模拟、数字及电力电子技术学习指导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王萍，刘京茂 编

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• 电力电子
• 模拟电路
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• 学习指南
• 电子技术
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• 教学
• 实践
• 电路设计

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121307416

版次：1

商品编码：12163818

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-03-01

用纸：胶版纸

页数：248

字数：403200

正文语种：中文

内容简介

《模拟、数字及电力电子技术学习指导》是机电一体化工程专业（独立本科段）必考技术基础课《模拟、数字及电力电子技术》的配套学习指导书。全书包括模拟电子技术、数字电子技术及电力电子技术三部分，共11章和三个附件，内容包括半导体器件基础、放大电路及其分析方法、集成运算放大器及其应用、数字电路基础、逻辑门电路和触发器、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与整形、常用电力电子器件、相控整流电路和斩控电路与交-交变换电路，附录是2013～2015年考试真题。各章均包括学习内容与要求、知识点结构图、要点简析、典型例题精选、同步自测题、课后习题参考答案6个模块。本书以自学考试大纲为基础，以典型例题为依托，对考试大纲中要求的“识记”“领会”“简单应用”“综合应用”四个能力层级的知识点进行精细的解读，并对重要知识点的考试频率和易考题型做了标注。本书内容全面，结构严谨，条理清晰，集考纲、考点、例题精解、强化练习于一体，可用于教师上课和考生自学的辅导用书。

作者简介

王萍，女，讲师，就职于烟台南山学院工学院电气与电子学院，南山学院智能检测与控制研究所。长期致力于数电、模电等课程的教学。

目录

目　　录
模拟电子篇
第1章　半导体器件基础 1
1．1　半导体基础知识 2
1．2　二极管 3
1．3 晶体管 7
1．4　场效应管 10
第2章　放大电路及其分析方法 25
2．1　放大的概念及其一般分析方法 26
2．2 多级放大电路 38
2．3 差分放大电路 39
2．4 功率放大电路 44
2．5 放大电路中的反馈 46
第3章　集成运算放大器及其应用 64
3．1　集成运算放大器 65
3．2　集成运算放大器的线性运用 65
3．3　串联稳压电路 70
3．4　集成运算放大器的非线性运用 71
数字电子篇
第4章　数字电路基础 86
4．1　数制和码制 87
4．2　逻辑代数基础 89
第5章　逻辑门电路和触发器 106
5．1　半导体器件的开关特性 107
5．2　最简单的与、或、非门电路 108
5．3　TTL集成门电路 108
5．4　CMOS集成门电路 109
5．5　门电路多余输入端的处理 110
5．6　RS触发器 111
5．7　JK触发器 115
5．8　D触发器 117
5．9　T触发器 117
5．10　触发器逻辑功能的转换 118
第6章　组合逻辑电路 130
6．1　组合逻辑电路的概述 130
6．2　组合逻辑电路的分析与设计方法 131
6．3　若干常用的组合逻辑电路 131
6．4　组合逻辑电路中的竞争-冒险现象 136
第7章　时序逻辑电路 145
7．1　概述 145
7．2　时序逻辑电路的分析方法 146
7．3　部分常用的时序逻辑电路 147
7．4　同步时序逻辑电路的设计方法 151
第8章　脉冲波形的产生与整形 166
8．1　矩形脉冲波形的主要参数 167
8．2　555定时器 167
8．3　施密特触发器 168
8．4　单稳态触发器 169
8．5　多谐振荡器 170
电力电子篇
第9章　常用电力电子器件 178
9．1　电力二极管 179
9．2　晶闸管 181
9．3　绝缘栅双极型晶体管 183
9．4　常用电力电子器件的驱动与保护 184
第10章　相控整流电路 189
10．1　单相可控整流电路 189
10．2　三相可控整流电路 194
10．3　整流装置的逆变运行 199
第11章　斩控电路与交-交变换电路 208
11．1　直流变换电路 209
11．2　逆变电路 212
11．3　交流调压电路与交-交变频电路 216
附件1　2013年4月高等教育自学考试全国统一命题考试 222
模拟、数字及电力电子技术试卷 222
附件2　全国2014年4月高等教育自学考试 228
模拟、数字及电力电子技术试题 228
附件3　2015年4月高等教育自学考试全国统一命题考试 233
模拟、数字及电力电子技术试卷 233
参考文献 237

