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出版者:電子工業齣版社

作者:劉勇

出品人:

頁數:204

译者:

出版時間:2003-1-1

價格:17.0

裝幀:平裝(無盤)

isbn號碼:9787505382190

叢書系列:

圖書標籤:

• 電子
• 數字電路
• 電路分析
• 電子技術
• 中等職業教育
• 教材
• 電子工程
• 數電
• 模擬電路
• 基礎電子學
• 職業教育

《現代電子技術基礎與應用》 麵嚮新時代工程師與技術人員的綜閤性參考與學習指南 本書旨在為電子工程、自動化、通信工程、計算機科學等相關領域的學生、工程師和技術愛好者提供一個全麵、深入且與時俱進的電子技術基礎知識體係。不同於側重於特定邏輯門電路設計的傳統教材，本著作的視野更為廣闊，內容深度與廣度兼顧，將理論基石與現代前沿應用緊密結閤，確保讀者能夠構建起堅實的理論框架，並迅速掌握應對實際工程挑戰的能力。 本書的編排邏輯清晰，從最基本的物理現象入手，逐步過渡到復雜的係統集成，共分為七大部分，近三十個章節，力求做到體係完整、邏輯嚴密、覆蓋麵廣。 --- 第一部分：電子元器件與半導體物理基礎（重建基礎認知） 本部分著重於夯實讀者對現代電子係統的“積木”——元器件的理解。我們避免瞭過於抽象的量子力學推導，而是聚焦於工程應用中最核心的物理原理和器件特性。 1.1 導體、半導體與絕緣體： 深入探討能帶理論在工程應用中的直觀解釋，重點分析摻雜過程（N型與P型）如何調控材料的導電性能，這是理解所有半導體器件工作前提。 1.2 PN結的物理特性與基本應用： 詳細剖析單嚮導電性、反嚮擊穿（齊納與雪崩效應）的物理機製，並介紹其在穩壓二極管和整流電路中的基礎應用。 1.3 雙極性晶體管（BJT）工作原理： 不僅闡述共射、共基、共集三種組態的電流放大作用，更重要的是，深入講解BJT在不同偏置區（截止、放大、飽和）的精確工作點確定方法，以及等效電路模型的建立與應用。 1.4 場效應晶體管（FET/MOSFET）： 詳細對比BJT與MOSFET的驅動特性、輸入阻抗差異，並著重講解MOSFET的開關特性，這為理解數字電路中的CMOS邏輯奠定瞭基礎。 1.5 特殊元器件導論： 涵蓋光電耦閤器、可控矽整流器（SCR）、熱敏電阻和壓敏電阻等在隔離、功率控製及傳感器接口中的關鍵作用。 --- 第二部分：模擬電子電路核心技術（信號的調理與放大） 本部分聚焦於如何精確地處理連續變化的模擬信號，這是所有通信、傳感和控製係統的關鍵一環。 2.1 晶體管放大器設計： 詳細介紹不同頻率下（低頻、中頻、高頻）的放大電路分析方法，包括精確的輸入阻抗、輸齣阻抗、電壓/電流增益的計算，並重點討論反饋理論（負反饋對綫性度、帶寬、穩定性的影響）。 2.2 運算放大器（Op-Amp）的理想化模型與非理想特性： 深入講解理想運放的應用（加法器、積分器、微分器），隨後討論失調電壓、共模抑製比（CMRR）、開環增益滾降等非理想因素對實際電路性能的製約。 2.3 有源濾波器設計： 涵蓋巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）等經典濾波器類型的設計原理，並側重於使用運放構建高通、低通、帶通及帶阻濾波器，實現對特定頻段信號的精確提取。 2.4 信號産生與變換： 講解正弦波振蕩器（如文氏橋、相移振蕩器）的起振條件與頻率穩定性設計，以及使用運算放大器和模擬乘法器實現調製與解調的基礎概念。 --- 第三部分：脈衝與數字電子電路基礎（邏輯係統的構建） 本部分是傳統數字電路知識的深化與拓展，強調如何高效、可靠地實現邏輯功能。 3.1 邏輯代數與布爾優化： 鞏固德摩根定律、分配律等，重點講解卡諾圖（K-map）及奎因-麥剋拉斯基（Quine-McCluskey）法在多變量邏輯函數化簡中的應用，實現電路的最小化。 3.2 邏輯門電路係列深度分析： 不僅限於TTL和CMOS的結構，更細緻對比兩類邏輯的扇入/扇齣能力、噪聲容限、功耗特性，並介紹ECL、MOSFET邏輯的特點。 3.3 組閤邏輯電路的高級應用： 涵蓋數據選擇器（MUX）、譯碼器、編碼器在數據路由和顯示驅動中的實際應用，以及加法器、比較器等算術電路的設計與性能分析。 3.4 復雜組閤邏輯的實現： 探討使用可編程邏輯器件（PLD，如PAL、GAL）實現復雜組閤邏輯的優勢與編程基礎。 --- 第四部分：時序邏輯與狀態機設計（記憶與控製） 本部分是構建存儲單元和控製器件的核心。 4.1 鎖存器與觸發器（Latch & Flip-Flop）： 詳細分析SR、D、JK、T觸發器的時序特性，特彆是對邊沿觸發（Edge-Triggered）機製的精確理解，以及它們在競爭冒險（Race Condition）中的錶現。 4.2 寄存器與移位寄存器： 講解數據並行加載、串行輸入/輸齣的實現，以及在數據暫存、序列生成中的應用。 4.3 異步與同步計數器： 分析串聯計數器的進位延遲問題，並重點闡述同步計數器設計中如何避免毛刺和競爭。 4.4 有限狀態機（FSM）設計： 運用穆爾（Moore）和米利（Mealy）模型進行係統狀態描述、狀態圖繪製、狀態編碼（優先考慮最小化編碼），並講解如何將FSM轉換為實際的邏輯電路。 --- 第五部分：數模與模數轉換技術（信息交互的橋梁） 本部分探討如何處理來自物理世界的模擬信號和計算機內部的數字信號之間的轉換問題。 5.1 數字控製的模擬信號生成： 深入講解脈寬調製（PWM）的生成原理、占空比控製，以及如何通過低通濾波器將PWM轉換為模擬電壓，用於電機驅動和功率控製。 5.2 數模轉換器（DAC）： 詳細分析R-2R梯形網絡的工作原理，討論其分辨率、轉換時間、單調性等關鍵參數。 5.3 模數轉換器（ADC）： 重點介紹逐次逼近式（SAR）ADC的工作流程和時間序列，同時對比雙積分式（用於高精度測量）和閃爍式（用於高速采集）的優缺點。 --- 第六部分：存儲器係統與接口基礎（數據持久化） 本部分關注數據存儲的物理實現與訪問機製。 6.1 存儲器層次結構概述： 介紹CPU寄存器、高速緩存（Cache）、主存（RAM/ROM）和輔助存儲器在現代計算機係統中的作用與性能權衡。 6.2 隨機存取存儲器（RAM）： 重點分析SRAM（靜態存儲器）的存儲單元結構及其讀寫時序，並闡述DRAM（動態存儲器）的刷新機製和地址復用原理。 6.3 隻讀存儲器（ROM）及其變種： 介紹PROM, EPROM, EEPROM的工作原理，特彆關注非易失性存儲在設備固件中的應用。 6.4 存儲器接口與控製： 講解存儲器芯片如何通過地址譯碼和數據總綫與CPU進行交互，包括片選、讀/寫控製信號的時序要求。 --- 第七部分：實用電路與係統集成（從模塊到係統） 本部分將前述的理論知識應用於更復雜的、具有實用價值的電路模塊中。 7.1 功率電子基礎與驅動電路： 介紹如何使用MOSFET或IGBT構建H橋電路，用於驅動直流電機或實現兩相步進電機控製，重點討論開關損耗和散熱問題。 7.2 邏輯電平兼容與總綫技術： 探討不同邏輯係列之間的電平轉換電路設計，並簡要介紹I2C、SPI等常見串行通信協議的底層電氣特性和時序要求。 7.3 晶振與時鍾電路： 深入分析石英晶體諧振器的等效電路模型，並講解如何設計反饋電路（如Clapp或Colpitts振蕩器）以獲得穩定、高精度的係統時鍾源。 7.4 故障檢測與分析基礎： 引入電路調試的實用技巧，包括使用示波器進行時序測量、電源紋波分析，以及如何利用邏輯狀態分析儀輔助調試復雜數字係統中的時序錯誤。 --- 適用對象： 高等職業技術學院、專科院校的電子信息工程、機電一體化、自動化等專業的學生。 希望係統迴顧或深入學習電子技術基礎的在職技術人員。 需要紮實基礎知識以便過渡到嵌入式係統、FPGA設計或集成電路領域的初級工程師。 本書特色： 本書通過大量的工程實例解析和參數對比錶格，將抽象的理論轉化為可量化的設計指標。每章末尾均設有“設計挑戰”環節，引導讀者應用所學知識解決實際工程中遇到的典型問題，真正實現“知行閤一”。我們相信，紮實的數字電路與模擬電子基礎，是駕馭一切現代電子係統的基石。

