数字电子技术实验指导书 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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孙淑艳，华北电力大学电子技术课程组 著

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040408171

商品编码：29692527717

包装：平装

出版时间：2014-09-01

基本信息

书名:数字电子技术实验指导书

：25.10元

售价：17.1元,便宜8.0元,折扣68

作者:孙淑艳,华北电力大学电子技术课程组

出版社：高等教育出版社

出版日期：2014-09-01

ISBN：9787040408171

字数：350000

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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　　孙淑艳主编的这本《数字电子技术实验指导书》为电子技术基础课程系列教材之一，全书共包括五大模块：数字电路基础实验、NI Muhisim 12使用指南、数字电路仿真实验、VHDL语言仿真实验和附录。实验类型有基本的验证性实验，也有综合性、设计性和创新性实验。
　　数字电路基础实验使学生了解电子元器件、集成芯片的外特性，通过实验搭接电路来掌握电子电路的测试方法，并通过预习要求中的问题加深对理论知识的理解；数字电路仿真实验是借助于Multisiml2 仿真平台对电子电路进行辅助设计和辅助分析；VHDL语言仿真实验为学生后续课程学习做必要铺垫；附录中介绍了集成电路的基本知识、集成逻辑电路的连接和驱动、集成逻辑门电路新旧图形符号对照以及常用数字集成电路型号及引脚图。
　　本书采用实验报告原始数据便携式设计，学生做完实验可以将实验原始数据、实验波形等直接填写在原始数据记录处，然后裁下贴在上交的实验报告中，节省时间，适用性强。
　　本书可作为高等院校电气工程及其自动化、电子信息工程、电子科学与技术、通信工程、自动化、测控技术与仪器、计算机科学与技术、软件工程等专业的本、专科教材，同时也可作为参加各类电子设计竞赛学生自学的参考书，以及相关工程技术人员的参考书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《模拟信号处理与电路设计》 引言 在现代电子技术领域，数字信号的处理固然占据了举足轻重的地位，但其背后强大的支撑与不可或缺的基石，依旧是精妙绝伦的模拟信号处理技术。从传感器采集的原始数据，到音频、视频的深度编码，再到各种通信系统中的信号调制解调，模拟电路始终是信息传递和信号转化的第一道关卡。理解并掌握模拟信号处理的原理与电路设计，不仅是深入理解数字电子技术内在机理的关键，更是进行高性能、低功耗、高精度电子系统设计的必要前提。 本书《模拟信号处理与电路设计》旨在为读者提供一个系统、深入的模拟电路理论与实践的学习平台。本书的编写，并非仅仅停留在概念的陈述，而是力求将深奥的理论知识与实际的电路设计相结合，通过详实的讲解、精炼的案例分析以及实用的设计方法，帮助读者建立起坚实的模拟电路知识体系，培养出独立解决复杂模拟电路问题的能力。 第一章 模拟信号基础与运算放大器 本章将带领读者从最基础的模拟信号概念出发，逐步深入到模拟电路的核心部件——运算放大器（Op-Amp）。 模拟信号的特性与表示： 我们将详细阐述模拟信号的连续性、幅度、频率、相位等基本特性，并介绍描述这些特性的数学工具，如傅里叶级数和傅里叶变换。理解模拟信号的本质，是后续所有分析的基础。 理想运算放大器的特性与模型： 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，成为构建各种模拟电路的万能积木。本节将深入剖析理想运算放大器的各项性能指标，并建立其理想等效电路模型，为后续电路分析奠定理论基础。 基本运算放大器电路： 基于理想运放模型，我们将详细分析一系列经典的基本运放电路，包括同相放大器、反相放大器、电压跟随器、加法器、减法器、积分器和微分器。对于每种电路，我们将推导其传递函数，分析其工作原理，并讨论其在信号处理中的应用。 