前言/序言

前　　言

本书是机电一体化工程专业（独立本科段）必考技术基础课《模拟、数字及电力电子技术》的配套学习指导书。

本课程包括模拟电子技术、数字电子技术和电力电子技术三大部分，知识点多，学习及考试难度较大，为了方便考生更加细致地解读考试大纲，更加系统地掌握课程内容，更加全面地把握考试重点，顺利地通过考试，我们组织有多年自学考试教、考经验的老师组成课题组，认真研究课程内容，细致解读考试大纲，广泛进行市场调研，根据教师及考生需求，依据最新版的《模拟、数字及电力电子技术自学考试大纲》编写了《模拟、数字及电力电子技术学习指导》一书。

本书在内容上与教材的内容相对应，主要包括半导体器件基础、放大电路及其分析方法、集成运算放大器及其应用、数字电路基础、逻辑门电路和触发器、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与整形、常用电力电子器件、相控整流电路和斩控电路与交-交变换电路，附录是2013～2015年考试真题。各章均包括学习内容与要求、知识点结构图、要点简析、典型例题精选、同步自测题、课后习题参考答案6个模块。

为了方便读者学习和应用，专门设立了对应的网站，将同步自测题参考答案及解析、教学课件、教学视频、EDA仿真电路、动画、历年考试真题等上传网站，内容实时更新，给读者学习带来了极大的方便。

通过学习，读者可以轻松获得每章内容的知识点主线，把握每一章的考点、重点及难点，清楚每个知识点的考试频率及易考题型。通过典型例题分析，读者可以掌握解题思路和方法，并对课程内容进一步融会贯通。通过同步自测题和真题的强化练习，增强实战技能。通过学习，可以帮助考生全方位地熟悉知识要点，掌握解题方法，把握命题规律。

本书集考纲、考点、例题精解、强化练习于一体，内容全面，结构严谨，条理清晰。可用于教师上课和考生自学的辅导用书。

参加本书编写的有王萍、刘京茂、孙巧妍、孙玉梅、刘金海。王萍编写了第1、2、3、4、5、6章，刘京茂编写了第７、９章及7、9章课后习题参考答案，孙巧妍编写了第8、11章，孙玉梅编写了第10章，刘金海编写了第10、11章的自测题及课后习题参考答案，王萍对全书进行了统稿与审阅。本书由王萍、刘京茂主编，孙巧妍、孙玉梅、刘金海副主编赵继德主审。

为了方便读者阅读和学习本书章节内容，本书编写人员精心组织和开发了配套的文档、视频、动画、图片等形式的数字化学习资源，以章为单位制作了数字化学习资源的链接二维码，放在每章的开始处。读者使用手机等智能终端扫描二维码即可在线查看。

