.1.1 多级放大电路的耦合方式
3.1.2 多级放大电路的动态分析
3.2 差分放大电路
3.2.1 差分放大电路的电路组成
3.2.2 差分放大电路的分析
3.2.3 改进型差分放大电路
3.3 电流源电路
3.3.1 基本电流源电路
3.3.2 多路电流源电路
3.3.3 以电流源为有源负载的放大电路
3.4 功率放大电路
3.4.1 功率放大电路概述
3.4.2 互补功率放大电路
3.4.3 集成功率放大电路
3.5 集成运算放大电路
3.5.1 集成运放的结构特点
3.5.2 集成运放的主要性能指标
3.5.3 典型集成运放电路介绍
3.5.4 理想运算放大器
习题
第4章 放大电路的频率响应
4.1 频率响应问题概述
4.1.1 频率响应问题的提出
4.1.2 频率响应线性失真问题
4.1.3 频率响应问题的分析方法
4.2 三极管的高频等效特性
4.2.1 晶体三极管的完整小信号模型
4.2.2 晶体管高频模型的简化
4.2.3 场效应管的高频等效模型
4.3 单管放大电路的频率响应
4.3.1 单管共射放大器的频率响应
4.3.2 单管共源放大电路的频率响应
4.3.3 单管共基放大电路的频率响应
4.4 多级放大电路的频率特性
4.4.1 共射一共射放大器的频率特性
4.4.2 共射一共基放大器的频率特性
4.4.3 多级放大器频率特性的一般分析方法
4.5 集成运放的频率响应与相位补偿
4.5.1 集成运放的频率响应
4.5.2 集成运放的相位补偿
习题
第5章 放大电路中的反馈
5.1 反馈的基本概念
5.2 反馈放大电路的类型及判别
5.2.1 反馈的分类
5.2.2 负反馈的四种组态
5.3 负反馈对放大电路性能的改善
5.3.1 稳定放大倍数
5.3.2 减小非线性失真
5.3.3 展宽通频带
5.3.4 改变输入电阻和输出电阻
5.4 深度负反馈放大电路的分析
5.4.1 深度负反馈的实质
5.4.2 深度负反馈条件下放大倍数的估算
5.5 负反馈放大电路的稳定性
5.5.1 负反馈放大电路产生自激振荡的原因和条件
5.5.2 负反馈放大电路稳定性的判定
5.5.3 负反馈放大电路自激振荡的消除方法
习题
第6章 信号的运算和处理电路
6.1 比例运算电路
6.1.1 反相比例运算电路
6.1.2 同相比例运算电路
6.2 基本运算电路
6.2.1 加法电路
6.2.2 减法电路
6.2.3 积分电路
6.2.4 微分电路
6.3 对数指数运算电路
6.3.1 对数运算电路
6.3.2 指数运算电路
6.4 模拟乘法器
6.4.1 模拟乘法器的基本概念
6.4.2 模拟乘法器在运算电路中的应用
6.5 有源滤波电路
6.5.1 滤波电路的基本概念
6.5.2 一阶有源滤波电路
6.5.3 二阶有源滤波电路
习题
第7章 信号产生与转换电路
7.1 电压比较器
7.1.1 单限比较器
7.1.2 迟滞比较器
7.1.3 双限比较器
7.1.4 典型例题讲解
7.1.5 比较器部分小结
7.2 非正弦波发生器
7.2.1 方波和矩形波发生器
7.2.2 三角波与锯齿波发生器
7.3 正弦波发生器
7.3.1 文氏桥正弦波发生器
7.3.2 移相式正弦波发生器
7.4 精密整流电路
7.4.1 半波整流电路(零限幅器)
7.4.2 全波整流电路(绝对值运算电路)
习题
第8章 直流稳压电源
8.1 直流稳压电源的组成
8.2 整流电路和滤波电路
8.2.1 单相半波整流电路
8.2.2 单相桥式整流电路
8.2.3 滤波电路
8.3 稳压管稳压电路
8.3.1 稳压电路的性能指标
8.3.2 稳压管稳压电路分析
8.4 串联型稳压电路
8.4.1 串联型稳压电路的工作原理
8.4.2 三端集成稳压器的工作原理
……
第9章 集成门电路
第10章 电子电路仿真软件Multisim
参考文献
精彩书摘
在自然界中存在着许多不同的物质,根据其导电性能的不同大体可分为导体、绝缘体和半导体三大类。
