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出版者:机械工业出版社

作者:李良荣 编

出品人:

页数:436

译者:

出版时间:2007-8

价格:42.00元

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isbn号码:9787111217732

丛书系列:

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• 模拟电路
• 数字电路
• 单片机
• 电子工程
• 技术手册

电子设计与制造的深度探索：电路原理、系统集成与未来趋势 本套图书旨在为电子工程、自动化、机电一体化等相关专业的学生、工程师以及技术爱好者提供一套全面、深入且极具实践指导意义的电子设计与制造知识体系。全套书系涵盖了从基础理论构建到复杂系统实现的完整链条，强调理论与实践的紧密结合，致力于培养读者独立分析问题、系统设计和解决实际工程挑战的能力。 本套丛书共分为六卷，内容精心组织，层层递进，确保读者能够系统地掌握现代电子技术的核心精髓。 --- 第一卷：模拟电路基础与信号调理 核心内容概述： 本卷聚焦于电子系统的“血肉”——模拟信号的处理。它从最基本的有源与无源元件特性入手，深入探讨半导体器件（如二极管、双极性晶体管BJT和场效应晶体管FET）的工作原理及其在放大电路中的应用。 详细内容解析： 1. 元件物理基础与建模： 详细解析PN结的形成、扩散与漂移电流，介绍理想与实际二极管的模型，以及晶体管的Ebers-Moll模型和简化模型。重点分析温度对器件特性的影响。 2. 单级与多级放大器设计： 深入研究共源、共射、共集等基本组态的偏置电路设计（包括电压反馈、电流反馈偏置），计算其直流工作点、电压增益、输入输出阻抗。对多级放大器（如级联、达灵顿对）进行频率响应分析，引入米勒效应的计算与抑制方法。 3. 运算放大器（Op-Amp）的精妙应用： 区别理想运放与实际运放的差异（如失调电压、共模抑制比CMRR、压摆率Slew Rate）。全面覆盖反相、同相、加法、减法、积分、微分电路。重点讲解有源滤波器（一阶、二阶Sallen-Key、Butterworth、Chebyshev滤波器）的设计与仿真，确保信号在特定频段内获得最佳的纯化效果。 4. 反馈理论与稳定性分析： 阐述负反馈对电路性能（增益、带宽、失真）的改善作用。引入波特图（Bode Plot）分析方法，计算相位裕度与增益裕度，确保反馈系统的稳定性，避免振荡。 5. 电源调节与线性稳压： 介绍整流、滤波、稳压的基本拓扑。详细讲解并联型和串联型线性稳压器的设计，包括误差放大器、调整管的选择与热设计，实现高PSRR（电源抑制比）的稳定输出。 --- 第二卷：数字电子系统与逻辑设计 核心内容概述： 本卷是构建现代计算和控制系统的基石。它从布尔代数出发，逐步过渡到复杂的组合逻辑和时序逻辑电路设计，最终导向可编程逻辑器件（PLD）的应用。 详细内容解析： 1. 数制与布尔代数基础： 系统介绍二进制、八进制、十六进制，以及它们之间的相互转换。深入探讨德摩根定理、分配律等布尔代数定律，并利用卡诺图（K-map）和Quine-McCluskey方法进行逻辑函数的化简。 2. 组合逻辑电路实现： 详述标准逻辑门（AND, OR, NOT, XOR）的特性和集成电路系列（如TTL和CMOS族的电气特性对比）。