由于作者水平有限，本书中难免存在一些问题，恳请读者批评指正。

编者

2016年6月于烟台南山学院

探索电路世界的奥秘：从信号转换到能量掌控 在这个日新月异的科技时代，电路技术扮演着至关重要的角色，几乎渗透到我们生活的每一个角落。从掌中的智能手机到庞大的数据中心，从家用电器到先进的航空航天设备，都离不开精妙的电路设计和高效的能量管理。然而，对于许多初学者而言，电路领域浩瀚如海，知识体系庞杂，如何有效地构建扎实的理论基础，并将其转化为实际应用，往往是摆在他们面前的一大难题。 本书旨在为你打开一扇通往电路世界的大门，以系统、深入且易于理解的方式，引导你掌握电路技术的核心理念与实用技巧。我们并非简单地罗列公式和定理，而是着眼于培养你对电路现象的直观认识，以及解决实际工程问题的能力。我们将带领你穿越模拟信号的细腻变化，感受数字世界的逻辑严谨，最终触及电力电子技术带来的能量革命。 第一部分：模拟电路的无限可能——信号的精妙调制与放大 模拟电路是电子技术的基石，它处理的是连续变化的信号，这些信号往往承载着丰富的信息。在本部分，我们将从最基础的电路元件开始，逐步深入到更为复杂的模拟电路设计。 1. 电阻、电容、电感：电路的灵魂 电阻（Resistor）： 作为最基本的阻碍电流流动的元件，电阻的特性与应用无处不在。我们将深入探讨欧姆定律（Ohm's Law）的本质，理解不同材料和形状的电阻如何影响电路的阻抗。你将学会如何计算串联和并联电阻的等效电阻，并了解电位器（Potentiometer）等可变电阻在电路中的调控作用。此外，我们还会介绍电阻的功率消耗及其散热问题，这是实际电路设计中必须考虑的重要因素。 电容（Capacitor）： 电容存储电能的能力，使其在滤波、耦合、时序控制等方面发挥着不可替代的作用。我们将解析电容的充放电过程，理解电容的容抗（Capacitive Reactance）随频率变化的特性。你将学习如何运用电容进行信号耦合（Coupling）与去耦（Decoupling），以及在低通滤波器（Low-pass Filter）和高通滤波器（High-pass Filter）中的关键作用。更进一步，我们将探讨不同类型电容（如陶瓷电容、电解电容、钽电容）的特性差异及其适用场景。 电感（Inductor）： 电感对电流变化的阻碍作用，使其在储能、滤波、振荡电路中扮演着重要角色。我们将详细讲解电感的感抗（Inductive Reactance）特性，以及电感与电容构成的RLC电路（Resistor-Inductor-Capacitor Circuit）的谐振现象。你将了解电感在储能方面的应用，以及在扼流圈（Choke Coil）和变压器（Transformer）中的基本原理。 2. 二极管与三极管：半导体器件的开关与放大 二极管（Diode）： 作为最基础的半导体器件，二极管的单向导电性使其成为整流、限幅、稳压等电路的核心。我们将深入剖析PN结（PN Junction）的形成原理，理解正向偏置（Forward Bias）与反向偏置（Reverse Bias）下的电流特性。你将学习如何利用二极管构建半波整流（Half-wave Rectification）和全波整流（Full-wave Rectification）电路，以及稳压二极管（Zener Diode）在提供稳定参考电压方面的应用。 三极管（Transistor）： 三极管是现代电子学中最具革命性的发明之一，它实现了电流的放大和开关功能。我们将详细介绍双极结型三极管（Bipolar Junction Transistor, BJT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）的基本结构与工作原理。你将学会如何配置三极管作为放大器（Amplifier），理解其电压增益（Voltage Gain）和电流增益（Current Gain），并掌握不同放大电路的组态（如共发射极、共集电极、共基极）。同时，你也将学习如何利用三极管构建逻辑开关电路，为数字电路的学习奠定基础。 3. 运算放大器：模拟电路的瑞士军刀 运算放大器（Operational Amplifier, Op-Amp）： 运算放大器以其极高的开环增益、极高的输入阻抗和极低的输出阻抗，成为构建各种高性能模拟电路的通用模块。我们将深入研究运算放大器的理想模型及其关键参数。你将学习如何利用虚短（Virtual Short）和虚断（Virtual Open）的概念分析各种运算放大器电路，包括同相放大器（Inverting Amplifier）、反相放大器（Non-inverting Amplifier）、电压跟随器（Voltage Follower）、加法器（Adder）、减法器（Subtractor）等。此外，我们还会探讨运算放大器在积分器（Integrator）、微分器（Differentiator）、比较器（Comparator）等电路中的应用，领略其在信号处理和控制系统中的强大能力。 4. 信号处理与滤波：净化与塑造信息 滤波器（Filter）： 滤波器是模拟电路中用于选择性地通过或阻止特定频率信号的电路。我们将详细介绍低通、高通、带通（Band-pass）和带阻（Band-stop）滤波器的设计原理与特性。