Digitaltechnik

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出版者:Springer
作者:Roland Woitowitz
出品人:
页数:491
译者:
出版时间:2011-10-26
价格:EUR 39.95
装帧:Gebundene Ausgabe
isbn号码:9783642208713
丛书系列:
图书标签:
  • 数字电路
  • 数字技术
  • 数字电路
  • 逻辑电路
  • 计算机组成原理
  • 电子工程
  • 嵌入式系统
  • Verilog
  • VHDL
  • FPGA
  • 数字系统设计
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具体描述

Das Buch bietet eine verst ndliche Einf hrung in die Grundlagen der modernen Digitaltechnik. Um Anf ngern den Einstieg zu erleichtern, f hren die Autoren von Beginn an die Hardwarebeschreibungssprache VHDL ein. Ein Schwerpunkt der Darstellung ist der systematische Entwurf kombinatorischer und sequenzieller Schaltungen mit VHDL unter Einsatz programmierbarer Logik und bereichert durch Simulationstechniken. Zu allen Kapiteln werden bungsaufgaben mit Musterl sungen angeboten, daher eignet sich das Lehrbuch auch f r das Selbststudium.

《模拟电子系统设计与应用:从基础到前沿》 书籍简介 第一章:模拟电子技术基础与元件特性 本章系统回顾了电子技术领域的核心基础理论,深入剖析了半导体PN结的物理特性、二极管的单向导电性及其在整流、限幅电路中的实际应用。重点阐述了双极性晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)的工作原理、等效电路模型以及不同工作状态(截止、放大、饱和)的判别标准。详细介绍了BJT的$h$参数模型和FET的跨导模型,为后续的放大电路分析奠定坚实的基础。 我们不仅探讨了晶体管的静态偏置电路设计,包括固定偏置、分压偏置等方法,更着重分析了不同偏置电路对温度漂移和参数变化(如$eta$值变化)的敏感性,并引入了分压反馈偏置电路作为稳定工作点的有效策略。此外,本章还涵盖了场效应管(特别是MOSFET)的结构、工作模式(增强型与结型)以及其在高输入阻抗电路中的独特优势。对晶体管作为开关器件的开关速度、饱和压降等关键参数进行了量化分析。 第二章:单级与多级放大电路分析 本章聚焦于模拟信号的放大技术。首先,从交流小信号模型入手,推导了共源、共射、共基(共源、共集、共基)等基本组态的电压增益、电流增益、输入/输出阻抗的精确表达式。通过输入阻抗、输出阻抗和输入阻抗的耦合关系,清晰解释了不同组态在信号传输中的损耗与隔离特性。 深入探讨了频率响应分析,利用波特图、半功率点($-3 ext{dB}$点)的概念,分析了放大电路的低频截止频率(由旁路电容和耦合电容决定)和高频截止频率(由晶体管的极点、米勒效应决定)。引入了中频增益的确定方法,并详细讨论了反馈对带宽、输入输出阻抗以及失真度的影响。 在多级放大器部分,着重分析了级联放大器的总增益计算、输入输出阻抗的相互影响,以及如何通过合理选择各级电路的组态(例如:输入级采用共射保证高增益,输出级采用共集提供低输出阻抗)来优化整体性能。特别讨论了运算放大器(Op-Amp)作为集成放大电路核心元件的内部结构概述及其理想模型假设。 第三章:反馈理论与线性电路的性能优化 反馈是现代电子系统稳定性和精确性的基石。本章系统讲解了负反馈的基本原理、四种基本反馈组态(串联-串联、串联-并联、并联-串联、并联-并联)的结构识别与参数影响。通过反馈因子、开环增益的分析,精确量化了负反馈对电压增益、输入阻抗和输出阻抗的改善效果。 重点分析了反馈放大器的稳定性问题。引入了相频特性曲线和增益裕度、相位裕度等概念,阐述了奈奎斯特稳定性判据在反馈电路分析中的应用。