实际运算放大器的非理想性： 真实世界的运算放大器并非理想状态，其存在有限的开环增益、有限的输入阻抗、非零的输出阻抗、失调电压、输入偏置电流、共模抑制比（CMRR）、电源抑制比（PSRR）以及有限的带宽等非理想因素。本节将深入探讨这些非理想特性对电路性能的影响，并介绍相应的补偿和改进方法。 运算放大器的稳定性与频率响应： 运算放大器作为反馈放大器使用时，其稳定性是至关重要的。我们将介绍补偿技术，如极点补偿和零点补偿，以确保放大器在各种工作条件下都能稳定工作。同时，我们将分析运放的频率响应，理解其带宽限制以及如何选择合适的运放以满足特定应用的需求。 运算放大器在信号调理中的应用： 信号调理是模拟电路设计中的重要环节，旨在改善信号的质量，使其适合进一步的处理或传输。本章将介绍如何利用运算放大器构建滤波器（如低通、高通、带通、带阻滤波器）、信号衰减器、信号增益器以及电平转换电路等，为数据采集和传感器接口设计提供基础。 第二章 滤波器设计与实现 滤波器是模拟信号处理中不可或缺的重要组成部分，用于去除信号中的噪声、干扰，或提取特定频率范围内的有用信号。本章将全面介绍滤波器理论和设计方法。 滤波器的基本概念与分类： 我们将定义滤波器的核心功能，并根据频率响应特性将其分为低通、高通、带通、带阻四种基本类型。同时，我们将引入通带、阻带、截止频率、过渡带等关键概念，以及滤波器阻带衰减率和通带纹波等性能指标。 滤波器逼近方法： 理想滤波器的频率响应难以在实际电路中实现，因此需要采用逼近方法。本章将重点介绍三种经典的滤波器逼近方法：巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和椭圆（Elliptic）滤波器。我们将分析它们各自的优缺点，以及在不同应用场景下的适用性。 有源滤波器与无源滤波器： 区分有源滤波器和无源滤波器，并分析它们各自的特点。无源滤波器主要由电阻、电容、电感构成，而有源滤波器则利用运算放大器等有源器件，能够实现更高的增益、更低的插入损耗以及更灵活的设计。 基于运算放大器的有源滤波器设计： 本节将详细介绍如何利用运算放大器设计各种有源滤波器。我们将分析Sallen-Key拓扑、多重反馈（MFB）拓扑等经典的有源滤波器结构，并提供详细的设计步骤和计算公式，指导读者构建特定阶数和截止频率的低通、高通、带通和带阻滤波器。 开关电容滤波器： 介绍开关电容滤波器的工作原理，以及它如何在数字控制下实现对滤波特性的精确调节，特别是在集成电路设计中的优势。 滤波器设计实例与性能评估： 通过具体的滤波器设计实例，例如音频信号处理中的低通滤波器，或仪器仪表中的抗干扰滤波器，演示从需求分析到电路实现的全过程。同时，我们将讨论如何通过仿真软件（如SPICE）和实际测量来评估滤波器的性能。 第三章 信号的产生与调制 信号的产生与调制是通信、控制等领域的基础，它们负责生成特定的信号波形，并根据信息需求改变信号的某些特性。 正弦波振荡器： 振荡器是产生周期性信号的核心电路。本章将介绍各种类型的正弦波振荡器，包括： RC振荡器： 相移振荡器、韦恩桥振荡器等，分析其反馈机制和频率决定元件。 LC振荡器： 哈特莱振荡器、科尔皮兹振荡器等，讨论其谐振电路的工作原理。 晶体振荡器： 介绍晶体管的谐振特性，以及晶体振荡器的高稳定性和高精度。 压控振荡器（VCO）： 讨论如何通过电压控制来改变振荡频率，其在频率合成和锁相环中的重要作用。 方波、三角波和锯齿波发生器： 介绍如何利用施密特触发器、积分器等电路产生非正弦波形，以及这些波形在数字信号产生、时钟信号生成等方面的应用。 信号调制的基本原理： 讲解调制的概念，即利用一个载波信号来承载信息信号。我们将重点介绍以下几种常见的调制方式： 幅度调制（AM）： DSB-SC、SSB等，分析其调制和解调原理，以及在广播通信中的应用。 频率调制（FM）： 讲解FM的优点，如抗噪声能力强，并介绍其调制和解调方法。 相位调制（PM）： 分析PM与FM的关系，以及它们在数字通信中的应用。 调制电路设计： 介绍实现AM、FM、PM调制电路的设计方法，包括使用乘法器、压控振荡器等器件。 解调电路设计： 介绍各种调制方式的解调电路，如包络检波器、鉴频器、相敏检波器等。 第四章 模拟信号的采样、量化与编码 尽管本书不涉及数字电子技术，但为了更好地理解模拟信号在实际应用中的转化过程，本章将简要介绍模拟信号向数字信号转化的关键步骤，重点在于理论原理。 采样定理（奈奎斯特-香农采样定理）： 详细阐述采样定理，解释采样频率与信号带宽之间的关系，以及如何避免混叠（aliasing）。 