你将学习巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）等不同类型滤波器的设计方法，并理解其在信号去噪（Noise Reduction）、频率选择等方面的应用。 振荡器（Oscillator）： 振荡器能够产生周期性的电信号，在通信、时钟信号生成等领域至关重要。我们将介绍弛豫振荡器（Relaxation Oscillator）和LC振荡器（LC Oscillator）等经典振荡器的工作原理，如RC振荡器、LC振荡器（如哈特利振荡器、科勒皮茨振荡器）等，并分析影响振荡频率和稳定性的因素。 第二部分：数字电路的逻辑王国——二进制的严谨计算与系统构建 数字电路处理的是离散的信号，通常用0和1来表示。其精确性、可重复性和易于集成化的特点，使其成为现代计算和通信设备的核心。 1. 数字逻辑基础：布尔代数与逻辑门 二进制系统（Binary System）： 我们将从最基础的二进制数制开始，理解0和1如何表示信息，并掌握二进制与十进制之间的转换。 布尔代数（Boolean Algebra）： 这是数字电路设计的数学基础。我们将学习AND（与）、OR（或）、NOT（非）等基本逻辑运算，以及它们在逻辑表达式中的应用。你将熟练掌握德摩根定律（De Morgan's Laws）等化简逻辑表达式的技巧。 逻辑门（Logic Gates）： NAND（与非）、NOR（或非）、XOR（异或）、XNOR（异或非）等基本逻辑门是构建所有数字电路的积木。我们将深入理解每个逻辑门的真值表（Truth Table）和逻辑符号，并学习如何组合它们来实现复杂的逻辑功能。 2. 组合逻辑电路：无记忆的计算核心 组合逻辑电路（Combinational Logic Circuits）： 这类电路的输出仅取决于当前的输入，不存在记忆功能。我们将学习如何设计和分析多种组合逻辑电路，包括： 编码器（Encoder）与解码器（Decoder）： 实现不同编码格式之间的转换。 多路选择器（Multiplexer, MUX）与多路分配器（Demultiplexer, DEMUX）： 实现信号的选择与分发。 加法器（Adder）与减法器（Subtractor）： 实现二进制的算术运算，如半加器、全加器、并行加法器等。 比较器（Comparator）： 实现二进制数的比较。 3. 时序逻辑电路：具有记忆的状态机 时序逻辑电路（Sequential Logic Circuits）： 这类电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于电路过去的状态，即具有记忆功能。我们将深入研究存储元件： 触发器（Flip-Flop）： 如SR触发器、JK触发器、D触发器、T触发器，它们是构建时序逻辑电路的基本单元，能够存储一位二进制信息。 寄存器（Register）： 由多个触发器组成，用于存储多位二进制信息。 计数器（Counter）： 用于对时钟脉冲进行计数，如同步计数器、异步计数器，在分频、定时等应用中至关重要。 移位寄存器（Shift Register）： 用于数据的串行输入/输出，在串行通信和数据转换中发挥重要作用。 有限状态机（Finite State Machine, FSM）： 我们将学习如何利用组合逻辑和时序逻辑构建有限状态机，以描述和控制具有特定行为的系统，如简单的控制器、序列发生器等。 4. 集成电路与微控制器：现代数字系统的基石 集成电路（Integrated Circuit, IC）： 我们将介绍集成电路的基本概念，了解数字芯片是如何将大量逻辑门和存储单元集成在一块硅片上，从而实现复杂功能的。 微控制器（Microcontroller, MCU）： 微控制器是集成了一系列功能（CPU、存储器、输入/输出接口）的微型计算机。你将了解微控制器的基本架构，以及如何通过编程控制其实现各种嵌入式应用，为进一步学习嵌入式系统打下基础。 第三部分：电力电子技术——能量的转换、控制与高效利用 电力电子技术是连接电能生成、输配和应用的关键环节，它以半导体器件为核心，实现电能的高效转换和精确控制，在能源、工业、交通等领域具有举足轻重的地位。 1. 功率半导体器件：能量转换的“阀门” 二极管（Power Diode）： 在整流、续流等场合发挥作用，我们将重点关注其在高电流、高电压下的特性。 晶闸管（Thyristor, SCR）： 一种可控的开关器件，在交流调压、直流输电等领域有广泛应用。我们将学习其触发导通原理和关断特性。 三极管（Power Transistor, Power MOSFET, IGBT）： 作为电力电子应用中最常见的开关器件，我们将深入研究它们在高功率下的开关损耗、导通压降等关键参数，以及它们在功率转换电路中的应用。 绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）： 结合了Power MOSFET的易驱动性和BJT的低导通压降的优点，在许多中高功率应用中得到广泛使用。 2. 基本电力电子变换器：电能的“炼金术” 整流器（Rectifier）： 将交流电转换为直流电。我们将分析单相和三相整流电路，包括不可控整流和可控整流。 逆变器（Inverter）： 将直流电转换为交流电。