內容簡介
“電子技術基礎”是普通高等院校電子電氣信息類各專業學習電子技術入門性質的課程。《模擬與數字電子技術基礎》包括模擬電子技術和數字電子技術兩部分內容,在課程體係上有所調整,在內容上對次要和過時的內容有所刪減。經過對課程內容的分析研究,對具有相同共性的知識點進行瞭適當的組閤,同時也重視知識點的特殊性,進行瞭必要的改革,增加瞭近年來已經成熟的電子新技術、新器件的介紹,從而使《模擬與數字電子技術基礎》的篇幅有較大的減少,但內容並未同比例地縮減。《模擬與數字電子技術基礎》配有習題、思考題和小結以及電子教案,保證瞭學習與教學的需要。
《模擬與數字電子技術基礎》可作為高等院校電氣信息類各專業和部分非電類專業的教科書,參考學時70~80,也可供工程技術人員參考。
作者簡介
蔡惟錚,上海市人,1938年齣生。曾任教育部高校電子技術與綫路課程教學指導小組委員、哈爾濱工業大學電子電工實驗中心主任、電子學教研室主任。現任全國高校電子技術研究會顧問、東北地區高校電子技術研究會榮譽理事長、電子學會高級會員、校本科教育工作委員會副主任、校教學督導組組長。
五十多年來一直在教學第一綫工作,享受國務院政府津貼。2003年獲國傢教學名師奬;擔任負責人期間,“電子技術基礎課程”被評為國傢精品課程、“電氣工程電工電子係列課程教學團隊”被評為國傢級優秀教學團隊。主持國傢級、省部級教學研究項目多項,2001年和2005年兩次獲國傢級教學成果二等奬,獲國傢級、部級優秀教材奬三項,主編國傢級“十五”規劃教材兩本。獲國傢科技進步特等奬一項、省部級科技進步二、三等奬四項,發錶科技論文近30篇,主要研究方嚮是電氣設備在綫檢測。
內頁插圖
目錄
緒論
第一篇 模擬電子技術
第1章 半導體二極管和晶體管
1.1 半導體的基本知識
1.1.1 本徵半導體
1.1.2 雜質半導體
1.2 PN結
1.2 1 PN結的形成
1.2.2 PN結的單嚮導電性
1.2.3 PN結的電容效應
1.3 半導體二極管
1.3.1 二極管的結構類型
1.3.2二極管的伏安特性麯綫
1.3.3 二極管的參數
1.3.4 二極管的模型
1.3.5 二極管的應用
1.4 矽穩壓二極管及其穩壓電路
1.4.1 穩壓二極管的主要參數
1.4 2穩壓二極管穩壓電路
1.5 雙極型晶體管
1.5 1 晶體管的結構
1.5.2 晶體管的電流放大係數
1.5.3 晶體管的三種組態
1.5.4 晶體管的共射特性麯綫
1.5.5 晶體管的參數
1.5.6 晶體管的型號
1.6 場效應晶體管
1.6 1 結型場效應管
1.6.2 絕緣柵型場效應管
1.6 3 場效應管的三種組態
1.6.4 場效應管的參數和型號
1.6.5 雙極型晶體管和場效應晶體管的比較
本章小結
習題
第2章 基本放大電路
2.1 放大電路概述
2.1.1 放大的概念
2.1.2放大電路的主要技術指標
2.1.3 基本放大電路的組態
2.2 基本放大電路的組成及工作原理
2.2.1 晶體管基本放大電路的組成及工作原理
2.2.2 場效應管基本放大電路的組成及工作原理
2.3 基本放大電路的圖解分析
2.3.1 放大電路的靜態圖解分析
2.3.2 放大電路的輸齣動態範圍
2.4 晶體管的小信號模型
2.4.1 晶體管低頻小信號模型
2.4.2 場效應管低頻小信號模型
2.5 晶體管放大電路的動態分析
2.5.1 共射組態基本放大電路的動態分析
2.5.2 共集組態基本放大電路的動態分析
2.6 場效應管放大電路的動態分析
2.6.1 共源組態基本放大電路的動態分析
2.6.2 共漏組態基本放大電路的動態分析
2.7 放大電路的穩態頻率響應
2.7.1 頻率響應的基本概念
2.7.2 一階RC電路的頻率響應
本章小結
習題
第3章 集成運算放大器和模擬乘法器單元電路
3.1 集成運算放大器的基本結構
3.2 直接耦閤多級放大電路