采样电路： 简要介绍采样开关的工作原理，以及采样保持电路在保持采样值时的作用。 量化过程： 讲解量化是将连续的幅度值离散化的过程。介绍均匀量化和非均匀量化，以及量化误差的产生。 编码过程： 简要介绍将离散的量化值转换为二进制编码的过程，为后续的数字信号处理奠定基础。 模拟-数字转换器（ADC）与数字-模拟转换器（DAC）概述： 简要介绍ADC和DAC的功能，以及它们在连接模拟世界与数字世界中的桥梁作用。例如，ADC将模拟信号转换为数字信号，而DAC则将数字信号还原为模拟信号。（注意：本节仅做概念性介绍，不深入其内部结构和工作原理，以保持本书的侧重点）。 第五章 模拟信号的放大与功率驱动 在信号传输和处理过程中，信号的幅度往往需要被放大，以克服损耗或驱动后续电路。当信号需要驱动较大负载时，则需要功率放大器。 跨导与跨阻放大器： 介绍跨导放大器（将输入电压转换为输出电流）和跨阻放大器（将输入电流转换为输出电压）的原理和应用，它们在传感器接口和电流信号处理中非常有用。 差分放大器： 详细分析差分放大器的原理，包括其共模抑制能力，以及在测量和抑制共模噪声方面的优势。 多级放大器设计： 介绍如何将多个放大级联起来，以获得更大的总增益。讨论不同放大级联的匹配问题，以及级联对电路带宽和稳定性的影响。 功率放大器类型与特性： A类功率放大器： 分析其线性度好但效率低的特点。 B类功率放大器： 介绍其效率比A类高，但存在交越失真。 AB类功率放大器： 结合A类和B类的优点，是实际应用中常用的功率放大器类型。 C类功率放大器： 主要用于高频信号的功率放大，效率高但线性度差。 功率放大器的驱动能力与散热： 讨论功率放大器输出电流和电压的能力，以及如何根据负载特性选择合适的功率放大器。强调功率器件的散热问题，并介绍相应的散热设计方法。 扬声器驱动与喇叭功放： 以扬声器驱动为例，详细讲解功率放大器在音频系统中的应用，包括阻抗匹配、失真抑制和功率效率等。 第六章 模拟电路设计中的噪声分析与抑制 噪声是模拟电路中普遍存在的干扰，它会降低信号的信噪比，影响电路的性能。本章将深入探讨噪声的来源、分析方法以及抑制措施。 噪声的种类与来源： 热噪声（约翰逊噪声）： 分析电阻等导体中由于电子热运动产生的随机噪声。 散粒噪声： 分析半导体器件中载流子运动的不规则性产生的噪声。 闪烁噪声（1/f噪声）： 分析低频段出现的与频率成反比的噪声。 电源噪声与地线噪声： 讨论电源的不稳定性和电路板上的地线分布对噪声的影响。 外部干扰： 如电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI）。 噪声的等效模型与计算： 介绍如何将各种噪声源等效为电压或电流源，并讨论在电路中如何计算总的噪声功率或均方根值（RMS）。 噪声指标： 介绍噪声系数（Noise Figure, NF）和噪声电压密度（Noise Voltage Density）等关键噪声指标，以及它们在评估放大器噪声性能中的作用。 噪声抑制技术： 选用低噪声器件： 介绍如何选择具有低噪声特性的运算放大器、晶体管等。 差分放大与屏蔽： 利用差分放大器的共模抑制能力，以及对敏感电路进行屏蔽以减少外部干扰。 滤波技术： 利用滤波器去除高频或低频噪声。 接地与布线技巧： 强调良好的接地设计和合理的布线对于减少地线噪声和串扰的重要性。 优化电路拓扑： 讨论一些能够天然降低噪声的电路拓扑结构。 实际案例分析： 以一个高精度测量仪器的前置放大器为例，演示如何进行噪声分析，并采取相应的措施来降低噪声，提高信噪比。 第七章 模拟电路设计中的稳定性与补偿 放大器在有反馈电路中工作时，可能出现振荡，导致工作不稳定。本章将探讨放大器的稳定性问题，以及如何进行频率补偿。 反馈放大器的稳定性条件： 介绍巴克豪森判据（Barkhausen Criterion）和奈奎斯特判据（Nyquist Criterion）等稳定性判据，理解开环增益和相移对稳定性的影响。 频率响应与极零点： 深入分析放大器在不同频率下的增益和相移特性，并介绍极点（poles）和零点（zeros）在频率响应中的作用。 稳定性分析图示法： 介绍伯德图（Bode Plot）和奈奎斯特图（Nyquist Plot）等工具，用于直观地分析放大器的相位裕度（Phase Margin）和增益裕度（Gain Margin），从而评估其稳定性。 