内容简介
《模拟电子技术/高等职业教育电类课程新形态一体化规划教材》是国家职业教育物联网应用技术专业教学资源库配套教材之一。
国家职业教育专业教学资源库是教育部、财政部为深化高等职业教育教学改革,加强专业与课程建设,推动优质教学资源共建共享,提高人才培养质量而启动的高职教育建设项目。物联网应用技术专业于2014年6月被教育部确定为国家职业教育专业教学资源库年度立项及建设专业。《模拟电子技术/高等职业教育电类课程新形态一体化规划教材》是物联网应用技术专业教学资源库“物联网硬件基础2”课程的配套教材,是按照高职高专物联网应用技术专业人才培养方案的要求,总结近几年国家示范高职院校专业教学改革经验编写而成的。
本次配套教材编写实现了互联网与传统教育的完美融合,采用“纸质教材+数字课程”的出版形式,以新颖的留白编排方式,突出资源的导航,扫描二维码,即可观看微课、动画等视频类数字资源,随扫随学,突破传统课堂教学的时空限制,激发学生的自主学习,打造高效课堂。资源具体下载和获取方式请见“智慧职教服务指南”。
《模拟电子技术/高等职业教育电类课程新形态一体化规划教材》共分7章,内容包括二极管及其应用、直流稳压电源、三极管及放大电路、场效应管及应用电路、功率放大电路、运算放大器及负反馈电路、基本运算放大电路。包含7个技能训练项目:LED节能灯的制作与调试、直流稳压电源充电器的制作与测试、电子助听器的制作与调试、场效应管放大器电路的参数测试、音频功率放大器的设计与测试、负反馈音频放大电路的制作与测试、消歌声电路的制作与调试。书中有丰富的例题和思考题,每章有小结和习题,另配有126个微课视频和90个PPT课件。
《模拟电子技术/高等职业教育电类课程新形态一体化规划教材》可作为高等职业学校、高等专科学校、成人高等学校的电气电子、信息自动化、机电一体化等专业的专业基础课教材,也可供自学者与工程技术人员学习参考。
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目录
第1章 二极管及其应用
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 二极管结构
1.2.2 二极管单向导电性
【实验测试与仿真1】——二极管单向导电性的测试
【实操技能1】——数字万用表测试二极管
1.2.3 二极管的伏安特性
【实际电路应用1】——二极管降压电路
【实际电路应用2】——二极管极性保护电路
【实验测试与仿真2】——二极管伏安特性的测试
【实操技能2】——二极管故障分析与维修
1.3 二极管的应用
1.3.1 二极管的电路模型
1.3.2 二极管整流电路及整流桥堆
【实际电路应用3】——调温电热毯电路
【实验测试与仿真3】——二极管半波整流电路的测试
【实验测试与仿真4】——全波桥式整流电路的测试
【实操技能3】——全波桥式整流电路故障检测方法
【实际电路应用4】——单级发光二极管指示器
【实操技能4】——整流桥堆全桥的极性判别方法
1.3.3 二极管限幅电路
1.3.4 二极管检波电路
1.4 特殊二极管
1.4.1 稳压二极管
1.4.2 发光二极管
【实际电路应用5】——熔断器熔断指示电路
【实验测试与仿真5】——LED特性测试
1.4.3 光敏二极管
【实际电路应用6】——红外线报警电路
1.5 技能训练项目——LED节能灯的制作与调试
知识梳理与总结
习题
第2章 直流稳压电源
2.1 小功率直流稳压电源
2.1.1 直流稳压电源组成和性能指标
【实际电路应用7】——恒流充电器
2.1.2 滤波电路
2.2 线性稳压电路
2.2.1 并联式稳压电路
2.2.2 基本串联式稳压电路
2.2.3 三端线性集成稳压电路
【实际电路应用8】——电源适配器
【实验测试与仿真6】——三端稳压电路的测试
【实验测试与仿真7】——可调式三端集成直流稳压电源的测试
【实操技能5】——78系列三端集成稳压器的检测
2.3 开关稳压电路