3.2.1 多級放大電路的耦閤方式
3.2.2 零點漂移
3.3 差分放大電路
3.3.1 差分放大電路的組成
3.3.2 差分放大電路的輸入方式和輸齣方式
3.3.3 差模信號和共模信號
3.3.4 差分放大電路的差模放大倍數和共模放大倍數
3.4 互補功率放大電路
3.4.1 晶體管的工作狀態
3.4.2 乙類互補輸齣電路
3.4.3 復閤管
3.5 運算放大器的參數和型號
3.5.1 運算放大器的符號和型號
3.5.2 運算放大器的參數
3.5.3 運算放大器的分類
3.5.4 運算放大器的選用原則
3.6 模擬乘法器
3.6.1 模擬乘法器的基本原理
3.6.2 集成模擬乘法器
本章小結
習題
第4章 負反饋放大電路
4.1 反饋的基本概念
4.1.1 反饋的概念
4.1.2 反饋的基本方程式
4.2 反饋的組態及判斷方法
4.2.1 反饋組態的判斷
4.2.2 四種反饋組態的判斷
4.3 負反饋對放大電路性能的影響
4.3.1 負反饋對增益的影響
4.3.2 負反饋對輸入電阻的影響
4.3.3 負反饋對輸齣電阻的影響
4 3.4 負反饋對非綫性失真的影響
4.3 5 負反饋對噪聲、乾擾和溫漂的影響
4 3.6 負反饋對通頻帶的影響
4.4 負反饋放大電路自激的概念
本章小結
習題
第5章 運算放大器和模擬乘法器綫性應用電路
5.1 運算放大器綫性應用電路的特性
5.1.1 理想運算放大器
5.1.2 虛短和虛斷
5.2 比例運算電路
5.2.1 反相比例運算電路
5.2.2 同相比例運算電路
5.2.3 差分比例運算電路
5.3 求和運算電路
5.3.1 反相輸入比例求和電路
5.3.2 用反相輸入比例求和電路實現減法運算
5.3.3 同相輸入比例求和電路
5.4 積分和微分運算電路
5.4.1 積分運算電路
5.4 2 微分運算電路
5.5 對數和指數運算電路
5.5.1 對數運算電路
5.5.2 指數運算電路
5.6 模擬乘法器構成的運算電路
5.6.1 乘法運算電路
5 6.2 除法運算電路
5.6.3 開方運算電路
5.7 其他運放綫性應用電路
5.7 1 電流一電壓變換器和電壓一電流變換器
5.7.2 數據放大器
5.7.3 絕對值電路
5.7.4 接地阻抗模擬變換器
5.7.5 有效值電路
5.7.6 有源濾波器
5.7.7 開關電容濾波器
5.7.8 二極管限幅電路
本章小結
習題
第6章 集成振蕩電路
6.1 概述
6.1.1 振蕩電路的分類
6.1.2正弦波振蕩電路
……
第二篇 數字電子技術
前言/序言
“電子技術基礎”是普通高等院校電子電氣信息類各專業學習電子技術入門性質的課程。現代科技的發展十分迅速,各種新興學科、交叉學科和工程技術的新成就大都與電子技術密不可分。
由於教育改革的需要,目前各高校增加瞭創新類型課程的比例,增加瞭實驗和實踐性教學環節的學時。這就必然要減少原有一些課程的學時數,電子技術基礎類課程也不例外,許多學校這門課程的學時從一百幾十學時減少到不足一百學時。作者認為,減少學時不能簡單地從減少內容入手,必須認真進行課程體係和課程內容的改革纔能達到既減少學時,又不至於過分減少課程內容的目的。首先,需要對課程原有的體係和內容進行仔細的研究,尋找課程各章節的共性問題和各自的特殊性;其次,對課程內容進行必要的刪繁就簡和重組,引入近年來成熟的新技術,以達到提高教育質量、培養人纔、服務國傢建設發展需要之目的。針對這一情況,本書做瞭如下改革:
本書的第一部分“模擬電子技術”主要介紹半導體電子器件、放大電路、模擬集成電路及其應用、反饋放大電路、振蕩電路和整流穩壓電路。對於場效應晶體管保持原有內容,對雙極型晶體管有所減弱。對晶體管內部非主要的少數載流子的運動給予忽略,隻講述共射組態電流放大糸數β,對α不再提及;對晶體管的特性麯綫和參數不削弱,強調在電子電路分析中將晶體管視為受控源。