用半导体材料制作电子元器件,不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间,而是由于其导电能力会随着温度的变化、光照或掺人杂质的多少发生显著的变化,这就是半导体的热敏特性、光敏特性和掺杂特性。例如,纯净的半导体硅,当温度从30度升高到40℃时,电阻率减小一半。可见,当半导体受热或掺人杂质后,导电性能会发生变化。人们利用半导体的热敏特性和光敏特性可制作各种热敏元件和光敏元件,利用掺杂特性制成的PN结是各种半导体器件的主要组成部分。
半导体为什么会具有这样一些特殊的性质呢?由于物质的导电性能取决于原子的外层结构,下面通过半导体材料的特殊结构来了解它的导电性能。
前言/序言
第三次全国教育工作会议以来,我国高等教育得到空前规模的发展。经过高校布局和结构的调整,各个学校的新专业均有所增加,招生规模也迅速扩大。为了适应社会对“大专业、宽口径”人才的需求,各学校对专业进行了调整和合并,拓宽专业面,相应的教学计划、大纲也都有了较大的变化.特别是进入21世纪以来,信息产业发展迅速,技术更新加快。面对这样的发展形势,原有的计算机、信息工程两个专业的传统教材已很难适应高等教育的需要,作为教学改革的重要组成部分,教材的更新和建设迫在眉睫。为此,西安电子科技大学出版社聘请南京邮电大学、西安邮电学院、重庆邮电大学、吉林大学、杭州电子科技大学、桂林电子科技大学、北京信息科技大学、深圳大学、解放军电子工程学院等10余所国内电子信息类专业知名院校长期在教学科研第一线工作的专家教授,组成了高等学校计算机、信息工程类专业系列教材编审专家委员会,并且面向全国进行系列教材编写招标。该委员会依据教育部有关文件及规定对这两大类专业的教学计划和课程大纲,对目前本科教育的发展变化和相应系列教材应具有的特色和定位以及如何适应各类院校的教学需求等进行了反复研究、充分讨论,并对投标教材进行了认真评审,筛选并确定了高等学校计算机、信息工程类专业系列教材的作者及审稿人。
探索电世界:现代电子技术的基石与发展前沿 在信息技术飞速发展的今天,电子技术已如同空气与水般渗透到我们生活的方方面面。从智能手机的每一次触碰,到全球通信网络的每一次数据传输,再到精密医疗设备的神奇诊断,无不依赖于深厚的电子电路知识。本书,一本旨在为未来的信息工程师们奠定坚实基础的著作,将引领读者们踏上一段探索电世界奥秘的旅程,揭示现代电子技术的核心原理,并展望其无限的发展前景。 第一部分:基础单元——构建电路的砖石 任何宏伟的建筑都离不开坚固的基石,现代电子电路亦是如此。本书的开篇,将以严谨而清晰的视角,剖析那些构成一切电子设备的最基本组成单元。 电阻:控制电流的“卫士” 电阻是电子电路中最基本、也是最重要的元件之一。我们将深入理解电阻的定义,其物理本质——材料导电性的差异,以及欧姆定律(V=IR)这一贯穿始终的基本法则。 我们将详细介绍不同类型的电阻器,如碳膜电阻、金属膜电阻、绕线电阻、可变电阻(电位器和微调电阻)等,分析它们各自的特性、优缺点以及在实际电路中的应用场景。例如,碳膜电阻价格低廉,适用于一般场合;金属膜电阻精度更高,常用于信号处理电路;可变电阻则为电路的参数调整提供了便利。 电阻的功率耗散问题同样不容忽视。我们将学习如何计算电阻的功率,并理解过功率可能导致的电阻损坏,以及在设计中如何选择合适功率的电阻以确保电路的可靠性。 电阻的串联与并联是构成复杂电路的基础。我们将推导并解释串联电路中总电阻等于各电阻之和,以及并联电路中总电阻倒数等于各电阻倒数之和的原理,并给出相应的计算示例,帮助读者熟练掌握。 电容:储存电能的“蓄水池” 电容是另一个至关重要的基础元件,它能够储存电荷,并在电路中起到滤波、耦合、旁路、定时等作用。我们将从电容的定义出发,理解其“容纳电荷”的能力——电容值(C),以及影响电容值的因素,如极板面积、极板间距离和介质材料。 本书将全面介绍各种类型的电容器,包括陶瓷电容器、电解电容器、钽电容器、薄膜电容器等。