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出版者:人民邮电出版社

作者:Upamanyu Madhow

出品人:

页数:512

译者:

出版时间:2010-03

价格:69.00元

装帧:平装

isbn号码:9787115223005

丛书系列:图灵原版电子与电气工程系列

图书标签:

• 电子
• 数字通信
• 通信原理
• 信号处理
• 调制解调
• 信道编码
• 信息论
• 无线通信
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• 现代通信
• 通信工程

模拟电子技术：从器件到系统 内容提要： 本书系统阐述了模拟电子技术的基本原理、关键器件特性及电路设计方法，旨在为读者构建一个全面、深入且实用的电子技术知识体系。全书内容涵盖了从最基本的半导体物理基础到复杂的集成电路应用，结构清晰，逻辑严密，理论深度与工程实践紧密结合。 第一部分：半导体器件基础与放大电路 本部分聚焦于模拟电子系统的基石——半导体器件的物理特性和工作原理。 第一章：半导体基础与PN结 深入探讨半导体材料的能带理论、载流子输运现象（漂移与扩散）。详细解析PN结的形成、内部电场分布、伏安特性曲线及其在整流、稳压等方面的应用。重点剖析了齐纳二极管、肖特基二极管等特殊二极管的工作机制及其在电路中的选型考量。 第二章：双极型晶体管（BJT） 系统介绍了BJT的结构、工作区划分（截止、放大、饱和）。详细推导了BJT在不同偏置电路（固定偏置、分压偏置、发射极反馈偏置）下的直流和交流工作点分析方法，并给出了多种实用偏置电路的参数设计步骤。深入剖析了共射、共基、共集三种基本组态的电压增益、电流增益、输入输出阻抗特性及其优缺点。引入混合$pi$模型和等效电路，为高频分析奠定基础。 第三章：场效应晶体管（FET）与MOSFET 阐述了结型场效应管（JFET）和金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）的工作原理，重点分析了增强型和耗尽型MOSFET的阈值电压、跨导特性。详细介绍了MOSFET的放大电路配置（共源、共栅、共漏），并与BJT电路进行对比分析，突显其在低功耗、高输入阻抗设计中的优势。讨论了器件的非理想效应，如沟道长度调制、米勒效应等。 第四章：晶体管放大电路分析与频率响应 本章将前述的器件知识融会贯通，系统分析单级和多级放大电路的性能。深入研究耦合方式（阻容耦合、直接耦合、变压器耦合）。重点分析了放大电路的频率响应特性，从低频截止频率到高频截止频率的推导，引入波特图分析法。详细阐述了中频增益的确定，并探讨了如何通过反馈机制改善带宽和稳定性。 第二部分：反馈、运算放大器与线性电路 本部分将研究如何通过负反馈提高电路性能，并深入探讨集成运算放大器（Op-Amp）这一核心模拟模块的应用。 第五章：反馈原理与稳定性分析 系统阐述了负反馈对放大电路性能（增益、带宽、输入输出阻抗、失真）的改善作用。详细区分了串联、并联、串-并、并-串四种基本反馈组态的等效电路分析方法。重点讨论了反馈放大器的稳定性问题，引入Bode图和Nyquist图分析方法，讲解相位裕度和增益裕度的概念及其对系统稳定性的意义。 第六章：理想与实际运算放大器 从理想运放的基本特性（无穷大开环增益、无穷大输入阻抗、零输出阻抗）出发，推导出各种经典应用电路，如反相放大器、同相放大器、电压跟随器、求和电路、积分电路和微分电路。随后，深入剖析实际运放的非理想特性，包括输入失调电压、共模抑制比（CMRR）、摆率（Slew Rate），并指导读者如何选择合适的运放型号以满足特定应用需求。 第七章：有源滤波器设计 本章专注于利用运放实现频率选择性网络——有源滤波器。详细介绍巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）等经典滤波器通带幅频特性及其设计参数。系统讲解二阶有源滤波器的Sallen-Key、多路反馈（MFB）等经典拓扑结构，并提供从理论到实践的滤波器设计流程。此外，还包括有源高通、低通、带通和带阻滤波器的设计实例。 第八章：电流与功率放大电路 讨论了不同输出级（A类、B类、AB类、C类）的效率、线性度与功耗特性。重点分析了互补对称输出级（推挽电路）的设计与工作原理，解决信号交越失真问题。讲解了电压跟随器在驱动能力增强中的作用，并对功率放大器的热设计和散热管理进行了工程化指导。 第三部分：信号产生与处理 本部分关注模拟信号的产生、转换以及与数字系统的接口。 第九章：多谐振荡器与波形发生器 深入研究振荡电路的原理，包括正弦波振荡器（如文氏桥、相移振荡器）的起振条件和频率确定。重点讲解非正弦波形发生器，包括多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的工作原理及其在方波、三角波生成中的应用。详细分析了555定时器的内部结构和多功能应用。 第十篇：直流/直流转换器与开关电源基础 本章介绍了DC-DC转换器的基本概念，重点分析了异步升压（Boost）、降压（Buck）和降压-升压（Buck-Boost）拓扑的电路模型、工作周期（占空比）与输出电压的关系。讨论了开关电源中的脉冲宽度调制（PWM）技术，并对电感和电容的选择原则进行了工程说明，强调纹波抑制和瞬态响应的重要性。 第十一篇：数据转换器（ADC与DAC） 本章阐述了数字系统与模拟世界交互的关键接口技术。详细解析了数模转换器（DAC）的结构（如电阻梯形、R-2R网络）和性能指标（分辨率、建立时间）。深入比较了不同类型模数转换器（ADC）的工作原理，如双积分型、逐次逼近型（SAR）、流水线型（Pipeline）和Σ-Δ型，分析了它们在速度与精度的权衡取舍，并介绍了过采样与欠采样的概念。 附录：常用器件数据手册解读与仿真工具入门 提供对典型BJT、MOSFET和运算放大器数据手册关键参数的阅读指南，包括$f_T$、$V_{BE( ext{on})}$、$V_{GS( ext{th})}$、GBWP等。简要介绍SPICE仿真环境下的基本电路建立、参数扫描和瞬态分析方法，帮助读者快速验证理论设计。 --- 本书特点： 1. 理论完备性： 从半导体物理学的一致性出发，确保对器件特性的理解深入且连贯。 2. 工程实用性： 每一章均包含大量实际电路设计实例和参数计算步骤，强调设计流程和工程约束的考虑。 3. 对比分析： 频繁使用BJT与MOSFET、不同反馈组态、不同ADC/DAC类型的对比，帮助读者形成清晰的技术选型思路。 4. 图表丰富： 大量使用精确的电路图、波特图、I-V特性曲线和等效电路模型，增强直观理解。