讲解数据选择器（MUX）、译码器（Decoder）、编码器（Encoder）以及全加器/全减器的设计与应用。 3. 半导体存储器原理： 剖析SRAM和DRAM的基本单元结构、读写时序与刷新机制，理解它们在系统内存层次结构中的定位。 4. 时序逻辑电路： 重点解析基本锁存器（Latch）与触发器（Flip-Flop，包括D, JK, T型）的特性、特性方程和转换表。深入研究寄存器组、移位寄存器和计数器（同步/异步计数器）的设计与应用。 5. 有限状态机（FSM）设计： 采用Mealy和Moore模型对系统行为进行建模。详细讲解状态图、状态表到实际电路的转换过程，包括状态编码、消除冗余状态和毛刺（Glitch）的消除技术。 6. 可编程逻辑器件（PLD）： 介绍CPLD和FPGA的基本结构（查找表LUT、触发器、布线资源）。阐述如何使用硬件描述语言（HDL，如VHDL或Verilog）对逻辑功能进行高效描述和综合。 --- 第三卷：微处理器与嵌入式系统架构 核心内容概述： 本卷将理论的数字电路知识与实际的计算单元——微处理器相结合，侧重于现代嵌入式系统的工作原理、指令集架构（ISA）和软硬件接口技术。 详细内容解析： 1. CPU核心架构与工作流程： 深入解析冯·诺依曼与哈佛架构的区别。详细描述CPU中取指、译码、执行、访存和写回这五个阶段的流水线操作，分析数据冒险和控制冒险的应对策略。 2. 指令集与汇编语言： 选取典型RISC（如ARM Cortex-M系列）和CISC（如x86精简指令）架构，剖析其指令格式、寻址模式和堆栈操作。通过编写实际汇编程序，理解程序在硬件上的底层执行过程。 3. 存储器系统与总线结构： 讲解Cache的工作机制（直接映射、组相联、全相联），以及缓存命中率对系统性能的影响。深入探讨各种总线协议（如AMBA AXI/AHB）的数据传输握手和仲裁机制。 4. 中断与异常处理： 阐述中断向量表、优先级管理和上下文切换的完整流程。分析中断延迟对实时系统的关键性影响。 5. I/O接口与外设交互： 详细介绍并行I/O、串行I/O（UART, SPI, I2C）的硬件接口标准和时序要求。讲解直接内存访问（DMA）控制器的工作原理及其在高效数据传输中的作用。 --- 第四卷：电力电子学与电机驱动技术 核心内容概述： 本卷专注于大功率电能的变换与控制，是连接电子技术与电力能源领域的核心桥梁。内容侧重于功率半导体器件的开关特性和各类变换器的拓扑结构。 详细内容解析： 1. 功率半导体器件： 详细对比功率MOSFET、IGBT和GTO的特性，重点分析导通损耗、开关损耗及其在不同应用场景的选择依据。探讨驱动电路的设计，包括隔离驱动和死区时间的控制。 2. 直流电路（DC-DC）变换器： 全面分析非隔离型的Buck（降压）、Boost（升压）、Buck-Boost变换器的基本工作模式、输入输出电压关系、纹波分析。深入讲解隔离型变换器，如正激、反激和半桥/全桥LLC谐振变换器的设计与磁性元件设计。 3. 交流电路（AC-DC/DC-AC）变换： 讲解单相和三相可控整流电路，重点研究晶闸管（SCR）和PWM整流器的性能。详述逆变器（Inverter）的工作原理，包括SPWM和SVPWM（空间矢量脉宽调制）技术，及其在电机驱动中的应用。 4. 电机的电磁理论与控制： 简要介绍直流电机和交流电机（感应电机、永磁同步电机PMSM）的基本结构和特性曲线。重点阐述开环与闭环调速的基本方法，以及磁场定向控制（FOC）的理论基础。 