我们将分析它们的结构、特性(如容值稳定性、漏电流、等效串联电阻ESR)、适用范围以及各自的优缺点。例如,电解电容器具有较大的容值,常用于电源滤波;陶瓷电容器体积小、频率响应好,适用于高频电路。 电容在直流(DC)电路和交流(AC)电路中的行为差异是理解其功能的关键。我们将学习电容在DC电路中会充饱电后隔断电流(开路),而在AC电路中则表现出容抗(Xc=1/(2πfC)),其大小与频率成反比。 电容的串联与并联的计算公式与电阻有所不同,我们将详细讲解其计算方法,并强调电解电容器的极性问题,以及在实际应用中应注意的事项。 电感:阻碍电流变化的“惯性器” 电感是与电容相对应的元件,它能够储存磁场能量,并对电流的变化产生阻碍作用。我们将深入理解电感的定义,其“抵抗电流变化”的能力——电感值(L),以及影响电感值的因素,如线圈匝数、导线直径、磁芯材料和几何形状。 本书将介绍不同类型的电感器,包括空心电感、铁芯电感(如铁氧体、铁粉芯)以及可调电感。我们将分析它们的特性(如电感精度、饱和电流、自谐频率)以及在滤波、振荡、耦合和储能等电路中的应用。 电感在DC和AC电路中的行为也将被细致讲解。在DC电路中,稳定的电流通过电感时,电感相当于一个短路(接近零电阻);而在AC电路中,电感会产生感抗(XL=2πfL),其大小与频率成正比。 电感的串联与并联计算公式也将在书中得到详细阐述,并提醒读者注意耦合电感可能带来的复杂性。 第二部分:电路分析——洞察电流的脉络 掌握了基本的电子元件,下一步便是学习如何将它们组合成功能电路,并分析其工作状态。本部分将聚焦于电路分析的核心方法与理论。 基本电路定律:分析的利器 欧姆定律(Ohm's Law): 作为电路分析的基础,我们将进一步深入理解欧姆定律的普适性,不仅适用于电阻,也与电容、电感的阻抗概念紧密相连。 基尔霍夫定律(Kirchhoff's Laws): 这是分析复杂电路的“两大支柱”。基尔霍夫电流定律(KCL)描述了节点处电流的代数和为零,揭示了电荷守恒的原理;基尔霍夫电压定律(KVL)则指出回路中各段电压的代数和为零,体现了能量守恒的思想。我们将通过大量实例,演示如何运用KCL和KVL来求解复杂的电路参数。 节点电压法与网孔电流法:系统性的分析工具 为了更系统地分析复杂电路,我们将介绍两种强大的分析方法:节点电压法和网孔电流法。 节点电压法通过选取电路中的独立节点,建立以节点电压为未知数的方程组,求解所有节点的电位,进而推导出支路电流和元件电压。这种方法对于拥有较少节点但支路较多的电路尤其有效。 网孔电流法则选取电路中的独立网孔,引入网孔电流作为未知数,建立以网孔电流为未知数的方程组。这种方法对于拥有较少网孔但支路较多的电路更为便捷。 我们将通过具体的例题,引导读者一步步掌握这两种方法的应用步骤,并比较它们的优劣,帮助读者根据电路结构选择最优的分析方法。 戴维宁定理与诺顿定理:简化复杂电路的“魔法” 在处理包含多个电源和复杂网络的电路时,戴维宁定理和诺顿定理能够极大地简化分析过程。 戴维宁定理指出,任何一个线性双端口网络,都可以被一个等效的串联电压源(戴维宁电压源)和一个串联的等效电阻(戴维宁电阻)所取代。 诺顿定理则指出,任何一个线性双端口网络,都可以被一个等效的并联电流源(诺顿电流源)和一个并联的等效电阻(诺顿电阻)所取代。 我们将详细讲解如何计算戴维宁等效电路和诺顿等效电路的参数,并演示如何利用这些定理来求解特定负载上的电压或电流,从而大大提高分析效率。 第三部分:交流电路——跃动的电信号 现代电子设备无一不与交流信号打交道,理解交流电路的特性至关重要。本部分将带领读者深入交流电的世界。 正弦稳态分析:描绘波动的规律 我们将从正弦波的定义出发,理解其幅度、频率、初相位等基本参数,并认识到周期性函数可以用傅里叶级数展开为一系列正弦和余弦分量,这为分析非正弦交流信号奠定了基础。 相量法(Phasor Method)是分析正弦稳态电路的核心工具。我们将学习如何将正弦电压和电流转化为复数表示的相量,以及如何将电阻、电容、电感在交流电路中的阻抗(Z=R+jX)统一纳入相量运算框架。 