2.3.1 基本电路
2.3.2 基本原理
2.4 技能训练项目——直流稳压电源
充电器的制作与测试
知识梳理与总结
习题
第3章 三极管及放大电路
3.1 双极型半导体三极管
3.1.1 三极管的结构、图形符号及分类
3.1.2 三极管的电流放大作用及其放大基本 条件
3.1.3 三极管的共射特性曲线
【实际电路应用9】——光控报警器
【实操技能6】——数字万用表检测BJT
3.1.4 三极管的主要参数
3.2 共射基本放大电路
3.2.1 放大电路的基本要求及主要性能指标
【实操技能7】——输出电阻实验求取
3.2.2 共射基本放大电路的组成及工作原理
【实际电路应用10】——音调控制电路
3.2.3 共射放大电路的静态分析
【实验测试与仿真8】——放大电路静态
工作点的测量
【实操技能8】——共射放大电路的故障诊断
3.2.4 共射放大电路的动态分析
【实验测试与仿真9】——放大电路放大倍数的测量
【实验测试与仿真10】——静态工作点对输出波形影响的测试
3.3 稳定静态工作点的放大电路
3.3.1 温度对静态工作点的影响
3.3.2 分压式工作点稳定电路
【实际电路应用11】——温度控制电路
【实验测试与仿真11】——分压式偏置电路工作点稳定性的测试
3.4 共集放大电路和共基放大电路
3.4.1 共集放大电路
【实验测试与仿真12】——共集放大电路基本特性的测试
3.4.2 共基放大电路
3.5 技能训练项目——电子助听器的制作与调试
知识梳理与总结
习题
第4章 场效应管及应用电路
4 1 结型场效应管
4.1.1 结构与符号
4.1.2 工作原理
【实际电路应用12】——多路复用电路
【实验测试与仿真13】-JFET各电压与电流关系的测量
4.2 增强型绝缘栅型场效应管
4.2.1 结构与符号
4.2.2 工作原理
4.2.3 特性曲线
【实际电路应用13】——游泳池自动注水控制电路
4.3 耗尽型绝缘栅型场效应管
4.3.1 结构与符号
4.3.2 工作原理
4.3.3 特性曲线
【实操技能9】——场效应管的测试及使用注意事项
4.4 场效应管放大电路
4.4.1 自偏压电路
4.4.2 分压式自偏压电路
4.4.3 共源放大电路
【实际电路应用14】——MOSFET前置放大器
4.4.4 共漏放大电路
4.5 技能训练项目——场效应管放大电路参数测试
知识梳理与总结
习题
……
第5章 功率放大电路
第6章 运算放大器及负反馈电路
第7章 基本运算放大电路
前言/序言
本书依据教育部制定的《高职高专教育模拟电子基础课程教学基本要求》,结合多年的教学改革和实践经验编写而成。
“模拟电子技术”是一门理论性与应用性较强的专业基础课程。本书精选内容,面向实际,结构合理,体例完整。根据高职高专的培养目标,以模拟电子技术的基础知识、基本技能及其相应的基本理论为主,以分立元件为基础,以集成电路为重点,结合新技术、新发展,强调应用和实践。突出高职特色,从实际的角度,将基础理论与实践紧密结合,充实了较多工程技术中的应用实例。使学生能够学以致用,满足高职人才培养的要求。
本书在内容叙述上深入浅出,将知识与能力有机结合,通过各种应用实例和技能训练让学生熟悉模拟电子技术及在电子系统中的具体应用。本书内容丰富,每章均配有大量的例题、练习题和思考题,充分满足教学需要。
本书由南京信息职业技术学院张园、于宝明担任主编。王书旺、徐瑞亚、邹传琴、俞金强、马晓阳、季顺宁老师参与了本书的编写,南京电子技术研究所奚松涛高级工程师为本书提供了大量的工程应用案例,并编写了技能训练项目。
在本书的编写过程中,得到了工业和信息化职业教育教学指导委员会电子信息与计算机专指委的大力支持,并对编写大纲进行了审定,专指委的专家教授提出了许多宝贵意见。同时,书中部分微课资源由南京信息职业技术学院王晶老师和淮安信息职业技术学院的贾艳丽老师制作,在此一并表示衷心的感谢。
由于编者水平有限,书中错误和不妥之处在所难免,恳请读者批评指正。
