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出版者:

作者:McComb, Gordon

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:2009-9

价格:180.00元

装帧:

isbn号码:9780470286975

丛书系列:

图书标签:

• 电子学
• 电路
• 初学者
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现代电子学原理与实践：从基础到前沿应用 一本全面、深入且面向实践的电子学领域权威指南 本书旨在为所有对电子学、电路理论、半导体器件以及现代电子系统设计与实现感兴趣的读者，提供一套结构清晰、内容详实、由浅入深的知识体系。我们深知，电子学是现代科技的基石，其原理的理解和实践能力的培养是工程师、技术人员乃至科技爱好者的核心竞争力。因此，本书不仅专注于理论的严谨性，更强调知识在实际工程问题中的应用和解决能力。 第一部分：电子学基础与核心理论 本部分是构建扎实电子学知识体系的基石。我们从最基本的电学概念出发，如电荷、电流、电压和电阻，并引入欧姆定律和基尔霍夫定律，这些是分析任何电路的起点。 1.1 电路分析的数学基础： 我们详细阐述了电阻、电容和电感这三种基本无源元件的物理特性和在时域及频域中的行为。对于电容和电感的动态特性，本书采用了丰富的数学模型（如微分方程）来描述它们在交流和直流激励下的响应，并引入了复数分析在交流电路分析中的应用，确保读者能熟练处理RLC电路的暂态与稳态问题。 1.2 直流与交流电路分析方法： 重点讲解了节点电压法、网孔电流法等系统性电路分析技术。对于复杂电路，我们深入探讨了戴维南（Thevenin）定理、诺顿（Norton）定理以及最大功率传输定理的应用，这些工具对于电路简化和系统匹配至关重要。 1.3 信号与波形分析： 电子系统的核心在于处理信号。本章详述了周期信号的傅里叶级数展开及其在电路滤波中的作用，并引入了傅里叶变换的概念，用于分析非周期信号。同时，本书探讨了脉冲信号的特性，为理解数字电路中的时序逻辑打下基础。 1.4 磁场与电磁感应： 虽然许多现代电子学专注于半导体，但电磁场理论仍然是理解高频电路、传输线和电磁兼容性的关键。本章回顾了法拉第电磁感应定律、麦克斯韦方程组的简化形式，并将其应用于变压器和电感器的设计考量中。 第二部分：半导体器件与基础电子电路 本部分是通往现代电子系统的桥梁，专注于电子学的心脏——半导体器件的物理机制和基本应用。 2.1 半导体物理导论： 从材料科学角度深入探讨了本征半导体、掺杂过程（N型和P型）的物理本质。详细解释了费米能级、载流子浓度以及载流子迁移率的概念，为理解PN结特性奠定理论基础。 2.2 二极管：结构、特性与应用： 详细分析了PN结在不同偏置下的伏安特性曲线，包括死区电压、击穿机制（齐纳和雪崩）。随后，我们介绍了各种二极管的应用电路，如半波/全波整流电路、限幅电路、钳位电路以及稳压二极管的应用。 2.3 双极性结型晶体管（BJT）： 本章是模拟电路设计的基础。我们全面解析了BJT的结构（NPN和PNP）、工作区（截止、放大、饱和）的判据，并深入研究了共射、共基、共集三种基本组态的特性参数（$alpha, eta, r_e$）。重点讲解了BJT作为开关和放大器的基本原理，并首次引入了小型信号模型（$pi$模型和T模型）进行精确分析。 2.4 场效应晶体管（FET）： 相比BJT，FET以其高输入阻抗和优异的噪声性能在许多领域占据主导地位。本书详细区分了结型场效应晶体管（JFET）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的工作原理，尤其关注MOSFET的阈值电压、跨导以及其在数字逻辑中的开关特性。 第三部分：模拟电子电路的设计与分析 本部分专注于如何利用晶体管构建实用、高性能的模拟系统。 3.1 BJT和FET的偏置电路： 这是构建稳定放大器的先决条件。本书提供了多种偏置电路的设计方法，如固定偏置、集电极反馈偏置和分压偏置电路，并使用交流负载线和直流负载线分析技术，确保工作点（Q点）的稳定性和抗温度漂移能力。 