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这本《数字通信基础》的文字功底实在令人印象深刻，它并非那种枯燥乏味的教科书，而更像是一位经验丰富的工程师在向你娓娓道来这个复杂领域的精妙之处。作者在介绍完傅里叶变换和Z变换这些核心数学工具之后，并没有急于跳入具体的调制解调技术，而是花了大篇幅去探讨信道建模的实际意义。我特别欣赏它对不同信道特性（如高斯白噪声、瑞利衰落）的物理图像的描绘，那种感觉就像是你真的能“看到”信号在空气中是如何被噪声扭曲的。书中对香农定理的阐述也极为到位，它没有停留在公式的堆砌上，而是深入挖掘了信息论的哲学内涵，解释了为什么在给定信噪比下，我们最多能传输多少信息，这种深层次的理解对于后续学习编码理论至关重要。此外，它在讲解功率谱密度（PSD）时，非常细致地对比了不同数字脉冲整形滤波器的优缺点，例如升余弦滤波器在满足无码间串扰（ISI）的同时，是如何在频域上进行最优化的取舍，这些都是在其他教材中常常被一笔带过，却在实际工程中决定系统性能的关键点。整本书的逻辑衔接极其顺畅，每一个概念的引入都水到渠成，让人读来酣畅淋漓，丝毫没有摸不着头脑的挫败感。