模拟电子技术:洞悉万象的基石,创新的源泉 在电子信息技术日新月异的浪潮中,模拟电子技术作为其最根本、最核心的组成部分,扮演着至关重要的角色。它如同万事万物的基石,支撑着从微观的集成电路到宏观的通信系统,从精密的医疗仪器到日常的影音娱乐设备。理解并掌握模拟电子技术,便是开启理解和驾驭现代科技大门的钥匙,更是孕育无限创新可能性的源泉。 本书并非仅仅是一本关于电子元件的堆砌,它旨在带领读者深入探索模拟信号的奥秘,理解其在现实世界中的普遍存在与应用。从最基本的晶体管特性分析,到复杂的信号处理电路设计,我们将一步步揭示模拟世界的神奇之处。本书的编写,力求以清晰的逻辑、严谨的理论、丰富的实例,引导读者建立起扎实的理论基础,并能灵活运用所学知识解决实际问题。 第一篇:模拟电子技术的基础 本篇将为读者奠定坚实的理论基础,系统介绍模拟电子技术的核心概念和基本原理。 第一章:半导体二极管与三极管 二极管:电流的单向阀门 PN结的形成与特性: 深入剖析P型和N型半导体材料的掺杂原理,以及PN结在不同偏置下的电场分布、载流子运动和电流导通机理。我们将通过图形和数学模型,直观展示二极管的伏安特性曲线,解释正向导通、反向截止以及击穿现象。 二极管的类型与应用: 介绍各种常见二极管,如整流二极管、稳压二极管、发光二极管(LED)、光电二极管等,并详细阐述它们在整流滤波、稳压、指示、光电转换等方面的经典应用。例如,我们将分析半波整流和全波整流电路的工作原理,以及稳压二极管如何在电路中提供稳定的参考电压。 三极管:电流的放大器与开关 BJT(双极结型三极管)的工作原理: 详细讲解NPN和PNP型BJT的结构、载流子注入与扩散、以及放大区、截止区和饱和区的工作状态。我们将深入分析三极管的输入特性曲线、输出特性曲线和转移特性曲线,解释电流放大系数(β)和跨导(gm)等关键参数的意义。 MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)的工作原理: 介绍n沟道和p沟道MOSFET的结构,解释栅极电压如何控制源漏电流的流动。我们将对比BJT和MOSFET的优缺点,并分析它们在不同应用场景下的适用性。 三极管的放大作用: 讲解单级共发射放大电路的结构,分析输入信号如何通过三极管放大,以及放大电路的电压增益、电流增益和输入输出阻抗。我们将探讨不同偏置方式(如固定偏置、分压偏置、发射极自给偏置)对放大电路性能的影响。 三极管的开关作用: 阐述三极管如何作为电子开关,在截止区和饱和区之间快速切换,并介绍其在数字逻辑电路和功率驱动电路中的应用。 第二章:放大电路与基本放大组态 放大电路的基本概念: 定义放大电路的功能,解释信号的放大、失真以及线性放大与非线性放大的区别。我们将引入频率响应的概念,分析放大电路在高频和低频段的性能变化。 基本放大组态: 共发射极放大电路: 详细分析其结构、工作原理、电压增益、输入输出阻抗和频率响应。我们将探讨不同耦合方式(如电容耦合、阻容耦合、直接耦合)对电路性能的影响。 共集电极放大电路(射极/漏极跟随器): 分析其特点,重点讲解其电压跟随作用,以及在阻抗匹配和缓冲方面的应用。 共基极放大电路: 讲解其特点,以及在高频和宽带放大电路中的应用。 多级放大电路: 介绍级联的概念,讲解直接耦合、阻容耦合和变压器耦合多级放大电路的优缺点,以及如何通过多级放大提高电路的整体增益和性能。 功率放大电路: 介绍功率放大器的基本要求,如大功率输出、高效率和低失真。讲解甲类、乙类、甲乙类和丙类功率放大电路的工作原理和特点,以及它们在音响系统、驱动电路等方面的应用。 第三章:运算放大器(Op-Amp)及其应用 理想运算放大器模型: 介绍运算放大器的基本符号,讲解其理想特性,如无限的开环增益、无限的输入阻抗、零的输出阻抗以及零的输入失调电压。 运算放大器的基本应用电路: 反相比例器: 分析输入信号如何通过运算放大器实现反向放大,并推导其增益公式。 