我们将介绍方波逆变器、PWM（脉冲宽度调制）逆变器的原理，以及它们在变频器、不间断电源（UPS）等中的应用。 直流-直流变换器（DC-DC Converter）： 用于改变直流电压的等级。我们将重点讲解几种重要的DC-DC变换器拓扑结构，包括： 升压变换器（Boost Converter）： 将低电压直流提升为高电压直流。 降压变换器（Buck Converter）： 将高电压直流降低为低电压直流。 升降压变换器（Buck-Boost Converter）： 可以实现电压的升高或降低。 SEPIC、Cuk等更复杂的拓扑结构 斩波器（Chopper）： 实际上是DC-DC变换器的一种，用于控制直流电机速度等。 3. 功率变换的控制策略：精确调控能量流 脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）： 这是实现功率变换器高效率和精确控制的核心技术。我们将深入理解PWM信号的产生原理，以及如何通过改变占空比（Duty Cycle）来控制输出电压或电流。 反馈控制（Feedback Control）： 为了保证输出电压或电流的稳定，需要引入反馈机制。我们将介绍PID（比例-积分-微分）控制器等常用控制算法在电力电子系统中的应用。 4. 应用实例与未来趋势：电力电子的广阔天地 变频器（Variable Frequency Drive, VFD）： 用于控制交流电机的转速，在工业自动化、节能领域发挥着关键作用。 开关电源（Switching Power Supply, SMPS）： 现代电子设备普遍采用的电源，效率高，体积小。 电动汽车（Electric Vehicle, EV）： 电力电子技术是电动汽车的核心，包括电池管理系统、电机驱动系统等。 可再生能源并网： 太阳能、风能等可再生能源的接入，离不开电力电子变换器的支持。 智能电网（Smart Grid）： 电力电子技术是构建高效、可靠、智能电网的重要组成部分。 本书的编写风格注重理论与实践的结合，每一章节都将通过清晰的图示、生动的案例分析，帮助你理解抽象的电路概念。在掌握了基础理论之后，你还可以尝试使用仿真软件（如Multisim, PSpice, LTspice等）来搭建和验证电路，进一步加深理解。我们相信，通过本书的学习，你将能够建立起对模拟、数字及电力电子技术全面而深刻的认识，为你在未来的学习和职业生涯中，在电路和电子工程领域取得更大的成就，打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身定做的！作为一个刚踏入电子工程领域的新手，我对模拟、数字以及电力电子这三个看似庞杂的学科感到无从下手。市面上充斥着各种教材，有的过于理论化，有的则过于浅显，很难找到一本既能打牢基础又能紧跟实际应用的指导。而这本书，它就像一位经验丰富的导师，一步步地为我揭示了这些技术的奥秘。 在模拟电路方面，作者没有一开始就抛出复杂的公式和模型，而是从最基本的元器件入手，比如电阻、电容、电感，然后逐步讲解了它们在不同电路中的作用和特性。我特别喜欢书中对放大器部分的阐述，它通过大量的图示和通俗易懂的语言，将不同类型的放大器（如共射、共集、共基）的工作原理讲解得淋漓尽致，甚至还详细分析了它们在实际应用中的优缺点。最让我惊喜的是，书中还穿插了一些实际电路的搭建和调试技巧，这对于我这种喜欢动手实践的读者来说，简直是如获至宝。很多我在理论学习中遇到的困惑，通过书中提供的思路和方法，都迎刃而解了。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在校的学生，我一直在寻找一本能够帮助我更好地理解和掌握模拟、数字和电力电子这三个领域的教材。我希望找到一本结构清晰、内容全面，并且能够兼顾理论深度和实践指导的书籍。 这本书的编写风格非常符合我的学习习惯。它从最基础的原理讲起，层层递进，逻辑性非常强。在模拟电路部分，它详细讲解了各种放大电路、滤波器、振荡器等，并且对不同电路的优缺点进行了比较分析，这有助于我理解如何在实际应用中选择合适的电路。在数字电路部分，它覆盖了组合逻辑、时序逻辑、存储器、微处理器等内容，并且提供了大量的实例，帮助我理解数字电路的设计和应用。在电力电子部分，它介绍了各种电力电子器件和变换器，以及它们在电源、电机控制等领域的应用。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我当初是被这本书的标题吸引的。我对电力电子技术一直抱有浓厚的兴趣，但总觉得它是一门比较“高冷”的技术，离实际生活似乎有点距离。读了这本书之后，我的观念完全改变了。 书中从最基础的电力电子器件，如二极管、晶闸管、MOSFET等开始，详细介绍了它们的结构、工作原理和特性。然后，作者逐步引入了各种电力电子变换器，例如DC-DC变换器（ Buck, Boost, Buck-Boost）、DC-AC逆变器以及AC-DC整流器等。让我印象深刻的是，书中对这些变换器的工作模式、控制策略以及效率优化都做了非常深入的分析。而且，书中还用了很多篇幅来介绍电力电子技术在实际生活中的应用，比如开关电源、变频器、电动汽车充电系统等等，这让我感受到了这门技术强大的生命力和广泛的应用前景。