在放大電路中,減弱瞭圖解的內容,隻保留講述工作點、直流負載綫、交流負載綫、動態範圍和非綫性失真所需要的圖解的內容。靜態計算不使用近似計算法,采用電路課程中的戴維寜定理來求解靜態基極電流,又引齣重要的歸算的概念,對後麵內容的講解益處很大。而場效應管放大電路由於場效應管有轉移特性麯綫方程式,可采用計算法求解放大電路靜態工作點的參數,這樣兩種晶體管放大電路的靜態工作點都可以采用計算法。同時在二極管的應用中加大瞭整流電路原理的介紹,有助於學生在科技活動中處理電源問題。
其次,從晶體管的特性麯綫引齣簡化的微變模型,概念清楚,又避免比較麻煩的數學推導。在進行放大電路動態參數求解時晶體管就是一個受控源,熟練以後可以根據電路圖直接寫齣電壓增益的公式和輸入電阻的錶達式。
《電子世界漫遊記:從微觀粒子到宏偉係統》 在這本《電子世界漫遊記:從微觀粒子到宏偉係統》中,我們將踏上一場穿越電子領域深邃奧秘的奇妙旅程。本書並非是一部枯燥的技術手冊,而是一次引人入勝的探索,旨在揭示我們身邊無處不在的電子現象背後隱藏的精妙原理,並展示它們如何構建起我們現代社會的基石。我們將從最基本的電子粒子齣發,逐步深入到它們構建的復雜電路和龐大係統,理解它們如何協同工作,驅動著我們生活的方方麵麵。 第一章:萬物之源——電子的微觀世界 我們的旅程始於最微小的尺度。在這一章,我們將深入探究電子的本質。你將瞭解到,電子並非憑空齣現,而是構成一切物質的基石之一。我們將為你剖析電子的幾種基本屬性:它的電荷,為什麼它帶著負電;它的質量,雖然微乎其微,卻至關重要。我們會生動地描繪電子在原子中的運動軌跡,如何圍繞原子核運轉,以及這種運動如何決定瞭元素的化學性質。 更重要的是,我們將探索電子的“湧現”行為。雖然單個電子的屬性簡單,但當成韆上萬,乃至天文數字的電子聚集在一起時,它們卻能展現齣令人驚嘆的集體行為。我們將討論自由電子的概念,它們如何在金屬中自由穿梭,這正是我們能夠實現電傳導的基礎。你將明白,正是這種微觀粒子的自由流動,纔使得燈泡發光,電機轉動,通信得以實現。 此外,本章還將簡要觸及電子的波動性與粒子性這一物理學中的奇妙辯證關係,雖然這並非本書的重點,但理解這一概念有助於我們更深刻地認識電子的復雜性和多麵性,為後續深入理解電子在不同環境下的行為打下概念基礎。我們將使用直觀的比喻和生動的圖示,讓這些抽象的概念變得易於理解,仿佛你正親身觀察著電子在原子核周圍嬉戲,或是在導綫中奔騰。 第二章:信號的語言——信息傳遞的奧秘 電子世界最迷人的地方之一,便是它們能夠承載和傳遞信息。本章將聚焦於“信號”這一核心概念。我們將解釋什麼是電信號,它們是如何産生的,以及它們是如何被用來編碼和傳遞各種信息。你將瞭解到,無論是語音、圖像、數據,最終都被轉化成電信號的形式進行傳輸。 我們將深入探討兩種截然不同的信號錶達方式:連續變化的信號和離散變化的信號。我們將生動地描述連續信號(類比信號)是如何模仿現實世界的連續性,就像水流的平滑變化,而離散信號(數字信號)又是如何通過0和1這兩個簡單的“開關”來精確地代錶信息,如同敲擊不同節奏的鼓點。 我們會詳細闡述信號的産生、調製、解調以及傳輸的全過程。你將理解,當你在手機上通話時,你的聲音是如何被轉換成電信號,通過無數的電子元件處理,再被傳輸到對方的設備,最後被還原成聲音。我們會用通俗易懂的語言,解釋信號在傳輸過程中可能遇到的失真、衰減等問題,以及工程師們如何通過巧妙的設計來剋服這些挑戰,確保信息的準確無誤。 本章將為你揭示,電子信號並非冰冷的數據流,而是承載著人類智慧和情感的載體,是連接世界,溝通彼此的無形紐帶。我們將通過有趣的實例,例如早期的無綫電廣播,到現代的互聯網通信,來展示信號技術如何不斷發展,深刻地改變著我們的生活。 第三章:電路的骨骼——連接與控製的藝術 當電子信號需要在特定的路徑上傳遞和處理時,就需要“電路”。本章將帶你走進電路的世界,理解它們是如何被設計和構建的,以及它們如何在電子設備中扮演至關重要的角色。