频率补偿技术： 极点补偿： 介绍如何通过在电路中引入额外的极点或零点来改善频率响应和稳定性，如滞后补偿（Lag Compensation）和超前补偿（Lead Compensation）。 增益补偿： 介绍如何通过改变电路的增益来影响稳定性。 反馈网络的影响： 分析不同形式的反馈网络（如电压并联、电流串联等）对放大器稳定性的影响。 实际设计案例： 以一个多级放大器为例，分析其潜在的不稳定性，并运用频率补偿技术来确保其在各种工作条件下都能稳定工作。 第八章 模拟集成电路基础与应用 本章将为读者介绍模拟集成电路（Analog IC）的基本概念、优势，以及一些典型的模拟集成电路模块。 模拟集成电路的优势： 讨论模拟IC相比于分立元件电路的优势，如体积小、功耗低、性能稳定、成本效益高等。 常见的模拟集成电路模块： 运算放大器IC： 介绍LM741、OP07、TL072等经典和高性能运放IC的特性和应用。 电压调节器IC： 如78xx系列和LM317，介绍它们在提供稳定电源方面的作用。 数据转换器IC： 简要介绍ADC和DAC集成电路的功能和选型原则。（同样，仅做概念性介绍） 传感器接口IC： 介绍专门用于连接和处理传感器信号的集成电路，如仪表放大器IC。 模拟IC的选型与应用： 提供选择合适的模拟IC时应考虑的因素，如性能参数、功耗、封装类型、成本等，并通过实际案例说明如何利用模拟IC快速构建功能电路。 数字与模拟混合集成电路的接口： 简要提及模拟IC与数字IC的协同工作，例如通过ADC将模拟信号转换为数字信号送入微控制器，或通过DAC将微控制器生成的数字信号转换为模拟信号输出。 第九章 模拟电路设计流程与实用技巧 本章将系统地总结模拟电路的设计流程，并分享一些实用的设计技巧和注意事项，帮助读者从理论走向实践。 模拟电路设计的一般流程： 需求分析： 明确电路的功能、性能指标（如增益、带宽、噪声、功耗、精度等）。 方案设计： 选择合适的电路拓扑和关键器件。 理论计算与仿真： 根据理论进行初步计算，并利用仿真软件（如SPICE）进行验证。 PCB布局与布线： 讲解模拟电路PCB设计中的关键原则，如接地、屏蔽、信号走线等。 原型制作与调试： 制作电路原型，并进行系统调试。 性能测试与优化： 测试电路性能，并根据需要进行优化。 电路仿真软件的应用： 介绍常用的模拟电路仿真软件（如LTspice, PSpice, Multisim等）在电路分析、设计验证和故障排除中的重要作用。 PCB布局与布线技巧： 详细讲解模拟电路PCB设计中的关键原则，包括： 接地策略： 星形接地、单点接地、地线环路的影响。 信号走线： 模拟信号与数字信号的分离、敏感信号的屏蔽。 器件布局： 功率器件散热、敏感器件隔离。 电源滤波： 滤波电容的选择与放置。 元器件的选择与使用： 强调选择合适的元器件对电路性能至关重要，例如高精度电阻、低漏电电容、特定频率响应的电感等。 噪声耦合与串扰的抑制： 进一步深入探讨如何通过PCB设计来避免噪声的耦合和串扰。 实际设计中的常见问题与解决方案： 分享在实际模拟电路设计中可能遇到的常见问题，如寄生参数的影响、温漂问题、可靠性设计等，并提供相应的解决方案。 结语 《模拟信号处理与电路设计》旨在为读者构建一个全面而深入的模拟电路知识体系。通过对本书的学习，读者将能够理解模拟信号的本质，掌握运算放大器的精妙应用，熟练设计各类滤波器和振荡器，深入理解信号的产生、调制与转换过程，并能够设计出具备优异性能和稳定性的功率驱动电路。同时，本书也注重实际设计中的问题，引导读者掌握噪声分析、稳定性控制以及PCB设计等关键技能。希望本书能成为您探索模拟世界、驾驭信号律动的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本指导书后，最让我印象深刻的是它在理论与实践之间的平衡把握得极其到位。很多实验手册往往只是罗列了一堆操作步骤，缺乏必要的理论背景支撑，导致学生在遇到意外情况时束手无策。而这本书则不然，它在每个实验模块的开头，都会用简练而精准的语言回顾相关的核心理论知识点，像是给读者的思维打下一个坚实的“地基”。例如，在讲解计数器设计时，它不仅给出了具体的电路图，还深入剖析了状态转移的逻辑推导过程，使得我们不仅仅停留在“会搭电路”的层面，而是真正理解“为什么这么搭”。这种循序渐进、以理导行的编排方式，极大地增强了学习的主动性和深度。它不是简单地告诉你“怎么做”，而是引导你思考“为什么这样做是最好的选择”。这种教学思路，对于培养工程师的系统性思维，无疑是极有裨益的。