评分☆☆☆☆☆

我是一名有着多年工作经验的工程师，近期在工作中接触到了一些涉及复杂数字信号处理的项目，感觉自己在理论知识上有所欠缺，需要系统地梳理和补充。我希望找到一本能够提供深度理论分析，同时又包含大量实际应用案例的书籍。这本书的出现，恰好满足了我的需求。 它在数字电路部分，深入探讨了逻辑代数、时序逻辑、状态机设计等核心概念，并通过丰富的例题，展示了如何在实际项目中应用这些理论。我尤其欣赏书中对FPGA和ASIC设计的介绍，这部分内容对于我理解现代数字集成电路的开发流程非常有帮助。书中不仅讲解了设计方法，还提及了相关的EDA工具和设计流程，这让我在理论学习的同时，也能对工程实践有更直观的认识。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在校的电气工程专业学生，正在为期末考试和未来的职业发展做准备。我对模拟、数字和电力电子技术都有一定的了解，但总觉得自己在某些方面不够深入，希望找到一本能够帮助我巩固基础、拓展视野的书籍。 这本书的结构非常合理，它将模拟、数字和电力电子技术有机地结合在一起，并且在不同章节之间相互呼应。在模拟电路部分，它不仅讲解了基本的电路原理，还介绍了如何利用模拟电路实现各种功能，例如信号的放大、滤波、调制等。在数字电路部分，它不仅讲解了数字逻辑、时序逻辑等基本概念，还介绍了如何利用数字电路实现复杂的控制系统，例如微处理器、FPGA等。在电力电子部分，它不仅讲解了各种电力电子器件的原理和特性，还介绍了如何利用电力电子技术实现高效的能量转换和控制，例如开关电源、变频器等。这本书不仅提供了丰富的理论知识，还包含了大量的实践指导，这对于我来说非常有价值。