对于非理想的实际电路,详细讨论了米勒补偿、引入零点等技术如何用于确保电路在宽带范围内稳定工作,避免振荡。本章还包含了如何利用正反馈实现开关、比较器等功能的基础讨论。 第四章:集成运算放大器(Op-Amp)的深入应用 本章以理想运算放大器为起点,逐步引入失调电压、输入偏置电流、开环增益滚降等非理想参数,构建更贴近实际的等效电路模型。详细分析了反相放大器、同相放大器、电压跟随器、差分放大器的精确工作原理与传递函数。 随后,转向Op-Amp在信号处理中的关键应用,包括有源积分器和有源微分器的设计与频率特性分析,并讨论了如何通过引入反馈电阻和电容来解决理想积分器和微分器在直流和高频处的稳定性问题。本章还涵盖了有源滤波器的设计,重点介绍巴特沃斯(Butterworth)和切比雪夫(Chebyshev)低通、高通滤波器的设计流程,包括元件值计算和二阶环节的级联合成方法。最后,介绍了如何利用Op-Amp构建精确的电压比较器和施密特触发器。 第五章:线性稳压电源与功率放大电路 本章致力于解决电源和功率驱动问题。首先,详细解析了线性稳压电路的设计,包括整流电路(半波、全波、桥式)、滤波电路(电容滤波、LC滤波器)的纹波抑制效果分析。重点阐述了串联调整管和并联调整管在实现恒压输出中的作用,并引入了反馈机制来提高稳压精度和负载调整率。讨论了线性稳压器(如$ ext{LM78XX}$系列)的工作限制和散热要求。 在功率放大器部分,深入剖析了甲类、甲乙类和乙类放大器的效率、非线性失真(交越失真)和最大输出功率的理论计算。详细分析了推挽(Push-Pull)电路的结构和优势,如何通过互补对称结构消除交越失真。本章还涵盖了热稳定性的设计,如引入偏置电路对工作点进行补偿,以应对温度变化带来的影响,确保功率管的安全可靠工作。 第六章:信号发生器与波形塑形技术 本章探索了如何利用线性电路搭建各种标准波形信号源。首先,讲解了基于弛豫振荡原理的多谐振荡器(无稳态、单稳态)的频率计算和波形输出特性,重点分析了$ ext{555}$定时器作为核心元件在这些振荡电路中的应用。 随后,转向更精确的正弦波产生技术。详细分析了基于$ ext{Op-Amp}$的$ ext{Wien}$桥振荡器和相移振荡器的反馈机制,特别是$ ext{Wien}$桥电路的起振条件和频率选择性。针对需要高纯净度正弦波的应用,本章引入了模拟乘法器和$ ext{VCO}$(压控振荡器)的原理,以及如何使用$ ext{RC}$有源滤波器对振荡信号进行滤波,以提高信号的纯净度。最后,讨论了波形塑形电路,例如如何利用二极管网络和反馈机制将三角波转换为近似正弦波。 第七章:数据转换技术基础:$ ext{ADC}$与$ ext{DAC}$ 本章作为从模拟世界过渡到数字世界的桥梁,全面介绍了模数转换器($ ext{ADC}$)和数模转换器($ ext{DAC}$)的核心原理和关键性能指标。详细分析了$ ext{DAC}$的架构,包括加权电阻型和$R-2R$梯形网络,重点讨论了转换精度、单调性和建立时间。 对于$ ext{ADC}$,系统讲解了主流的转换架构:平行比较型(速度最快,成本最高)、逐次逼近型(应用最广)和双积分型(抗干扰能力强)。对每种架构的工作流程、转换速度和分辨率进行了详细的数学推导和对比。本章还讨论了采样定理(Nyquist-Shannon)在实际信号采集中的意义,以及保持器(Sample-and-Hold)电路在消除量化误差中的作用。 第八章:传感器接口电路与噪声抑制 本章聚焦于模拟前端($ ext{AFE}$)的设计,即如何将微弱的物理信号(如温度、压力、光强)可靠地转换为可供微控制器处理的电压信号。系统讨论了不同类型传感器(如热电偶、应变片、光敏电阻)的特性及其线性化处理的需求。 重点讲解了如何设计高精度的仪表放大器,通过三运放结构实现高共模抑制比($ ext{CMRR}$)和高输入阻抗,以最大限度地减小导线引入的噪声和漂移。此外,本章投入大量篇幅讨论了噪声问题,包括热噪声、散粒噪声的来源及其在电路中的传播。介绍了滤波技术(如低通滤波、陷波滤波)和屏蔽技术在降低环境噪声干扰方面的应用,并对比了斩波稳定和自动归零技术在极低频信号放大中的优势。 附录:常用半导体器件数据手册解读与故障排查 附录提供了对实际工程中常用晶体管(如$ ext{BC547}$系列,$ ext{MOSFET}$如$ ext{IRF}$系列)和运算放大器(如$ ext{LM741}$,$ ext{TL082}$)关键参数的深入解读,帮助读者理解数据手册中的$ ext{SOA}$(安全工作区)、瞬态响应和最大额定值。最后,附录提供了一套基于电压、电流和波形测量的系统化故障诊断流程,指导读者如何快速定位放大器、振荡器和电源电路中的常见故障点。