我們將從最基礎的電路元件開始,逐一介紹它們的特性和作用。 你將瞭解到電阻,它如同水流中的狹窄通道,阻礙著電子的流動,但同時也是控製電流大小的關鍵。我們將解釋電容,它就像一個微小的“儲能罐”,能夠儲存電荷,並在需要時釋放,這在信號濾波和存儲中發揮著重要作用。電感則如同一個“慣性阻力”,對抗電流的變化,這在能量轉換和振蕩電路中不可或缺。 我們將進一步介紹半導體器件,例如二極管,它就像一個單嚮閥門,隻允許電流朝一個方嚮流動,這是許多電路實現整流和開關功能的基礎。而晶體管,這個被譽為“電子時代的原子”的器件,將是本章的重點。你將理解,晶體管是如何通過微小的輸入信號來控製更大的輸齣信號,從而實現放大和開關的功能。正是由於晶體管的發明,纔使得微型化、集成化的電子設備成為可能。 本章還將介紹各種基本的電路結構,例如串聯電路和並聯電路,以及它們在電流和電壓分配上的規律。我們會闡述如何通過組閤這些基本元件,構建齣功能各異的復雜電路,例如放大電路、振蕩電路、邏輯電路等等。我們將用形象的比喻,例如將電路比作交通網絡,元件則是各種交通樞紐和道路,來幫助你理解電路的設計思路。 第四章:智能的脈絡——集成電路與微處理器 在現代電子技術中,集成電路(IC)和微處理器扮演著“大腦”的角色。本章將為你揭示這些微小芯片中蘊藏的巨大能量。你將瞭解到,集成電路是如何將成韆上萬甚至數十億個晶體管和其他電子元件,集成到一塊小小的矽片上。我們會介紹集成電路的製造過程,如同精密的微雕藝術,將復雜的電路圖“雕刻”在矽片上。 我們會重點介紹微處理器(CPU),它是計算機的核心。你將理解,微處理器是如何通過執行一係列的指令,來完成各種計算和控製任務。我們會簡要介紹指令集、運算器、控製器等核心組成部分,讓你瞭解微處理器是如何“思考”和“決策”的。 本章還將探討集成電路在現代科技中的廣泛應用,從我們每天使用的智能手機、電腦,到汽車、飛機,再到醫療設備和工業自動化,無不依賴於集成電路的進步。我們將展示集成電路如何推動著科技的快速發展,不斷 miniaturize 我們的電子設備,提升它們的性能,並降低成本。 我們會用生動的例子,例如智能手機內部的芯片,如何協同工作,完成拍照、通信、運行應用程序等復雜任務,來讓你直觀地感受到集成電路的強大。你將認識到,這些微小的芯片,是支撐起我們數字世界的無形力量。 第五章:係統之魂——電子設備與信息社會的構建 在前麵的章節,我們已經瞭解瞭電子的微觀世界、信號的語言、電路的骨骼以及集成電路的智能。本章將把這些知識融會貫通,探討它們如何共同構建起我們豐富多彩的電子設備和龐大的信息社會。 我們將從常見的電子設備入手,例如收音機、電視機、計算機、手機等。你將理解,這些設備並非孤立的存在,而是由無數個相互連接、協同工作的電子子係統構成。例如,一颱收音機,它需要天綫來接收信號,需要調諧電路來選擇電颱,需要放大電路來增強信號,還需要揚聲器來將電信號轉換成聲音。 我們將進一步探討信息社會是如何建立在電子技術的基礎之上的。你將瞭解到,互聯網、無綫通信、衛星技術等,都是電子技術發展的産物。這些技術使得信息的傳播速度和範圍得到瞭前所未有的提升,深刻地改變瞭我們的工作、學習、娛樂和社交方式。 本章還將展望電子技術未來的發展趨勢,例如人工智能、物聯網、5G通信等。你將瞭解到,電子技術仍在不斷地嚮前發展,不斷地突破著我們想象的界限,為人類社會帶來更多的可能性。 《電子世界漫遊記:從微觀粒子到宏偉係統》旨在為讀者提供一個全麵而深入的電子技術基礎認知,它不僅講解瞭“是什麼”,更側重於闡述“為什麼”和“怎麼做”。通過這趟旅程,你將不再僅僅是電子産品的使用者,而能成為一個對電子世界有著深刻理解的探索者,能夠欣賞到隱藏在科技進步背後的科學之美和工程智慧。我們相信,這本書將激發你對電子技術的興趣,並為你在這個日新月異的領域中進一步學習和發展提供堅實的基礎。