电子示波器及其应用

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isbn号码:9787111052326
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具体描述

模拟电路设计与优化:从基础元件到复杂系统构建 书籍简介 本书全面深入地探讨了现代模拟电路的设计、分析与优化方法。全书结构严谨,内容涵盖了从最基本的半导体元件特性到复杂集成电路模块的设计实践,旨在为电子工程专业学生、硬件工程师以及对模拟电子学有浓厚兴趣的读者提供一套系统化、可操作的知识体系。 第一部分:基础元件与模型 本部分着重于理解构成所有模拟电路基石的器件的物理原理和等效模型。 第一章:半导体基础与PN结 详细阐述了P型和N型半导体的掺杂过程及其载流子浓度特性。深入分析了PN结的形成机理、势垒区、内建电场以及在不同偏置条件下的电流-电压(I-V)特性曲线。重点讨论了小信号模型,如扩散电阻和渡越时间效应,为后续的器件建模打下理论基础。特别引入了激光二极管和光敏电阻(LDR)等特殊二极管在光电子电路中的应用考量。 第二章:双极性结型晶体管(BJT)详解 本章系统介绍了BJT的结构、工作原理及其四种工作区(截止、放大、饱和、反向)。核心内容在于对Ebers-Moll模型和混合$pi$模型的推导与应用。详细讲解了直流偏置电路的设计方法,包括固定偏置、分压器偏置以及发射极反馈偏置,并引入了负载线分析法来确定晶体管的工作点。此外,还探讨了晶体管的非理想效应,如早期效应(Early Effect)和高频下的$eta$滚降。 第三章:金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) 本章将MOSFET的分析置于现代集成电路设计的前沿。全面剖析了增强型和结型MOSFET的结构、工作机制,并详细推导了理想I-V特性方程。着重于亚阈值导通区(Subthreshold Region)的精细模型及其在低功耗设计中的意义。对沟道长度调制效应、体效应和米勒效应进行了深入分析,并对比了NMOS和PMOS在电路对称性设计中的作用。 第四章:无源元件的非理想性分析 超越理想电阻、电容、电感,本章探讨了实际元件的局限性。电阻方面,讨论了寄生电感、温度系数和噪声(热噪声和闪烁噪声)。电容方面,重点分析了铁电材料的滞后效应、漏电流以及用于高频电路中的分布式电容模型。电感方面,探讨了电感器的品质因数(Q值)的构成,以及变压器在耦合和隔离应用中的磁耦合系数。 第二部分:基本模拟电路模块设计 本部分将基础元件应用于构建实用的放大器和偏置电路。 第五章:基本放大电路配置 详细分析了共源极、共集电极(射随器)和共基极配置的输入阻抗、输出阻抗、电压增益和电流增益特性。通过矩阵方法对多级放大器的整体性能进行了建模。引入了跨导放大器(Transconductance Amplifier)的概念,作为连接电压域和电流域的关键接口。 第六章:反馈理论与稳定性分析 反馈是模拟电路设计中的核心概念。本章引入了波特图(Bode Plot)和根轨迹图(Root Locus)作为分析工具。详细讲解了负反馈对增益、带宽、输入/输出阻抗和失真度的影响。对电路的稳定性进行了严格的分析,包括相位裕度和增益裕度的计算,以及补偿技术(如米勒补偿和导入/导出补偿)在保证振荡抑制方面的应用。 第七章:运算放大器(Op-Amp)的内部结构与设计 从零开始构建一个高性能的运算放大器。首先分析了双输入级结构(如推挽级)和输出缓冲级的设计。重点讨论了失调电压(Offset Voltage)、共模抑制比(CMRR)和电源抑制比(PSRR)的来源及其优化。详述了内部补偿电容的设计,以确保闭环系统的稳定性。 第八章:电流镜与有源负载 电流镜是模拟IC设计中实现精确电流传输和负载提升的基石。本章详细介绍了两端、三端和四端电流镜的原理,重点分析了输出阻抗的补偿技术,如使用威勒(Widlar)电流源来减小发射极电阻带来的电压降影响。有源负载作为高增益的替代方案,其设计中对晶体管匹配精度的要求也进行了量化分析。 第三部分:高级模拟电路与系统 本部分拓展至更复杂的应用,包括信号调理、振荡器和滤波器。 第九章:频率响应与滤波器设计 对放大器和电路的频率特性进行了深入分析,包括低频滚降(由耦合电容和晶体管的结电容引起)和高频滚降。本章核心在于主动滤波器的设计:详细介绍了巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)和椭圆(Elliptic)滤波器的数学定义、原型滤波器设计以及向实际有源二阶节点的转化(如Sallen-Key拓扑)。 第十章:线性稳压器与电源管理 讲解了线性稳压器(LDO)的结构,包括误差放大器、基准源和调整管的设计。重点分析了LDO的瞬态响应性能,包括上电序列和负载阶跃下的电压跌落与恢复时间。对比了PNP和NMOS调整管的优劣,并探讨了噪声耦合对输出精度的影响。 第十一章:振荡器与波形发生器 本章聚焦于周期信号的产生。分析了基于RC振荡器(如文氏桥振荡器)和LC振荡器(如哈特莱振荡器和科勒振荡器)的起振条件和频率稳定性。详细介绍了压控振荡器(VCO)的原理及其调谐电路设计,以及使用弛张振荡器(Relaxation Oscillator)生成方波和三角波的技术。 第十二章:数据转换器基础 本章概述了模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)的基本原理。DAC部分重点分析了采用R-2R梯形网络和分流式结构的优缺点,以及其单调性保证。ADC部分则详细介绍了逐次逼近寄存器(SAR)架构的工作流程、采样保持电路的设计,以及量化误差的分析。 附录:噪声分析与版图布局实践 附录提供了重要的辅助工具。详细介绍了各种噪声源的统计特性和等效噪声源模型。更重要的是,本书强调了物理实现的重要性,提供了一套关于模拟电路版图布局的实践指导,包括器件匹配(如使用共质心布局)、电源/地线的去耦、以及如何最小化串扰和热梯度效应,这些是确保复杂模拟电路高性能的关键。 本书的理论深度和工程实践相结合的叙事方式,确保读者不仅理解“是什么”,更能掌握“如何设计”和“为何如此设计”。

