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《中等职业学校教学用书·低频电子线路(第2版)》从应用的角度出发，深入浅出地介绍《低频电子线路》有关的基本理论、基础知识和基本技能，内容共有8章（晶体器件、基本放大器、负反馈放大器、低频功率放大器、集成放大器、信号发生器、稳压电源及相关实验与练习）。并力图结合课堂演示、演练、实验和练习，尝试课堂理论与实践一体化教学法，体现职业教育教学方法和现代教育技术的应用，提高课堂教学效率和效果。为了便于深入学习和理解书中内容，各章节后都附有思考与练习题。同时给出了大部分演示、演练和实验的结论及问题的参考答案，而且，为了方便教师教学及读者自学，《中等职业学校教学用书·低频电子线路(第2版)》还将配套教学光盘收录教材中所有的例子及演示、演练和实验的多媒体素材。
晶体管开关电路与逻辑门技术 （本书不含“低频电子线路”相关内容） 内容简介 本书聚焦于现代电子技术的核心——晶体管开关电路的设计、原理分析与实际应用，特别是其在实现数字逻辑功能中的关键作用。全书以深入浅出的方式，系统阐述了半导体器件，特别是双极型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）作为开关元件的工作机制，并以此为基础，详细剖析了各类基础与复杂逻辑门的构建、性能评估及在集成电路中的实现方式。 本书旨在为电子工程、计算机科学以及相关领域的学生和工程师提供一本既有扎实的理论深度，又具强大实践指导意义的专业参考书。我们摒弃了传统模拟电路的范畴，将全部篇幅聚焦于开关模式下的半导体物理行为与电路拓扑结构，确保内容的前沿性与专业性。 --- 第一部分：半导体开关元件基础 本部分为后续复杂逻辑电路的构建奠定必要的物理和器件基础。我们将完全跳过线性放大、偏置稳定等低频模拟电路分析，直接进入晶体管的饱和与截止区域研究。 第一章：晶体管开关的物理基础 本章首先回顾PN结的基本特性，但重点在于快速开关所需的少数载流子注入与存储效应。详细分析晶体管（BJT和MOSFET）在不同偏置条件下的I-V特性曲线，明确界定“开关”所需的四个工作状态：击穿、反向偏置截止、正向偏置饱和和线性区。 关键内容： 开关损耗的根源： 深入探讨存储时间（Storage Time）和开启/关断延迟（Turn-on/Turn-off Delay）的物理机制，强调这与载流子在基区或沟道中的累积和耗尽速度直接相关。 速度指标： 定义并量化上升时间、下降时间、传播延迟（Propagation Delay）等关键动态参数，为后续电路的性能优化提供量化标准。 器件选型考量： 基于开关速度、功耗和导通电阻（$R_{DS(on)}$ 或 $V_{CE(sat)}$）的需求，对比分析不同类型晶体管（如肖特基二极管、高速BJT、VDMOS）作为开关元件的优劣。 第二章：基本开关电路拓扑 本章专注于分析单个或少量晶体管构成的基本开关结构，重点关注其电压传递特性和负载驱动能力。 BJT开关： 详细分析共射极开关（CE Switch），讨论驱动电流与饱和深度的关系。引入Schottky-Clamped BJT（SBT）的结构和优势，阐述如何有效削弱存储电荷，从而显著缩短关断时间。 MOSFET开关： 重点研究增强型和耗尽型MOSFET作为“电流控制电压开关”的应用。分析其在导通状态下的欧姆区电阻特性，以及在高频下栅极电荷对开关速度的影响。 开路/集电极开路输出： 介绍具有高阻抗输出级的开关结构，及其在多级驱动和线选（Wired-Logic）中的应用，特别是需要外部上拉电阻的场景。 --- 第二部分：晶体管逻辑门电路实现 本部分是全书的核心，系统地将开关理论应用于构建数字系统的基本单元——逻辑门。我们完全侧重于基于晶体管的直接实现，不涉及标准化的TTL或CMOS家族的详细介绍，而是从底层原理出发，构建出这些家族的原型。 第三章：电阻晶体管逻辑（RTL）与直接耦合晶体管逻辑（DCTL） 作为逻辑电路的早期形态，RTL和DCTL为理解电流控制逻辑提供了基础视角。 RTL分析： 探讨电阻作为上拉元件的局限性（功耗大、噪声容限低）。详细分析其扇入数（Fan-in）的限制及其对电压阈值的影响。 DCTL的改进： 介绍如何通过直接耦合输入晶体管来消除外部电阻，实现更高的集成度。着重分析饱和导致的“电流争夺”问题（Current Hogging），这是限制其应用的关键因素。 第四章：二极管-晶体管逻辑（DTL）与横向晶体管逻辑（CTL） 本章过渡到使用二极管进行输入端的“信号合取”，这是更高效的逻辑实现方式。 