通过相量运算,我们可以将微分方程转化为代数方程,极大地简化交流电路的分析。我们将讲解如何利用相量法进行串联、并联阻抗计算,以及通过欧姆定律和基尔霍夫定律求解电路参数。 功率分析:能量的流动与损耗 在交流电路中,功率的概念变得更为复杂。我们将区分有功功率(P)——实际消耗或转化的能量,无功功率(Q)——在电感和电容之间来回交换的能量,以及视在功率(S)——总的电压和电流的乘积。 功率因数(Power Factor)是衡量交流电路效率的重要指标,我们将学习其定义(P/S)以及提高功率因数的重要性,特别是对于工业和电力传输领域。 谐振电路:筛选特定频率的“滤波器” RLC串联和并联谐振电路是许多电子设备的核心。当电路的感抗和容抗相等时,会发生谐振,此时电路呈现出特殊的阻抗特性。 我们将分析谐振时的条件、谐振频率(f0=1/(2π√(LC))),以及谐振时电路的阻抗、电流和电压特性。 品质因数(Q factor)是衡量谐振电路选择性(或尖锐度)的重要参数,我们将学习如何计算它,并理解其对滤波器性能的影响。 第四部分:瞬态分析——电路的“过载”响应 当电路中的电源发生变化(如开关闭合或断开),或者电路元件参数突变时,电路并不会立刻达到稳态,而是会经历一个过渡过程,这就是瞬态过程。 一阶电路的暂态响应:电容和电感的“记忆” 含有单一储能元件(电容或电感)的电路称为一阶电路。我们将分析包含电阻和电容(RC电路)或电阻和电感(RL电路)的电路在DC电源作用下的瞬态响应。 时间常数(τ)是描述一阶电路瞬态过程快慢的重要参数,我们将理解其物理意义(τ=RC或τ=L/R),并学习如何利用时间常数来预测电路达到稳态所需的时间。 我们将推导并分析电容和电感在充放电过程中的电压和电流变化规律,揭示其指数衰减或增长的特性。 二阶电路的暂态响应:振荡的起源 含有两个储能元件(电感和电容)的电路称为二阶电路。二阶电路的瞬态响应比一阶电路更为复杂,可能表现为无阻尼振荡、临界阻尼或过阻尼。 我们将分析RLC电路在不同阻尼情况下的暂态响应,理解阻尼系数对振荡行为的影响。 本部分将为后续学习更复杂的动态系统打下基础。 第五部分:现代电子技术展望——未来的方向 在掌握了电子电路的基础知识后,本书将带领读者放眼未来,展望现代电子技术的发展前沿。 半导体器件:电子世界的“魔术师” 我们将简要介绍半导体材料的特性,以及 PN结的工作原理,这是所有半导体器件的基础。 二极管的特性,如单向导电性,及其在整流、限幅等方面的应用。 三极管(BJT)和场效应管(MOSFET)作为最基本的放大和开关元件,我们将简要介绍它们的结构、工作原理和基本放大特性,为后续深入学习集成电路奠定概念基础。 集成电路(IC):微型世界的奇迹 集成电路将大量电子元件集成在一块小小的芯片上,是现代电子设备的核心。我们将介绍集成电路的基本概念,以及其在微处理器、存储器、模拟集成电路等方面的广泛应用。 我们将讨论集成电路制造工艺的复杂性,以及其带来的小型化、低功耗和高性能的优势。 数字电子技术基础:信息的编码与处理 数字电子技术以离散的0和1来表示信息,是计算机、通信等领域的核心。我们将简要介绍数字信号的特点,以及逻辑门(AND, OR, NOT, XOR等)作为构建数字电路的基本单元。 我们将触及组合逻辑和时序逻辑的基本概念,为理解数字系统的工作原理提供入门。 信号处理与通信系统:连接世界的桥梁 我们将展望信号处理技术在音频、视频、图像等领域的应用,以及通信系统(如无线通信、光纤通信)如何利用电子技术实现信息的远距离传输。 结语 本书不仅是一本知识的传授者,更是一扇通往未来科技大门的引路人。通过系统地学习本书内容,读者将能够深刻理解电子电路的运作机制,掌握分析和设计基本电子电路的方法,并对现代电子技术的发展脉络和未来趋势有一个清晰的认识。无论您是即将踏入信息工程领域的莘莘学子,还是希望夯实电子技术基础的从业人员,本书都将是您宝贵的学习伙伴,助您在电世界的探索中,不断前行,创造无限可能。