5. 热管理与保护： 分析功率器件的结温模型、散热器设计（热阻计算）和热设计导则。讲解过流、过压保护（OCP/OVP）电路的设计与实现。 --- 第五卷：传感器、测量与数据采集系统（DAQ） 核心内容概述： 本卷聚焦于电子系统如何感知物理世界。它详细介绍了各类传感器的物理原理、信号特性，以及如何构建高精度、高可靠性的数据采集链条。 详细内容解析： 1. 传感器原理与分类： 系统介绍电阻式（如应变片）、电容式、电感式、压电式、光电式和热电偶等传感器的物理效应和数学模型。重点分析传感器的灵敏度、线性度、迟滞和漂移等关键参数。 2. 信号调理电路深度剖析： 针对传感器输出的微弱、高阻或噪声信号，讲解如何设计高精度仪表放大器（Instrumentation Amplifier），并讨论噪声的来源（50Hz工频干扰、热噪声、散弹噪声）及滤波技术（数字滤波与模拟滤波的结合）。 3. 模数转换器（ADC）技术： 详细对比采样率、有效位数（ENOB）、非线性度等指标。深入解析逐次逼近型（SAR）、双积分型、流水线型和Sigma-Delta（$Sigma-Delta$）ADC的工作原理和适用场景。 4. 数模转换器（DAC）： 介绍电阻网络、R-2R梯形网络及电流舵型DAC的工作原理，分析其建立时间、单调性和微分/积分非线性。 5. 数据采集系统集成： 讲解如何基于FPGA或高性能微处理器构建同步或异步的多通道数据采集系统。重点讨论系统时间同步、硬件触发机制和抗混叠滤波器的设计要求。 --- 第六卷：电磁兼容性（EMC）与系统级封装设计 核心内容概述： 本卷将视角从单个电路扩展到整个系统层面，探讨现代电子产品设计中至关重要的可靠性、抗干扰能力和物理实现工艺。 详细内容解析： 1. 电磁兼容性理论基础： 介绍EMC的四大要素（骚扰源、耦合路径、接收器）和三个维度（辐射发射RE、传导发射CE、抗扰度RS/CS）。讲解麦克斯韦方程组在PCB设计中的应用。 2. PCB布局与布线的高级技术： 深入讲解差分信号对（Differential Pairs）的阻抗控制和等长处理。剖析电源分配网络（PDN）的设计，包括去耦电容的选型、放置策略和高频去耦的“电容墙”概念。 3. 接地技术与屏蔽设计： 阐述单点接地、多点接地和混合接地的适用原则。详细分析机箱屏蔽、敷铜和屏蔽罩的衰减原理，以有效抑制辐射干扰。 4. 热-电-力耦合分析： 探讨高密度封装（如BGA）下的热点效应和机械应力对焊接点可靠性的影响。介绍有限元分析（FEA）在热设计中的应用。 5. 可靠性工程与可制造性设计（DFM）： 介绍MTBF（平均无故障时间）的计算方法。讨论SMT（表面贴装技术）的工艺要求，如焊膏厚度、回流焊曲线的控制，确保批量生产的成品率和长期可靠性。 --- 全书特色与目标： 理论的深度与广度并重： 不仅限于教科书的公式推导，更注重将理论知识与实际的工程参数（如芯片手册规格、实际的PCB层叠结构）相结合。 强大的仿真验证体系： 书中所有关键电路和系统模块均提供了基于Spice、LabVIEW或MATLAB/Simulink的验证流程和结果分析，帮助读者建立“仿真-验证-实现”的闭环思维。 贴近前沿技术的应用实例： 穿插讲解了如SiC/GaN功率器件的应用潜力、低功耗物联网（IoT）设计中的关键技术（如LoRa/NB-IoT接口电路）以及现代CPU缓存一致性协议的简化模型。 本套图书是电子工程师从“会搭电路”迈向“能设计系统”的必备参考指南。