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我一直觉得,学习技术类的书籍,最怕的就是作者“闭门造车”,只顾着堆砌理论,却忽略了读者的实际感受。然而,当我翻开《Digitaltechnik》这本书时,我发现我的担忧完全是多余的。这本书的语言风格非常接地气,作者像是我的老朋友一样,娓娓道来,没有丝毫的架子。他不仅仅是讲解知识,更重要的是,他会在讲解的过程中,不断地抛出一些引人深思的问题,引导我去思考,去探索。我记得在讲到存储器原理的时候,作者并没有直接给出一个枯燥的定义,而是先描述了一个“信息管理系统”的困境,然后层层递进,引入了RAM和ROM的概念,最后才详细讲解了它们的内部结构和工作原理。这种“问题导向”的学习方式,极大地激发了我的求知欲。我发现自己不再是被动地接收信息,而是主动地去参与到知识的构建过程中。而且,这本书的案例分析也做得非常出色,作者选取了许多贴近实际生活的应用场景,比如电子游戏机的核心电路、智能家居的控制系统等等,通过这些案例,让我真切地感受到了数字技术在现代生活中的重要性。读到最后,我甚至有一种“融会贯通”的感觉,仿佛看到了数字技术如何渗透到我们生活的方方面面,而且还在不断地改变着世界。

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我必须说,《Digitaltechnik》这本书,让我对数字世界的探索,充满了新的激情。作者的写作风格非常“前沿”,他不仅仅讲解了数字技术的基础原理,还涉及到了许多最新的技术发展趋势。我最喜欢的是作者在讲解“FPGA”的时候,他用“可编程的逻辑芯片”来形容它,让我能够轻松地理解其核心概念。而且,他还详细介绍了FPGA的设计流程,包括HDL语言、综合、布局布线等。我最印象深刻的是,作者通过一个实际的例子,演示了如何利用FPGA实现一个简单的数字信号处理系统。读完这一部分,我感觉自己仿佛看到了数字技术未来的发展方向,对自己的学习和职业规划也有了更清晰的认识。

