自动控制原理学习要点与习题解析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防科技大学出版社

作者:刘明俊

出品人:

页数:319

译者:

出版时间:2004-5

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787810990769

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电子设计与应用精要：从理论到实践的全面指南 本书面向电子工程、自动化、计算机科学及相关专业的学生、工程师和技术爱好者，旨在提供一个全面、深入且高度实用的电子设计与应用知识体系。 本书避免了对特定学科（如自动控制原理）的深入探讨，而是聚焦于电子系统设计、信号处理、嵌入式系统实现以及现代电子技术的前沿应用。我们相信，扎实的电子学基础是进行任何复杂系统设计的前提，而本书正致力于构建这一坚实的基础。 --- 第一部分：模拟电子技术与器件基础（深耕细作） 本部分是构建所有电子系统的基石，我们将从最基本的有源和无源器件出发，系统地阐述模拟信号的处理与放大原理。 1.1 半导体物理基础与器件特性解析 PN结与二极管： 深入探讨PN结的形成、偏置特性、稳压二极管（齐纳管）的击穿机制及其在电源稳压电路中的应用。重点分析高速开关二极管和肖特基二极管的瞬态响应特性。 BJT与MOSFET工作原理： 详细对比双极性结型晶体管（BJT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的结构、工作区划分（截止、放大、饱和/恒流区）。着重讲解MOSFET的阈值电压、跨导参数对电路性能的影响，以及它们在数字电路和功率电子中的选型考量。 晶体管放大电路分析： 覆盖共源、共集、共基极以及共射极放大电路的直流偏置、小信号模型建立与频率响应分析。强调反馈机制（如电压串联、电流并联反馈）对电路增益、输入输出阻抗和稳定性的影响。 1.2 运算放大器（Op-Amp）的高级应用 理想与非理想运放模型： 剖析输入失调电压、共模抑制比（CMRR）、开环增益带宽积（GBW）等关键参数对实际电路性能的制约。 高精度模拟电路设计： 详细讲解如何利用运放构建精密电流源、电压跟随器、有源滤波器（巴特沃斯、切比雪夫响应）、积分器和微分器。特别关注噪声抑制和低失真放大技术。 比较器与非线性应用： 探讨施密特触发器（Hysteresis）的设计及其在信号整形、去噪中的作用。分析如何使用运放实现乘法器和除法器。 1.3 有源滤波器设计与信号调理 滤波器理论回顾： 概述低通、高通、带通和带阻滤波器的基本概念和技术指标（截止频率、通带衰减、阻带衰减）。 经典有源滤波器实现： 重点教授Sallen-Key拓扑结构，并提供基于表格和软件辅助的二阶滤波器的元件参数计算方法。 开关电容滤波器： 介绍在集成电路中实现可编程滤波器的技术，探讨其优点与局限性。 --- 第二部分：数字电子学与逻辑设计（核心构建） 本部分侧重于二进制逻辑、组合逻辑和时序逻辑的设计、分析与实现，是现代微处理器和嵌入式系统的基础。 2.1 逻辑代数与组合电路设计 布尔代数与化简： 熟练掌握德摩根定律、吸收律等代数化简技巧，以及卡诺图（K-map）和Quine-McCluskey方法在多变量逻辑函数化简中的应用。 标准逻辑门与器件库： 详细分析TTL和CMOS逻辑家族的电气特性（扇入、扇出、噪声容限、传播延迟）。讲解不同逻辑家族间的电平兼容性问题。 复杂组合电路实现： 教授数据选择器（MUX）、译码器、编码器、加法器和比较器的设计与应用，并展示如何使用这些基本模块构建更复杂的算术逻辑单元（ALU）。 2.2 时序逻辑电路与状态机设计 基本存储单元： 深入分析锁存器（Latch）与触发器（Flip-Flop，如SR, D, JK, T型）的建立时间、保持时间和次态/现态关系。 同步时序系统设计： 重点讲解基于寄存器和计数器的系统设计。设计同步计数器（加法、减法、逻辑序列计数器），并解决毛刺（Glitch）问题。 有限状态机（FSM）建模与实现： 采用米利（Mealy）和穆尔（Moore）模型对系统行为进行建模。教授状态图、状态转移表到电路图的规范化设计流程，以及如何利用可编程逻辑器件（PLD）实现这些状态机。 2.3 半导体存储器与可编程器件 存储器结构： 阐述RAM（SRAM/DRAM）和ROM（Mask ROM, EPROM, Flash Memory）的工作原理、读写时序和接口要求。 可编程逻辑器件（PLD）： 介绍PAL、GAL和CPLD的基本结构，重点讲解其在快速原型开发和电路固件化中的优势。 --- 第三部分：信号转换与数据采集系统（桥梁搭建） 本部分连接了连续的模拟世界与离散的数字世界，是所有数据处理系统的核心环节。 3.1 模数转换（ADC）技术深度解析 采样理论： 详细阐述奈奎斯特采样定理，并分析欠采样和过采样带来的影响。讲解采样保持电路（S/H）的作用与关键参数。 主要ADC架构： 深入分析逐次逼近式（SAR）、双积分式、流水线式和Σ-Δ（Sigma-Delta）ADC的工作原理、优缺点及其适用场景（如高精度、高速率或低功耗要求）。 ADC误差分析： 讲解微分非线性（DNL）和积分非线性（INL）等关键指标的定义与测量方法。 3.2 数模转换（DAC）与接口 DAC原理： 介绍电阻梯形网络和R-2R梯形结构的DAC，并讨论其转换速度和分辨率的限制。 数据传输标准： 详细介绍SPI、I2C、UART等常用的片上或片间串行通信协议，重点讲解它们在连接传感器、存储器和主控单元时的时序要求和仲裁机制。 --- 第四部分：电源电子与系统保护（可靠性保障） 一个稳定可靠的电子系统离不开高效的电源和完善的保护电路。 4.1 线性与开关电源基础 线性稳压器： 分析LDO（低压差线性稳压器）的纹波抑制能力和效率问题。 开关电源拓扑： 重点讲解DC-DC转换器的基本拓扑结构——降压（Buck）、升压（Boost）和降/升压（Buck-Boost）的工作模式、占空比控制和电感电流纹波计算。 4.2 信号完整性与系统保护 电磁兼容性（EMC）初步： 讨论电路板布局对辐射和抗干扰性的影响，介绍接地（Grounding）和去耦（Decoupling）电容的最佳实践。 瞬态保护技术： 介绍TVS二极管、压敏电阻（MOV）在过压和静电放电（ESD）保护中的应用和选型原则。 --- 本书特色： 本书的叙述风格力求清晰、严谨，避免了抽象的控制理论术语，转而采用大量的电路图示、波形分析和实例计算来阐明复杂的电子原理。每章末尾均附有针对性的设计挑战和工程案例分析，确保读者能够学以致用，将理论知识转化为解决实际电子硬件问题的能力。通过本书的学习，读者将能独立完成从传感器信号调理到数字逻辑处理，再到电源稳定输出的完整电子子系统的设计与调试工作。

