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出版者:

作者:McComb, Gordon

出品人:

頁數:432

译者:

出版時間:2009-9

價格:180.00元

裝幀:

isbn號碼:9780470286975

叢書系列:

圖書標籤:

• 電子學
• 電路
• 初學者
• DIY
• 電子元件
• 實用指南
• 科普
• 基礎知識
• 維修
• 愛好

現代電子學原理與實踐：從基礎到前沿應用 一本全麵、深入且麵嚮實踐的電子學領域權威指南 本書旨在為所有對電子學、電路理論、半導體器件以及現代電子係統設計與實現感興趣的讀者，提供一套結構清晰、內容詳實、由淺入深的知識體係。我們深知，電子學是現代科技的基石，其原理的理解和實踐能力的培養是工程師、技術人員乃至科技愛好者的核心競爭力。因此，本書不僅專注於理論的嚴謹性，更強調知識在實際工程問題中的應用和解決能力。 第一部分：電子學基礎與核心理論 本部分是構建紮實電子學知識體係的基石。我們從最基本的電學概念齣發，如電荷、電流、電壓和電阻，並引入歐姆定律和基爾霍夫定律，這些是分析任何電路的起點。 1.1 電路分析的數學基礎： 我們詳細闡述瞭電阻、電容和電感這三種基本無源元件的物理特性和在時域及頻域中的行為。對於電容和電感的動態特性，本書采用瞭豐富的數學模型（如微分方程）來描述它們在交流和直流激勵下的響應，並引入瞭復數分析在交流電路分析中的應用，確保讀者能熟練處理RLC電路的暫態與穩態問題。 1.2 直流與交流電路分析方法： 重點講解瞭節點電壓法、網孔電流法等係統性電路分析技術。對於復雜電路，我們深入探討瞭戴維南（Thevenin）定理、諾頓（Norton）定理以及最大功率傳輸定理的應用，這些工具對於電路簡化和係統匹配至關重要。 1.3 信號與波形分析： 電子係統的核心在於處理信號。本章詳述瞭周期信號的傅裏葉級數展開及其在電路濾波中的作用，並引入瞭傅裏葉變換的概念，用於分析非周期信號。同時，本書探討瞭脈衝信號的特性，為理解數字電路中的時序邏輯打下基礎。 1.4 磁場與電磁感應： 雖然許多現代電子學專注於半導體，但電磁場理論仍然是理解高頻電路、傳輸綫和電磁兼容性的關鍵。本章迴顧瞭法拉第電磁感應定律、麥剋斯韋方程組的簡化形式，並將其應用於變壓器和電感器的設計考量中。 第二部分：半導體器件與基礎電子電路 本部分是通往現代電子係統的橋梁，專注於電子學的心髒——半導體器件的物理機製和基本應用。 2.1 半導體物理導論： 從材料科學角度深入探討瞭本徵半導體、摻雜過程（N型和P型）的物理本質。詳細解釋瞭費米能級、載流子濃度以及載流子遷移率的概念，為理解PN結特性奠定理論基礎。 2.2 二極管：結構、特性與應用： 詳細分析瞭PN結在不同偏置下的伏安特性麯綫，包括死區電壓、擊穿機製（齊納和雪崩）。隨後，我們介紹瞭各種二極管的應用電路，如半波/全波整流電路、限幅電路、鉗位電路以及穩壓二極管的應用。 2.3 雙極性結型晶體管（BJT）： 本章是模擬電路設計的基礎。我們全麵解析瞭BJT的結構（NPN和PNP）、工作區（截止、放大、飽和）的判據，並深入研究瞭共射、共基、共集三種基本組態的特性參數（$alpha, eta, r_e$）。重點講解瞭BJT作為開關和放大器的基本原理，並首次引入瞭小型信號模型（$pi$模型和T模型）進行精確分析。 2.4 場效應晶體管（FET）： 相比BJT，FET以其高輸入阻抗和優異的噪聲性能在許多領域占據主導地位。本書詳細區分瞭結型場效應晶體管（JFET）和金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）的工作原理，尤其關注MOSFET的閾值電壓、跨導以及其在數字邏輯中的開關特性。 第三部分：模擬電子電路的設計與分析 本部分專注於如何利用晶體管構建實用、高性能的模擬係統。 3.1 BJT和FET的偏置電路： 這是構建穩定放大器的先決條件。本書提供瞭多種偏置電路的設計方法，如固定偏置、集電極反饋偏置和分壓偏置電路，並使用交流負載綫和直流負載綫分析技術，確保工作點（Q點）的穩定性和抗溫度漂移能力。 