DTL结构： 详细剖析使用二极管隔离输入信号和实现“与”逻辑的功能。分析二极管的压降如何影响输出的逻辑高电平（$V_{OH}$）和低电平（$V_{OL}$）。 抗饱和设计： 引入肖特基二极管到晶体管基极的钳位技术，从根本上解决晶体管的饱和问题，显著提高开关速度，从而引出肖特基逻辑的基础概念。 第五章：晶体管-晶体管逻辑（TTL）的基础构建 本章聚焦于TTL中使用的核心创新——多发射极晶体管（Multi-emitter Transistor）作为“与非”逻辑的实现。 多发射极结构： 详细解释多发射极晶体管的工作原理，阐述它如何在一个晶体管内部同时实现“与”和“非”的功能。 标准TTL结构解析： 构建一个基础的TTL NAND门，精确分析其在输入端全为高电平（AND实现）和至少一个输入为低电平（OR实现）时的电流路径和输出状态转换。 三态输出与缓冲器： 介绍驱动能力增强的推挽（Totem-pole）输出结构，及其如何实现高电流驱动能力和低输出阻抗。引入三态逻辑的概念，即引入一个“高阻态”，用于总线连接。 --- 第三部分：场效应管逻辑（FET Logic） 本部分转向基于电压控制的MOSFET逻辑，这是现代数字集成电路的主流技术基础。 第六章：MOSFET开关逻辑（电阻负载MOS） 作为CMOS的前身，电阻负载MOS逻辑是理解MOS电路的起点。 结构与工作点： 分析使用一个有源负载（一个固定偏置的MOS管）或一个纯电阻作为上拉元件的结构。 性能分析： 计算其静态功耗（显著高于CMOS）以及其输出电压摆幅受限于有源负载的截止电压。 第七章：互补金属氧化物半导体（CMOS）逻辑的构建原理 CMOS逻辑因其极低的静态功耗成为现代数字系统的基石。本章深入探讨其互补结构。 PNP与NPN的互补性： 详细分析PMOS（上拉网络）和NMOS（下拉网络）如何协同工作，确保在静态状态下，始终有一个器件截止，从而实现零直流功耗。 传输门与阈值电压： 计算CMOS反相器的噪声容限（Noise Margin）和高/低电平阈值电压 ($V_{M}$)，解释为何CMOS具有极佳的抗干扰能力。 CMOS基本逻辑门实现： 系统性地推导出CMOS的反相器、NAND门和NOR门的晶体管级数结构，重点关注如何利用串联（实现AND）和并联（实现OR）的组合来构建通用的“与非”和“或非”结构。 第八章：CMOS的动态特性与优化 本章关注CMOS电路在开关状态下的速度和功耗，这是实现高速系统的关键。 动态功耗分析： 详细计算因对输出电容充放电而产生的动态功耗 $P_{D} = C_{L}V_{DD}^2f$，强调频率与功耗的线性关系。 亚阈值导电与亚稳态： 讨论当晶体管工作点接近截止阈值时，亚阈值漏电流对低功耗设计的影响。 逻辑设计规则： 引入关键的“尺寸调整”（Sizing）概念，即通过调整晶体管的宽长比（W/L）来平衡门的驱动强度（速度）与功耗，确保上拉和下拉网络具有匹配的转换时间。 --- 第四部分：高级开关结构与应用 本部分探讨超出门槛的基本逻辑功能，转向更复杂的开关应用和集成结构。 第九章：逻辑门的互连与线选（Wired Logic） 线与/线或： 讨论如何在TTL和CMOS结构中，通过直接连接输出端（放弃标准输出级）来实现“线与”（Wired-AND）或“线或”（Wired-OR）操作，以及这种操作的局限性（如对总线驱动能力的影响）。 扩展驱动能力： 介绍使用缓冲器（Buffer）和驱动器（Driver）来隔离内部逻辑与外部负载，确保逻辑单元的性能不受外部电容的影响。 第十章：锁存器与触发器的开关实现 本章将开关电路的知识应用于存储单元的构建，这是构建时序电路的基础。 S-R锁存器： 使用基础的交叉耦合反相器（NAND/NOR）构建基本的置位-复位锁存器，分析其竞争冒险（Race Condition）和不可定义状态。 主从结构（Master-Slave）： 介绍如何通过两个串联的锁存器（由一个时钟信号控制）来构建边沿触发的D触发器，详细分析其在时钟上升沿和下降沿的数据捕获过程。 高速开关对策： 讨论在快速开关系统中，必须使用肖特基钳位或专门的MOS结构来消除存储延迟对时序窗口的影响。 --- 总结与展望 本书的全部内容严格围绕半导体器件在开关状态下的行为及其在数字逻辑电路中的应用展开，旨在提供对数字集成电路设计底层逻辑构建的透彻理解。本书不涉及任何直流或交流信号放大技术、滤波器设计、振荡器原理或功率转换等低频电子线路范畴内的专业知识。
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