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阅读这本书的过程，仿佛经历了一场精心规划的知识漫游，作者的叙述逻辑性极强，从最基础的系统建模开始，逐步深入到时域、频域分析，最后过渡到现代控制理论的探讨，每一步都衔接得天衣无缝。我特别欣赏作者在解释经典控制理论中的根轨迹和频率特性分析时所采用的类比手法，那种深入浅出的表达方式，让那些曾经让我感到晦涩难懂的专业术语，瞬间变得清晰可辨。书中对数学推导的展开也处理得十分得当，它既没有过度简化而跳过关键步骤，也没有陷入繁琐的数学泥潭，总能在“够用且易懂”之间找到一个绝佳的平衡点。这种平衡感，让我在跟着推导时，既能建立起坚实的数学基础，又不会因为过于沉重的公式负担而产生畏难情绪，可以说是对不同学习阶段读者都非常友好的设计。

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这本书的文字风格在保持学术严谨性的同时，又带有一种独特的亲和力，读起来非常舒服，完全没有那种拒人千里的高深莫测感。作者在行文中常常穿插一些历史背景的介绍，比如某个控制算法的提出缘由，或是某个关键人物的贡献，这些“花边”信息虽然不是核心公式，却极大地丰富了知识的维度，让学习过程充满了人文色彩。而且，对于那些容易混淆的概念，比如“稳定性”和“可控性”、“可观测性”之间的细微差别，作者会专门设置小节进行对比和澄清，这种细致入微的关怀，避免了我在学习后期产生概念串位的困扰。这种对读者心智模型的深度理解和照顾，是很多标准教材所欠缺的。

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这本书的装帧设计着实令人眼前一亮，封面的配色和字体选择都透露着一种严谨而不失活力的气息，让人在拿起书本的第一时间就对它产生了积极的阅读期待。内页的纸张质量也相当不错，触感温润，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳，这对于需要反复研读的专业书籍来说，无疑是一个巨大的加分项。排版布局清晰明了，章节之间的过渡自然流畅，关键概念和公式都用醒目的方式标注出来，使得学习的脉络非常清晰。尤其值得称道的是，它在某些复杂理论的引入部分，会辅以一些精美的示意图或流程图，这些视觉辅助极大地降低了抽象概念的理解难度，让原本枯燥的理论学习过程变得更为直观和生动。这种对细节的关注，充分体现了编者对读者学习体验的重视，让人感觉这不是一本冰冷的教科书，而是一位耐心的领路人。

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对于动手实践派的学习者来说，这本书提供的案例分析部分简直是宝藏。它不像某些理论书籍那样只停留在纸面上，而是真正结合了工程实际中的典型问题，例如伺服系统的响应优化、过程控制的稳定性设计等。这些案例的选取非常具有代表性，并且解析过程详尽到令人赞叹，从问题的提出、模型的建立、到最终的控制器参数确定，每一步的决策依据都交代得清清楚楚。我尝试按照书中的步骤，在仿真软件中复现了其中一两个案例，结果发现理论与实践的吻合度极高，这极大地增强了我对所学知识的信心。这种理论与实践紧密结合的编写风格，对于我这种需要将知识快速转化为解决实际问题能力的工程技术人员来说，价值无可估量。

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如果说有什么可以进一步提升的地方，也许是在面对更前沿的、跨学科的控制应用时，可以适当增加一些启发性的展望。当然，这本书的定位似乎是夯实经典理论基础，在这方面它已经做得非常出色了。但从读者的期待角度来看，如果能在最后几章，对自适应控制、鲁棒控制或者智能控制等方向做一些更加开放和前瞻性的导读，可能会让这本书的价值链更加完整。即便是作为对未来研究方向的指引，相信也会对有志于深入研究的读者产生极大的吸引力。总体而言，这是一部结构精巧、讲解透彻的优秀参考书，它成功地将复杂抽象的自动控制原理，转化成了清晰可操作的知识体系，是自学和课堂辅助的绝佳选择。

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