同相比例器: 讲解同相放大电路的特点,以及其应用场景。 加法器与减法器: 介绍如何利用运算放大器实现多个信号的加减运算。 积分器与微分器: 讲解其工作原理,并分析其在信号处理和波形生成方面的应用。 电压比较器: 介绍运算放大器作为电压比较器的应用,以及迟滞比较器(施密特触发器)的原理和应用。 实际运算放大器的局限性与考量: 讨论实际运放的有限开环增益、非零输入失调电压、有限输入阻抗、非零输出阻抗、共模抑制比(CMRR)、电源抑制比(PSRR)等参数对电路性能的影响。 运算放大器在滤波器设计中的应用: 介绍低通、高通、带通和带阻滤波器,以及如何利用运算放大器构建有源滤波器。 第四章:信号发生与信号处理 振荡器: 振荡电路的基本原理: 讲解正弦波振荡器产生持续振荡的条件(正反馈和增益),以及巴克豪森判据。 常见正弦波振荡器: 介绍RC相移振荡器、 Wien桥振荡器、LC振荡器(如哈特莱振荡器、科勒皮兹振荡器)的工作原理和特点。 非正弦波发生器: 讲解方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器等的设计原理,重点介绍使用运算放大器和集成定时器(如NE555)实现的振荡电路。 滤波器: 滤波器的基本类型与功能: 区分低通、高通、带通、带阻滤波器,并解释它们的频率选择性。 无源滤波器: 介绍RLC滤波器,分析其阻带衰减特性。 有源滤波器: 再次强调运算放大器在构建高阶、低失真有源滤波器中的优势。 滤波器设计参数: 讨论通带、阻带、截止频率、带宽、纹波、衰减斜率等关键设计指标。 波形整形电路: 介绍如何利用二极管、三极管和运算放大器实现信号的限幅、削波、包络检波等波形整形操作。 调制与解调: 基础介绍幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)的基本原理,以及相应的解调技术,为后续的通信系统学习打下基础。 第五章:电源电路与稳压技术 整流电路: 半波整流、全波整流(桥式整流): 详细分析电路结构,计算输出电压和电流的平均值、有效值,并分析滤波前的输出电压纹波。 滤波器: 介绍电感滤波器和电容滤波器的作用,分析它们如何降低整流输出的纹波。 稳压电路: 线性稳压电路: 稳压二极管稳压: 介绍简单的稳压二极管稳压电路,分析其工作原理和局限性。 串联型稳压电路: 详细分析基准电压源(如TL431)、误差放大器和调整管(如三极管或MOSFET)构成的串联稳压电路的工作原理,讲解其反馈机制和稳压性能。 集成稳压器: 介绍三端固定稳压器(如78xx系列、79xx系列)和可调稳压器(如LM317、LM337)的使用方法和典型应用。 开关型稳压电路(DC-DC转换器): 基础介绍降压(Buck)、升压(Boost)和升降压(Buck-Boost)拓扑的原理,讲解其高效率的优势,并为后续更深入的学习奠定基础。 电源保护: 讨论过压保护、过流保护等电源设计中的重要考量。 第二篇:模拟电子技术的进阶与应用 在掌握了模拟电子技术的基本功后,本篇将进一步深入探讨更复杂、更实用的电路设计与应用,并着眼于集成电路与现代电子系统的结合。 第六章:传感器与信号采集 传感器的基本原理与分类: 介绍各种传感器的工作原理,包括电阻式、电容式、电感式、压电式、热敏式、光敏式等,以及它们如何将物理量转化为电信号。 常见传感器及其应用: 温度传感器: 热敏电阻、热电偶、集成温度传感器(如LM35)的工作原理和应用。 光敏传感器: 光敏电阻、光电二极管、光电三极管在光照检测、自动照明等方面的应用。 压力传感器: 压阻式、电容式压力传感器的原理和应用。 位移传感器: 线性可变差动变压器(LVDT)、霍尔传感器在位移测量中的应用。 声音传感器: 麦克风的类型及其工作原理。 信号调理电路: 介绍如何对传感器输出的原始信号进行放大、滤波、隔离、线性化等处理,以适应后续的模数转换(ADC)或数据处理。 