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读后感

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这本书的实用性是我最为看重的方面,而它在这方面做得非常出色。书中不仅讲解了示波器的基本操作,更重要的是提供了大量实际应用场景的分析,从基础的电源线电压测量,到复杂的数字信号分析,再到射频电路的调试,几乎涵盖了电子工程的各个主要领域。作者在讲解每个应用案例时,都详尽地描述了需要注意的测量细节、常遇到的问题以及相应的解决方案。例如,在讲解汽车电子的测量时,书中详细列出了如何测量CAN总线信号,如何识别异常波形,以及如何使用示波器来诊断通信故障。这些内容都是我在实际工作中经常会遇到的,并且很多时候都找不到现成的参考。这本书的出现,可以说为我提供了一个非常宝贵的“工具箱”,让我在面对各种工程挑战时,能够更有信心和方向。读完这本书,我感觉自己不仅仅是学会了如何使用示波器,更是学会了如何“用示波器解决问题”。

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在内容组织方面,这本书展现出了作者深厚的学术功底和严谨的逻辑思维。它遵循了从宏观到微观,从基础到深入的学习路径。开篇就对示波器的基本构成和工作原理进行了全面的梳理,随后层层递进,分别剖析了不同类型示波器的技术特点和适用范围。作者在讲解过程中,特别注重概念的辨析和理论的支撑,对于一些容易混淆的术语,都给出了清晰的界定和区分。例如,在讲解数字示波器的采样率和带宽时,书中不仅给出了计算公式,还详细解释了这些参数对测量结果的影响,并提供了相应的实验验证。这种严谨的态度,让我对书中的内容充满了信任。此外,作者还会在适当的地方引用相关的技术标准和学术文献,进一步增强了内容的权威性和深度。对于那些希望深入理解示波器工作原理,并且需要进行严谨科学研究的读者来说,这本书无疑是一份宝贵的财富。