3.2 放大器频率响应与反馈： 探讨了放大器在低频（由耦合电容决定）和高频（由寄生电容决定）下的增益衰减特性。引入了波特图和截止频率的概念。随后，深入讲解了负反馈理论，包括电压串联、电压并联、电流串联和电流并联四种基本反馈组态对电路增益、带宽和输入/输出阻抗的影响。 3.3 运算放大器（Op-Amp）的深度剖析： 作为最通用的模拟集成电路，本书详尽介绍了理想运放的特性，并分析了实际运放的非理想因素（如输入失调、共模抑制比CMRR）。重点讲解了反相、同相、差分放大器、积分器和微分器的设计与分析，以及如何利用运放构建有源滤波器。 3.4 线性与开关电源电路： 讲解了线性稳压器（如三端稳压器LM78xx系列）的工作原理。同时，详细介绍了开关型电源（如Buck、Boost和Buck-Boost转换器）的工作模式、占空比的控制以及脉冲宽度调制（PWM）在功率控制中的核心地位。 第四部分：数字电子学与微控制器接口 本部分将理论转向了现代计算和控制系统的核心——数字逻辑。 4.1 布尔代数与逻辑门： 系统阐述了布尔代数的基本公理，以及AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR等基本逻辑门的真值表和物理实现。重点讲解了德摩根定律和布尔函数化简方法（如卡诺图K-Map）。 4.2 组合逻辑电路： 介绍了编码器、译码器、多路复用器（MUX）和数据选择器的设计，这些是数据选择和处理的基础单元。 4.3 逻辑家族与实现技术： 对比分析了不同逻辑门电路的技术实现，包括电阻晶体管逻辑（RTL）、二极管晶体管逻辑（DTL）、三极管晶体管逻辑（TTL）和互补金属氧化物半导体（CMOS）的特点，尤其强调了CMOS在低功耗应用中的优势。 4.4 顺序逻辑电路： 深入解析了存储单元，如基本锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop，包括D、T、JK型），以及它们在构建计数器和寄存器中的应用。 4.5 数模与模数转换： 探讨了如何使用电阻网络实现数字到模拟转换（DAC），以及如何利用比较器和定时器实现高精度的逐次逼近型和双积分型模数转换器（ADC）。 第五部分：现代电子系统中的前沿应用与设计方法 本部分着眼于将前述知识应用于复杂的、面向实际的工程挑战。 5.1 振荡器与波形发生器： 详述了RC振荡器（如文氏桥、移相振荡器）和LC振荡器（如哈特莱、科勒）的起振条件和频率稳定性。重点分析了555定时器IC的内部结构及其在无稳态和单稳态模式下的应用。 5.2 传感器接口与信号调理： 探讨了电阻式、电容式、电感式传感器的工作原理，以及如何使用仪表放大器等精密电路来处理微弱的传感器信号，包括噪声抑制和抗干扰设计。 5.3 传输线理论基础（高频考量）： 当电路工作频率升高时，导线的电磁效应变得不可忽略。本章引入了传输线的特性阻抗、反射系数和史密斯圆图的概念，为射频和高速数字电路设计提供了必要的工具。 5.4 嵌入式系统基础： 简要介绍了微控制器（MCU）的架构，包括CPU、存储器和外设。重点演示了如何使用通用输入输出（GPIO）、定时器/计数器以及串行通信接口（如SPI, I2C, UART）将模拟世界与数字处理器连接起来，实现对物理系统的精确控制。 本书特色： 理论与实践的完美结合： 每章理论讲解后，均配有详细的“工程实现案例”，展示从概念到PCB布局的完整流程。 电路仿真验证： 穿插大量使用主流仿真软件（如SPICE）的实例截图和参数设置，读者可即时验证理论推导。 故障排除指南： 针对常见电路问题（如振荡不稳、直流漂移、逻辑电平错误），提供了系统的故障诊断步骤和思路。 本书适合对象： 电子工程、电气工程、通信工程等相关专业本科生及研究生。 希望系统性重塑电子学知识的在职工程师。 致力于DIY电子项目、机器人和物联网开发的科技爱好者。 通过系统学习本书内容，读者将不仅掌握电子学的基本定律，更重要的是，能够独立分析、设计和调试从简单放大器到复杂数据采集系统的各类电子电路。

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