模数转换(ADC)与数模转换(DAC): 基础介绍ADC和DAC的功能,以及它们在模拟信号与数字信号之间的转换中的作用。 第七章:集成电路(IC)基础 集成电路的优势与发展: 介绍集成电路的体积小、功耗低、可靠性高、成本低等优势,以及其在现代电子产品中的核心地位。 模拟集成电路的分类: 介绍线性集成电路、混合信号集成电路等。 常用模拟集成电路芯片: 运算放大器芯片: 深入介绍不同型号的通用型运算放大器(如LM741、TL08x系列)的特点、引脚定义和应用注意事项。 定时器芯片(如NE555): 详细讲解NE555定时器在多谐振荡器、单稳态触发器等应用中的工作模式和引脚功能。 稳压器芯片: 再次回顾和深入讲解集成稳压器的具体型号和应用。 专用集成电路(ASIC)与可编程逻辑器件(PLD)的简介: 简要介绍ASIC和PLD的概念,以及它们在定制化电子系统设计中的作用。 第八章:信号处理与通信电路基础 放大电路的高级应用: 仪表放大器: 介绍其高输入阻抗、高共模抑制比的特点,以及在精密测量中的应用。 跨导放大器: 讲解其将电压信号转换为电流信号的功能。 模拟滤波器设计进阶: 介绍巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)、贝塞尔(Bessel)等滤波器设计逼近方法,以及它们在不同应用场景下的优劣。 调频(FM)与调幅(AM)电路: 详细分析FM和AM调制器和解调器的具体电路实现,以及在无线通信中的应用。 超外差接收机原理: 介绍超外差接收机作为一种经典的无线电接收架构,是如何通过频率混频和中频放大实现信号接收和解调的。 锁相环(PLL)简介: 简要介绍锁相环的基本原理及其在频率合成、时钟同步等方面的应用。 第九章:数模混合电路设计入门 模数转换器(ADC)的类型: 介绍逐次逼近型ADC、双积分型ADC、Σ-Δ型ADC等主流ADC的工作原理和性能特点。 数模转换器(DAC)的类型: 介绍电阻网络DAC、R-2R梯形DAC、电流输出DAC等主流DAC的工作原理和性能特点。 在实际应用中的结合: 举例说明ADC和DAC如何被集成到数据采集系统、信号发生器、数字示波器等设备中。 第十篇:模拟电子技术的实践与发展趋势 电子电路的仿真与调试: 介绍常用的电路仿真软件(如Multisim, PSpice, LTspice),以及如何利用仿真软件进行电路设计、分析和优化。强调实际调试的重要性。 PCB设计基础: 简要介绍印刷电路板(PCB)的设计流程,包括元器件布局、布线规则、信号完整性等。 模拟电子技术的未来发展: 展望高频高速模拟电路、低功耗模拟电路、射频(RF)前端设计、MEMS传感器集成、模拟芯片的智能化等发展趋势。 本书的编写,始终贯穿着“理论联系实际”的指导思想。每一章的理论讲解都会辅以大量的实际电路图、典型的应用实例和计算示例,力求让读者在理解抽象概念的同时,也能看到其在现实世界中的具体体现。此外,书中还会穿插一些实际工程设计中需要注意的问题和技巧,帮助读者更好地将所学知识应用于实践。 通过对本书的学习,读者将能够: 1. 深刻理解模拟信号的本质和特性,以及它们在自然界和工程中的重要性。 2. 熟练掌握各类模拟电子元器件(二极管、三极管、运算放大器等)的工作原理和应用,并能根据需求选择合适的器件。 3. 设计和分析各种基本和复杂的模拟电路,包括放大电路、振荡电路、滤波器电路、电源电路等。 4. 理解传感器的工作原理,并掌握如何对传感器信号进行有效的采集和处理。 5. 了解模拟集成电路的基本结构和应用,并能利用通用集成电路芯片构建功能电路。 6. 初步接触数模混合电路的设计理念,为进一步学习数字信号处理和嵌入式系统打下基础。 7. 培养独立分析和解决模拟电路问题的能力,为未来的科研和工程实践奠定坚实的基础。 模拟电子技术是理解一切电子设备运行的基石,是创新设计的起点。希望本书能成为您探索模拟世界、开启电子技术之旅的得力助手,助您洞悉万象,创造无限可能。