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这本书的排版和图示设计也值得一提，它成功地避免了许多经典教材常见的问题——即图文分离、难以对应。几乎所有的关键公式和流程图都紧密地结合在一起，特别是那些关于时域与频域变换的示意图，绘制得清晰且富有层次感。在我看来，此书最大的特色在于其对“离散时间信号处理”在通信系统中的应用进行了非常系统化的梳理。比如，在讲解匹配滤波器的设计时，它非常清晰地展示了如何将连续时间信号通过理想低通滤波器和采样器转换为离散序列，然后再在离散域内实现匹配滤波器的脉冲响应设计，最后再映射回连续时间接收端的处理过程。这种对“连续-离散”边界处理的细致入微，极大地帮助了初学者建立正确的系统划分概念。读完这本书，我不再将数字通信视为一系列孤立的模块堆砌，而是理解为一个精巧调和、环环相扣的信号流转过程，收获远超预期。

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这本书的真正魅力在于其对“系统级”思维的培养，它没有仅仅停留在讲解单个元器件或算法的细节，而是始终将读者置于一个完整的通信链路之中进行思考。例如，在介绍均衡技术时，它没有孤立地谈自适应均衡器如何工作，而是首先用大量的篇幅解释了多径效应如何造成时域上的码间串扰，并分析了不同信道模型下，线性均衡器和非线性判决反馈均衡器（DFE）在性能、复杂度以及稳定性上的微妙平衡。这种“问题导向、系统思考”的教学方法，极大地提升了读者的综合分析能力。更值得称赞的是，书中在讲解数字调制方案（如QPSK, 16QAM）时，引入了星座图的几何解释，并巧妙地将其与汉明距离的概念结合起来，使得读者能立刻理解为什么高阶调制的误码率会急剧恶化——这是因为在高阶星座图中，错误地落在相邻符号点之间的概率大大增加了。这种多维度、跨学科的知识整合，让数字通信不再是孤立的信号处理，而是与概率论、优化理论紧密结合的复杂工程艺术。

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阅读这本书的过程，体验完全超越了我对传统通信教材的预期，它更像是一部结合了历史回顾与前沿展望的行业观察录。作者在开篇部分，并没有直接切入现代的OFDM或MIMO系统，而是花了大量的笔墨回顾了早期模拟通信向数字通信演进的历史节点，这种宏大的叙事视角，让读者能深刻理解“为什么我们需要数字通信”这一根本性问题。比如，它细致地分析了PCM（脉冲编码调制）如何从根本上解决了模拟信号在传输和存储过程中的累积失真问题，这种对技术发展脉络的梳理，使得后续理解信源编码和信道编码的必要性变得非常直观。书中对采样定理的讨论也极其深入，不仅仅停留在Nyquist准则上，还探讨了欠采样和抗混叠滤波器的实际设计考量，特别是对于周期信号的特殊处理，展现了作者扎实的工程实践经验。整本书的语言风格偏向于一种沉稳的学术探讨，但又不失对工程实践的关怀，许多插图和实例都取材于上世纪末到本世纪初的经典通信系统设计案例，极具时代感和参考价值，让人感觉自己是在学习一门经过时间检验的、成熟的学科，而非空中楼阁。

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我个人认为，这本书在处理“噪声与性能”这一核心议题上，展现出了一种近乎偏执的严谨性。它不是简单地给出BER（误码率）与信噪比（SNR）的关系曲线，而是花费了大量的章节来推导和验证这些曲线背后的统计学基础。特别是关于BPSK和QPSK在AWGN信道下的误码率公式推导，它不仅展示了高斯积分的求解过程，还清晰地解释了“半高斯”误差区域的概念，这对于理解为什么硬判决解调器会比软判决解调器在相同信噪比下有大约3dB的性能损失，提供了坚实的数学基础。书中还穿插了一些非常实用的工程小技巧，比如在有限精度系统中，如何通过量化噪声分析来预估系统性能的实际下降，这在软件定义无线电（SDR）和嵌入式系统开发中是极其宝贵的经验。这种从最底层的数学原理出发，逐步推导到实际系统设计瓶颈的深度，使得这本书的知识体系非常“耐用”，即便技术迭代，其底层原理的价值也丝毫不减。

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