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出版者:McGraw-Hill College

作者:McGraw-Hill

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:54

装帧:Pap

isbn号码:9780028028361

丛书系列:

图书标签:

• 电子学
• 电路分析
• 模拟电路
• 数字电路
• 半导体
• 电子器件
• 电路原理
• 电子工程
• 基础电子学
• 电气工程

模拟与数字电子系统基础：探寻信息世界的基石 图书名称：模拟与数字电子系统基础 图书简介： 本书旨在为读者构建一个扎实而全面的电子系统基础知识框架，深入剖析电子技术领域最核心的模拟和数字两大分支。我们认识到，现代电子设备是建立在对电信号精确控制和高效处理之上的，因此，本书将从最基本的电路理论出发，逐步引导读者深入到半导体器件的物理特性，再过渡到复杂系统的设计与实现。本书的结构设计力求逻辑严密，内容覆盖面广，既注重理论深度，也强调工程实践中的应用价值。 第一部分：电学基础与线性电路分析 开篇，我们将回顾并深化读者对电学基本定律的理解，包括欧姆定律、基尔霍夫定律（KCL和KVL）在复杂网络分析中的应用。我们不会仅仅停留在理论推导，而是结合大量的实例，展示如何运用节点电压法和网孔电流法来快速求解静态和动态电路中的电压和电流分布。 随后，我们将引入电容和电感这两种基本的储能元件。重点讨论它们在直流（DC）和交流（AC）电路中的行为差异。针对交流电路，我们将引入相量（Phasor）分析方法，这是理解正弦稳态电路响应的关键工具。读者将学习如何计算RLC串联和并联电路的阻抗、相位角以及谐振现象的产生条件和影响。 线性系统的分析是本部分的高潮。我们将详细介绍电路分析的强大工具——拉普拉斯变换（Laplace Transform）。拉普拉斯变换提供了一种将时域微分方程转化为频域代数方程的有效途径，极大地简化了包含初始条件的动态电路（如一阶和二阶系统）的求解过程。读者将掌握如何通过计算系统的传递函数（Transfer Function）来表征其频率响应特性，并初步理解零点和极点对系统稳定性的影响。傅里叶级数和傅里叶变换也将被引入，用以分析非正弦周期信号和非周期信号的频谱内容，为后续的信号处理打下基础。 第二部分：半导体器件与模拟电路核心 本部分聚焦于现代电子学的“心脏”——半导体器件。我们将从材料科学的角度出发，解释PN结的形成及其单向导电特性。随后，重点深入研究二极管的理想模型、实际模型以及在整流、钳位和限幅电路中的应用。 晶体管是模拟电子学的基石。本书将详细阐述BJT（双极性结型晶体管）和FET（场效应晶体管，特别是MOSFET）的工作原理、I-V特性曲线，以及它们作为放大器的基本偏置电路设计。我们将区分不同工作区域（截止区、放大区、饱和区），并详细分析如何通过精确的偏置点选择来确保放大器工作在线性区。 放大电路的分析将是本部分的核心内容。我们将从最基础的共源、共基和共集三种基本组态入手，推导出它们的小信号模型（如混合$pi$模型）。基于小信号模型，我们将系统地分析放大器的关键性能指标：电压增益、电流增益、输入阻抗和输出阻抗。我们还将探讨多级放大器的设计，包括推挽级（Push-Pull Stage）在功率放大中的应用，以及差分放大器（Differential Amplifier）在高共模抑制比（CMRR）方面的优势。 此外，我们将专门开辟章节讨论反馈理论在模拟电路中的重要作用。负反馈如何改善放大器的线性度、稳定增益和控制带宽，以及震荡器的设计原理（如文氏桥振荡器、相移振荡器）也将被详细讲解，揭示如何从直流信号中产生稳定、纯净的交流信号。 第三部分：运算放大器（Op-Amp）的深入应用 运算放大器作为理想化的电压放大器件，是模拟电路设计中的万能工具。本书将首先定义理想运放的特性，并分析其在输入级对理想特性的偏离（如失调电压、共模抑制）。 随后，我们将全面覆盖运放的经典应用电路：反相放大器、同相放大器、电压跟随器、加法器、减法器和积分器、微分器。对于每一个应用，我们都会推导出其传递函数，并分析实际运放的带宽限制和失真问题。 更进一步，本书将深入探讨运放的频率补偿技术，以确保负反馈系统的稳定性。我们将研究有源滤波器设计，包括巴特沃什（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）等不同类型滤波器的设计规范、低通、高通、带通和带阻滤波器的实现，并介绍如何使用运放构建状态变量滤波器。最后，我们还会涉及比较器、零交叉检测器以及使用运放构建基本数据转换器（如ADC和DAC）的原理概述。 第四部分：组合逻辑与时序逻辑——数字系统的基石 从模拟世界过渡到数字世界，本书将系统地介绍布尔代数及其在电子系统中的应用。我们将详细解析逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）的工作原理及其实现方式。 布尔函数的化简是数字设计的第一步。我们将教授如何使用卡诺图（Karnaugh Maps）和Quine-McCluskey方法进行最简表达式的求解，这是优化硬件资源的关键技能。 组合逻辑电路的设计将被系统地展开，包括译码器（Decoder）、编码器（Encoder）、多路复用器（Multiplexer, MUX）和数据选择器。我们将展示如何利用这些基本模块搭建复杂的逻辑功能，如全加器和ALU的基本结构。 时序逻辑部分是理解存储和状态机的关键。我们将从最基本的存储单元——锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop，如D型、JK型、T型）的特性入手，重点分析它们的时序图和同步电路设计要求。随后，我们将构建寄存器（Register）和计数器（Counter），包括异步和同步计数器的设计。 最后，本书将详细阐述有限状态机（FSM）的设计流程，包括状态图、状态表到触发器驱动方程的转换。我们将应用Mealy和Moore模型来设计控制器，这是实现复杂数字系统的核心方法论。 第五部分：微电子系统接口与应用 在掌握了模拟和数字两部分基础后，本书的最后部分将关注如何将两者连接起来，构建完整的电子系统。我们将深入探讨数据转换技术，详细解释ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）的原理、类型（如逐次逼近、双积分）及其关键参数（如分辨率、采样率、量化误差）。 我们将介绍标准数字逻辑系列的特性（如TTL和CMOS），并讨论逻辑电平的兼容性问题。此外，本书将涉及总线结构、存储器接口（RAM/ROM的基本操作）以及基本的输入/输出（I/O）控制机制。 通过对上述五个部分的系统学习，读者将不仅掌握电子学的基础知识，更能具备分析和设计简单到中等复杂度的电子电路和数字系统的能力，为未来在嵌入式系统、通信工程或自动化控制等领域进行更深入的学习和工作打下坚实可靠的技术基础。本书的每一个章节都配有丰富的例题和课后习题，以巩固所学概念并培养解决实际问题的工程思维。

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