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这本书的语言风格非常细腻且富有表现力,充满了作者对电子测量技术的深刻理解和热爱。在描述一些技术细节时,作者会使用一些非常生动的词语,仿佛能让你“看到”电子在电路中流动的轨迹,或者“听到”信号在传输过程中的细微变化。例如,在讲解示波器如何区分不同频率的信号时,作者用了“就像分辨不同乐器发出的声音一样”的比喻,将抽象的频率概念具象化。在讨论到示波器在解决实际工程问题中的作用时,作者也常常流露出一种“侦探式”的思维,鼓励读者用批判性的眼光去分析波形,从中“找出”问题的根源。这种充满画面感的文字,让我沉浸在阅读的乐趣中,并且能够更深层次地理解技术的精妙之处。读这本书,与其说是学习,不如说是一种智力上的探索和情感上的共鸣。

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作为一名资深的电子工程师,我阅览过不少关于示波器类的书籍,但这本书在内容深度和广度上都给我留下了深刻的印象。它不仅仅停留在对示波器基本操作的讲解,而是深入到了不同类型示波器(如模拟示波器、数字示波器、混合信号示波器)的内部工作原理,并且对一些高端示波器的核心技术,例如高速采样、低噪声放大、触发灵敏度等方面都有详细的阐述。书中对各种触发模式的解释,比如边沿触发、脉冲触发、逻辑触发、串口触发等,都做得非常到位,并附有大量生动的波形图例,清晰地展示了各种触发模式在捕获特定信号时的应用场景和效果。这对于我平时在调试复杂电路,特别是高速数字信号时,能够快速有效地定位问题非常有帮助。此外,书中还对示波器的一些高级功能,如FFT分析、功率测量、眼图分析等,进行了详细的介绍和应用案例分析,这使得这本书不仅仅是一本操作手册,更是一本提升实际问题解决能力的参考书。

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这本书的叙事风格非常独特,不同于我以往读过的技术书籍。作者在讲解枯燥的电路原理时,并没有使用生硬的术语堆砌,而是巧妙地融入了一些生动形象的比喻,甚至带有一些人文关怀的色彩。比如,在解释示波器如何“看到”信号时,作者将其比作一个“超级听诊器”,能够“听”到电路内部的“心跳”和“呼吸”,这种比喻一下子拉近了读者与技术之间的距离,让复杂的概念变得鲜活起来。在讨论到示波器的发展历史时,作者也并非简单罗列时间线,而是讲述了其中一些关键人物的贡献和当时的技术背景,使得历史的进程更加有血有肉。这种叙事方式,让我感觉自己不是在枯燥地学习,而是在与一位经验丰富的老师进行一次深入的交流。即使是在讲解一些相对抽象的概念时,作者也总能找到合适的切入点,让读者能够体会到其中蕴含的逻辑和美感。阅读这本书,不仅仅是为了获取知识,更是一种享受。

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我是一名学生,平时在学习电子相关课程时,经常会遇到一些难以理解的抽象概念,尤其是关于信号和波形的。这本书在这方面给了我很大的帮助。作者在讲解示波器如何捕捉和显示信号时,会用很多类比和场景化的描述,让我更容易理解“为什么”和“怎么做”。比如,当讲解触发功能时,书中就用了一个“拍照时按下快门”的比喻,让我立刻明白了触发的本质就是“抓住一个特定的瞬间”。而且,书中还提供了很多“动手实践”的小建议,虽然我没有实际的示波器,但通过书中的描述和图示,我能够模拟出很多实验场景,加深对理论知识的理解。我尤其喜欢书中最后几章关于“巧用示波器”的部分,里面介绍了很多提升测量效率和准确度的小技巧,这些都是课堂上学不到的宝贵经验。这本书就像一位循循善诱的老师,引导我一步步走近示波器的世界,让我不再感到畏惧。