3.2 放大器頻率響應與反饋： 探討瞭放大器在低頻（由耦閤電容決定）和高頻（由寄生電容決定）下的增益衰減特性。引入瞭波特圖和截止頻率的概念。隨後，深入講解瞭負反饋理論，包括電壓串聯、電壓並聯、電流串聯和電流並聯四種基本反饋組態對電路增益、帶寬和輸入/輸齣阻抗的影響。 3.3 運算放大器（Op-Amp）的深度剖析： 作為最通用的模擬集成電路，本書詳盡介紹瞭理想運放的特性，並分析瞭實際運放的非理想因素（如輸入失調、共模抑製比CMRR）。重點講解瞭反相、同相、差分放大器、積分器和微分器的設計與分析，以及如何利用運放構建有源濾波器。 3.4 綫性與開關電源電路： 講解瞭綫性穩壓器（如三端穩壓器LM78xx係列）的工作原理。同時，詳細介紹瞭開關型電源（如Buck、Boost和Buck-Boost轉換器）的工作模式、占空比的控製以及脈衝寬度調製（PWM）在功率控製中的核心地位。 第四部分：數字電子學與微控製器接口 本部分將理論轉嚮瞭現代計算和控製係統的核心——數字邏輯。 4.1 布爾代數與邏輯門： 係統闡述瞭布爾代數的基本公理，以及AND、OR、NOT、NAND、NOR、XOR等基本邏輯門的真值錶和物理實現。重點講解瞭德摩根定律和布爾函數化簡方法（如卡諾圖K-Map）。 4.2 組閤邏輯電路： 介紹瞭編碼器、譯碼器、多路復用器（MUX）和數據選擇器的設計，這些是數據選擇和處理的基礎單元。 4.3 邏輯傢族與實現技術： 對比分析瞭不同邏輯門電路的技術實現，包括電阻晶體管邏輯（RTL）、二極管晶體管邏輯（DTL）、三極管晶體管邏輯（TTL）和互補金屬氧化物半導體（CMOS）的特點，尤其強調瞭CMOS在低功耗應用中的優勢。 4.4 順序邏輯電路： 深入解析瞭存儲單元，如基本鎖存器（Latch）和觸發器（Flip-Flop，包括D、T、JK型），以及它們在構建計數器和寄存器中的應用。 4.5 數模與模數轉換： 探討瞭如何使用電阻網絡實現數字到模擬轉換（DAC），以及如何利用比較器和定時器實現高精度的逐次逼近型和雙積分型模數轉換器（ADC）。 第五部分：現代電子係統中的前沿應用與設計方法 本部分著眼於將前述知識應用於復雜的、麵嚮實際的工程挑戰。 5.1 振蕩器與波形發生器： 詳述瞭RC振蕩器（如文氏橋、移相振蕩器）和LC振蕩器（如哈特萊、科勒）的起振條件和頻率穩定性。重點分析瞭555定時器IC的內部結構及其在無穩態和單穩態模式下的應用。 5.2 傳感器接口與信號調理： 探討瞭電阻式、電容式、電感式傳感器的工作原理，以及如何使用儀錶放大器等精密電路來處理微弱的傳感器信號，包括噪聲抑製和抗乾擾設計。 5.3 傳輸綫理論基礎（高頻考量）： 當電路工作頻率升高時，導綫的電磁效應變得不可忽略。本章引入瞭傳輸綫的特性阻抗、反射係數和史密斯圓圖的概念，為射頻和高速數字電路設計提供瞭必要的工具。 5.4 嵌入式係統基礎： 簡要介紹瞭微控製器（MCU）的架構，包括CPU、存儲器和外設。重點演示瞭如何使用通用輸入輸齣（GPIO）、定時器/計數器以及串行通信接口（如SPI, I2C, UART）將模擬世界與數字處理器連接起來，實現對物理係統的精確控製。 本書特色： 理論與實踐的完美結閤： 每章理論講解後，均配有詳細的“工程實現案例”，展示從概念到PCB布局的完整流程。 電路仿真驗證： 穿插大量使用主流仿真軟件（如SPICE）的實例截圖和參數設置，讀者可即時驗證理論推導。 故障排除指南： 針對常見電路問題（如振蕩不穩、直流漂移、邏輯電平錯誤），提供瞭係統的故障診斷步驟和思路。 本書適閤對象： 電子工程、電氣工程、通信工程等相關專業本科生及研究生。 希望係統性重塑電子學知識的在職工程師。 緻力於DIY電子項目、機器人和物聯網開發的科技愛好者。 通過係統學習本書內容，讀者將不僅掌握電子學的基本定律，更重要的是，能夠獨立分析、設計和調試從簡單放大器到復雜數據采集係統的各類電子電路。

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