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说实话,《Digitaltechnik》这本书,真的是我近期读过的最“有料”的图书之一了。作者在内容的深度和广度上,都做得相当到位。我一直对数字逻辑的底层原理非常好奇,这本书就满足了我的愿望。他从最基础的布尔代数开始,循序渐进地讲解了各种逻辑运算的数学原理,并且通过大量的图示和例子,让我能够轻松地理解这些抽象的公式。我特别喜欢书中关于“卡诺图”和“真值表”的讲解,作者用非常清晰的步骤,演示了如何利用这些工具来简化逻辑函数,提高电路的设计效率。这让我感觉自己掌握了一套非常实用的“降龙十八掌”,在面对复杂的逻辑问题时,也能游刃有余。而且,这本书还涉及到了异步时序电路的设计,这部分内容通常比较难理解,但是作者却用一种非常巧妙的方式,将其分解成一个个小的模块,让我能够逐步攻克。我最印象深刻的是,作者在讲解“竞争冒险”问题时,不仅指出了问题的存在,还给出了多种解决方案,并且详细分析了每种方案的优缺点。这种深入的探讨,让我对数字电路设计的严谨性有了更深刻的认识。

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《Digitaltechnik》这本书,真的是我近期阅读中,最让我感到“惊艳”的一本书。它的内容设置非常有逻辑性,从最基础的门电路,一直讲到高级的微处理器结构。我一直对微处理器的内部工作原理感到好奇,这本书就满足了我的好奇心。作者在讲解CPU的架构时,采用了“自顶向下”的方法,先介绍CPU的整体功能,然后逐步深入到ALU、寄存器、控制单元等各个组成部分。我最喜欢的部分,是作者关于“指令集架构”的讲解。他详细介绍了RISC和CISC指令集的特点,以及它们在不同应用场景下的优势。而且,他还通过具体的指令例子,让我能够理解CPU是如何执行指令的。读完这一部分,我感觉自己仿佛看到了一个微缩的“数字大脑”,对其内部的运作机制有了非常清晰的认识。

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我必须承认,《Digitaltechnik》这本书,给了我一种前所未有的学习体验。它的叙述风格非常独特,作者仿佛是一位经验丰富的导游,带领我进入数字技术的世界。在讲解过程中,他会时不时地插入一些“趣闻轶事”或者“历史典故”,让我了解到数字技术发展的脉络和关键人物。比如,在讲到集成电路的起源时,作者就详细介绍了仙童公司和德州仪器在半导体领域的竞争,让我对这段历史有了更生动的认识。这种“故事化”的叙述方式,让原本可能枯燥的技术知识,变得活泼有趣,也更容易被我记住。我最喜欢的部分,是作者关于“数模混合电路”的讲解。他将数字信号和模拟信号的转换过程,比作“语言的翻译”,形象地说明了它们之间的相互关系。而且,他还详细介绍了ADC和DAC的原理和应用,让我对数据采集和信号处理有了更全面的理解。这本书不仅仅是技术手册,更像是一本引人入胜的科普读物,让我对数字技术产生了浓厚的兴趣。

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天哪,这本书,我简直是迫不及待地想和大家分享我最近的阅读体验!《Digitaltechnik》,光听名字就充满了科技感和未来感,我本来以为会是一本相当硬核、晦涩难懂的书,结果却完全颠覆了我的想象。作者在开头就用一种非常生动有趣的方式,将看似枯燥的数字技术原理,比喻成一个个生动的生活场景。比如,他将逻辑门电路的“与”、“或”、“非”功能,巧妙地与生活中的“开关”、“选择”、“否定”等行为联系起来,让我瞬间就理解了抽象的概念。读到后面,更是让人惊叹于作者的逻辑思维能力,他能够将复杂的数字系统,一层层地剥茧抽丝,从最基本的门电路,一直讲到微处理器、FPGA等高级应用。而且,这本书的图文并茂,让我这个视觉学习者受益匪浅。那些精心绘制的电路图,简直就是艺术品,每一个元器件的连接都清晰明了,配合文字的解释,更是让人豁然开朗。我特别喜欢书中关于时序逻辑的部分,作者用了一种非常形象的比喻,将触发器比作“记忆单元”,并将时钟信号比作“指挥家”,整个同步电路的运行过程,就像一场精密的交响乐,在我脑海中徐徐展开。读完这一章,我感觉自己仿佛掌握了控制时间魔法的钥匙,对数字世界的理解又进了一层。我强烈推荐给所有对数字技术感兴趣的朋友,无论你是初学者还是有一定基础的工程师,这本书都能给你带来意想不到的收获!