评分☆☆☆☆☆

这本书在提供标准实验流程之外，还巧妙地穿插了大量“拓展思考题”和“进阶探究”部分，这无疑是点睛之笔。这些附加内容并非可有可无的“注脚”，而是真正能将读者的思维从“被动执行”推向“主动创新”的催化剂。我特别欣赏其中一些章节后面设置的开放性课题，比如要求我们尝试用不同的实现方式（如使用特定芯片或编程描述语言）来完成同一个功能，并对各自的性能指标进行横向对比分析。这种鼓励多元化解决方案的引导，极大地激发了我的探索欲。它不再将标准答案视为终点，而是将实验平台视为一个可以自由验证猜想的实验室。这种将教学与科研思维初步结合的方式，对于希望未来从事相关领域深造的读者来说，提供了宝贵的早期训练场。

评分☆☆☆☆☆

不得不提的是，这本书在实验项目的难度设置上展现了一种非常成熟的梯度规划。从最基础的组合逻辑电路搭建开始，逐步引入时序逻辑、存储元件的应用，再到最后涉及到的复杂数据处理模块，每一步的进阶都设计得非常自然且富有逻辑性。我注意到，即便是看似简单的入门实验，作者也巧妙地融入了故障排除的思维训练，比如要求读者预判在某个元件参数出现微小偏差时，整个系统的输出会发生什么变化。这种前瞻性的设计，极大地锻炼了我们面对真实硬件系统时所必需的“预见性”。相比于其他仅关注“成功运行”的书籍，这本书更注重培养读者的“健壮性”思维，让人学到的不仅仅是标准流程，更是处理异常情况的能力。这种对实践复杂度的深刻理解，让这本书的价值远远超出了普通实验手册的范畴。

评分☆☆☆☆☆

从内容结构和语言风格来看，这本书的作者显然是一位经验极其丰富的教育者，其文字功底深厚且极富条理。他没有采用那种晦涩难懂的学术腔调，而是用一种既专业又亲切的口吻来陈述复杂的电子学原理和实验规范。语句结构严谨但不刻板，即便是涉及到高频信号处理这类容易产生歧义的部分，作者也能用非常清晰的比喻或类比，将抽象的概念具象化，使得读者能够迅速在脑海中构建出清晰的物理模型。阅读起来，感觉就像是有一位资深工程师在身旁，耐心而细致地为你讲解每一个环节的原理和注意事项，没有任何架子，非常利于吸收。这种高质量的文本叙述，极大地降低了初学者面对高难度技术内容的心理门槛，使得学习过程变得高效且令人愉快。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计实在是太出色了，封面采用了哑光处理，手感温润，那种沉稳的质感让人一上手就知道这不是一本泛泛而谈的教材。尤其值得称赞的是内页的排版，字体选择清晰锐利，图表和文字之间的留白拿捏得恰到好处，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。我翻阅了其中关于基础逻辑电路设计的那几个章节，光是那些精心绘制的原理图和实验步骤图，就足以体现出版方在细节上的用心。线路图的层次感非常分明，即便是初次接触这些复杂概念的新手，也能迅速抓住关键连接点。这种对视觉体验的重视，在如今很多技术类书籍中是比较少见的，往往只注重内容的堆砌，而忽略了阅读的舒适度。这本书的印刷质量也非常可靠，墨迹浓重，线条边缘干净利落，这对于需要仔细比对元器件符号和连接关系的实验指导来说，是至关重要的。看得出来，设计者在力求让内容易懂的同时，也极力提升了这本书作为“工具书”的实用性和耐用性。