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这本书的整体结构安排非常合理,从基础理论到高级应用,循序渐进,非常适合不同层次的读者。我尤其欣赏的是书中对实际案例的详细剖析。例如,在讲解数字示波器如何用于调试嵌入式系统时,书中就详细列出了调试流程,包括如何设置触发条件来捕获特定总线事件,如何使用协议解码功能来分析通信数据,以及如何结合逻辑分析仪的功能来诊断时序问题。这些案例都非常贴近实际工程中的常见场景,并且都给出了清晰的操作步骤和结果分析。我曾经在调试一个USB通信设备时遇到了很多困难,如果当时有这本书,我相信能够节省我很多时间和精力。这本书的内容不仅是理论上的讲解,更是经验的总结和智慧的传承,对于任何想要精通示波器应用的工程师来说,这本书都是不可多得的参考。

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这本书的排版和图表设计是其一大亮点,极大地提升了阅读体验。字体大小适中,行间距合理,长时间阅读也不会感到疲劳。更值得称赞的是书中大量的插图和表格,它们都经过精心设计,清晰、准确且富有信息量。例如,在讲解不同类型的示波器探头时,书中就提供了不同探头的结构示意图,并用表格对比了它们的频率响应、阻抗特性等关键参数。这种图文并茂的方式,使得抽象的技术概念变得具体可感。我特别喜欢书中对于波形图的处理,各种不同类型的信号,无论是正弦波、方波、三角波,还是更复杂的数字信号,都绘制得非常逼真,并且在关键点都做了标注,方便读者理解。甚至对于一些高级功能,如FFT分析产生的频谱图,也做得非常直观。这种精美的视觉呈现,不仅让阅读过程变得更加愉悦,也让知识的理解和记忆变得更加深刻。

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我刚接触电子领域不久,很多基础知识都还在摸索阶段,这本书的出现对我来说就像是及时雨。它并没有一开始就抛出很多高深的理论,而是从最根本的“示波器是什么”开始讲起,用非常通俗易懂的语言解释了示波器的基本工作原理,比如电压和时间的关系,信号的产生和显示过程。我特别喜欢书中对每一个关键概念的解释,都会配有详细的图示,而且这些图示都画得非常精美,能够直观地展现电路结构和信号变化。比如,在讲解扫描电路时,书中给出了清晰的方波和锯齿波的示意图,并结合文字说明了它们是如何驱动屏幕上的电子束进行扫描的。对于像我这样更偏向于视觉学习的人来说,这些图示简直是福音,让我很快就能抓住核心要点。而且,书中在讲解过程中,还穿插了一些“小贴士”或者“注意事项”,这些细节之处体现了作者的经验积累,能帮助初学者避免一些常见的错误,少走弯路。阅读过程中,我感觉自己不仅仅是在被动地接收信息,而是在积极地理解和消化,这种学习体验非常好。

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这本书的装帧设计相当不错,纸质厚实,印刷清晰,拿到手里沉甸甸的,给人一种很扎实的感觉。封面采用了一种比较沉稳的蓝色调,搭配上简洁的白色字体,整体风格专业而不失现代感。在目录部分,章节划分得非常清晰,从最基础的原理介绍,到各种具体型号的示波器工作原理和操作指南,再到实际应用案例的分析,层层递进,逻辑性很强。初次翻阅,就对作者在内容编排上的用心有了初步的印象。我尤其期待的是后面关于信号分析和故障诊断的部分,很多时候,示波器不仅仅是显示波形,更重要的是如何通过波形来解读电路的状态,这本书的标题预示着这方面的内容会比较详实,这对于我这样需要处理实际工程问题的读者来说,是至关重要的。此外,书中在介绍不同类别的示波器时,也穿插了一些历史发展的脉络,虽然篇幅不一定长,但这种背景知识的补充,能帮助读者更好地理解当前示波器技术发展的方向和优势。整体而言,从拿到书的最初体验来看,这本书在内容呈现和外在形式上都做得比较到位,让人对接下来的阅读充满了期待。

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