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当我拿到《Digitaltechnik》这本书的时候,我并没有抱太大的期望,毕竟市面上关于数字技术的书籍太多了,很容易让人感到疲惫。然而,这本书却给了我一个大大的惊喜。作者的叙述风格非常“生活化”,他不会生硬地抛出公式和定义,而是通过生活中的类比,将抽象的概念变得易于理解。我最喜欢的是作者在讲解“数制转换”的时候,他用“数钱”的比喻,让我轻松地理解了十进制、二进制、十六进制之间的转换关系。而且,他还通过大量的图示,让我能够更直观地看到不同数制下的数值表示。读完这一部分,我感觉自己仿佛掌握了一门新的“数字语言”,对数字世界的理解又进了一层。这本书让我明白,学习技术并非一定要死记硬背,而是要找到适合自己的学习方法,并且享受学习的过程。

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我必须说,《Digitaltechnik》这本书,让我对数字世界的认知,得到了一个质的飞跃。作者的写作风格非常严谨,同时又不失灵活性。我尤其欣赏他在讲解“有限状态机”的时候,那种清晰的逻辑层次和严密的推导过程。他首先介绍了DFA和NFA的概念,然后详细讲解了它们的状态转移和输出方式。我最喜欢的部分,是作者用“状态图”和“状态表”来描述有限状态机的行为。这种可视化工具,让我能够直观地理解状态机是如何工作的,以及如何根据不同的输入产生不同的输出。而且,作者还提供了许多实际应用的例子,比如交通灯控制系统、电梯控制系统等,让我能够将理论知识与实际应用相结合。读完这一部分,我感觉自己仿佛掌握了控制复杂系统的“秘诀”,对数字系统的设计有了更深刻的理解。

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《Digitaltechnik》这本书,真的是我最近阅读中最“扎实”的一本书。作者在内容的深度上,做得非常到位,让我能够真正地理解数字技术的精髓。我一直对“逻辑代数”的运用感到困惑,这本书就彻底解决了我的难题。作者从最基础的布尔代数公理开始,详细讲解了各种逻辑运算的性质和化简方法。我最喜欢的部分,是作者在讲解“最小项”和“最大项”的时候,他用了一种非常直观的方式,让我能够理解它们在逻辑函数中的作用。而且,他还提供了大量的练习题,让我能够在练习中不断地巩固所学。读完这一部分,我感觉自己仿佛掌握了“数字炼金术”的秘诀,能够将复杂的逻辑函数,化简成最简洁的形式。

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对于我这样一个理工科背景相对薄弱的读者来说,《Digitaltechnik》这本书,真的是我学习数字技术的一座“灯塔”。我一直以为数字技术是遥不可及的,是只有少数天才才能掌握的领域。但是,这本书的作者却用一种非常“亲民”的方式,将复杂的概念一一拆解,让我能够一点点地理解。我最喜欢的是作者在讲解“组合逻辑电路”的时候,他从最基础的“与非门”开始,一步步构建出更复杂的逻辑功能。他用了很多比喻,比如把门电路比作“逻辑积木”,让我能够像搭积木一样,轻松地构建出各种逻辑电路。而且,这本书的练习题设计也非常用心,每一章的练习题都紧密结合了讲解的内容,让我能够在练习中巩固所学。我花了很长时间去完成那些练习题,虽然有时候会遇到困难,但是当我最终解答出来的时候,那种成就感是无与伦比的。这本书让我明白,数字技术并非高不可攀,只要掌握了正确的方法,每个人都能有所成就。

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