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读完这本书，我感觉自己的逻辑思维能力得到了显著提升！作者在讲解每一个概念时，都循循善诱，引导读者一步步地深入思考，而不是简单地给出结论。他善于运用类比和比喻，将抽象的原理具象化，让我能够轻松地理解那些原本看起来非常晦涩难懂的内容。而且，书中大量的例题和练习题，都设计得非常巧妙，能够帮助我巩固所学知识，并且发现自己理解上的不足。我以前学习电子技术，常常会遇到瓶颈，感觉自己停滞不前。但这本书就像一位优秀的导师，总能在关键时刻点拨我，让我茅塞顿开。它的讲解方式非常注重培养读者的独立思考能力，鼓励我们去探索和发现，而不是被动地接受信息。我发现，通过这本书的学习，我不再仅仅是记住一些公式和定理，而是能够真正理解它们背后的逻辑和原理，并且能够举一反三，将这些知识灵活地运用到解决实际问题中。

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这本书的插图和排版简直是一场视觉盛宴！每一页都精心设计，色彩搭配和谐，图表清晰易懂， even the most complex circuit diagrams are presented in a way that's incredibly approachable. 翻阅它的时候，感觉就像是在欣赏一本艺术品，而不是枯燥的技术手册。更值得称赞的是，作者在细节上的考究，比如对字体大小、行距、留白的拿捏都恰到好处，长时间阅读也不会感到疲劳。封面设计也很别致，一眼就能抓住眼球，让人充满探索的欲望。我之前接触过一些电子设计方面的书籍，很多都只是单纯地罗列公式和原理，缺乏视觉上的吸引力，读起来味同嚼蜡。但这本书完全颠覆了我的认知，它将技术知识与美学巧妙地融合在一起，让学习过程变得更加愉悦和高效。这种对细节的极致追求，充分展现了作者的专业素养和对读者的尊重。我甚至觉得，即使不为了学习技术，仅仅是收藏和欣赏这本书的排版设计，也是物有所值的。它无疑是市面上众多同类书籍中的一股清流，为我带来了全新的阅读体验。

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我不得不说，这本书的实用性简直是超乎想象！作者在讲解每一个技术点的时候，都紧密结合了实际工程中的应用，并且提供了大量可以直接借鉴的实践经验和技巧。书中的案例分析非常详尽，涵盖了从设计到调试的各个环节，让我能够清晰地了解到如何在实际项目中应用这些知识。我以前在学习过程中，常常会遇到理论与实践脱节的问题，学了很多东西却不知道如何落地。但这本书完全解决了我的困扰，它就像一个经验丰富的工程师，手把手地教我如何解决实际问题。书中提供的代码示例和电路图，都经过了严格的验证，可以直接拿来使用，大大节省了我宝贵的开发时间。我感觉，这本书不仅仅是一本学习教材，更是一本随身携带的工程师手册，能够在任何时候为我提供帮助和指导。它的内容紧贴行业发展，涵盖了最新最实用的技术，让我始终走在行业前沿。

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这本书的语言风格实在太迷人了，它不像其他技术书籍那样枯燥乏味，而是充满了人文关怀和作者的个人思考。他在讲解技术内容的同时，还会穿插一些关于电子设计发展历程的趣闻轶事，以及他对行业未来的独到见解。这些内容虽然不直接与技术相关，但却极大地丰富了我的阅读体验，让我感觉自己不仅仅是在学习一门技术，更是在了解一个领域的发展脉络和人文底蕴。作者的文笔流畅优美，字里行间透露出他对电子设计的热爱和激情。他用一种非常生动形象的语言，描绘出电子世界的奇妙之处，让我对这个领域产生了更加浓厚的兴趣。我甚至觉得，这本书可以作为一本入门的读物，让那些对电子设计完全不了解的人，也能被它深深吸引，从而激发他们学习的兴趣。它打破了技术书籍的刻板印象，让学习变得充满乐趣和惊喜。

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我真的非常惊讶于这本书的广度和深度！它几乎涵盖了电子设计领域的方方面面，从最基础的元器件知识，到各种复杂的系统集成，再到前沿的技术趋势，都进行了深入浅出的讲解。作者的知识储备可见一斑，能够将如此庞杂的内容梳理得井井有条，并且用一种非常易于理解的方式呈现出来，这本身就是一项了不起的成就。我尤其欣赏书中对实际应用场景的详尽分析，它不仅仅停留在理论层面，而是通过大量的案例研究，将抽象的概念转化为具体的解决方案。这对于我们这些希望将所学知识应用于实际项目中的读者来说，无疑是极其宝贵的财富。我以前在学习某个特定技术时，常常需要查阅大量的资料，东拼西凑才能勉强理解。但这本书就像一本百科全书，几乎涵盖了我可能遇到的所有问题，并且提供了非常系统和完整的解答。它的知识体系如此完备，逻辑性如此强，让我能够循序渐进地掌握复杂的概念，并且建立起完整的知识框架。

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