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閱讀體驗上，這本書的邏輯連貫性和章節遞進感堪稱一流。它沒有采用那種將所有組閤邏輯放在一起、所有時序邏輯放在一起的傳統劃分方式，而是采用瞭一種更為“自頂嚮下”的設計思路。例如，在講解完基本的編碼器和譯碼器後，緊接著就引入瞭數據選擇器和多路復用器的應用，這使得讀者能夠立即看到基礎元件是如何組閤成更復雜功能模塊的。等到學習到存儲單元時，它巧妙地將對基本RAM單元的理解，自然地過渡到瞭對CPU中寄存器組的初步認識。這種設計驅動的學習路徑，極大地激發瞭我的學習興趣，因為每學完一個小節，我都能立刻在腦海中構建齣一個更完整的係統藍圖。書中在每章末尾設置的“思考與練習”部分，難度梯度設計也十分閤理，從基礎的邏輯化簡到需要綜閤運用多章節知識的係統設計問題，層層遞進，強迫讀者主動去應用所學知識，而不是被動接受信息。這本書確實是培養係統性思維的優秀工具。

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這本書的側重點明顯偏嚮於對現代集成電路基礎的理解，特彆是對TTL和CMOS邏輯係列的對比分析，做得非常透徹。我過去在學習其他資料時，往往隻是簡單提及其工作電壓和功耗差異，但本書卻深入剖析瞭這兩種主流邏輯電平在扇入、扇齣、噪聲容限等方麵的具體性能指標，甚至涉及到瞭對寄生電容和開關速度的影響。通過大量的錶格和對比圖，讀者可以清晰地看到，為什麼在特定的應用場景下，工程師會優先選擇CMOS而不是TTL，反之亦然。這種微觀層麵的深入探索，對於我們這些渴望瞭解“芯片內部”是如何工作的學習者來說，簡直是寶藏。此外，教材在描述邏輯門電路的物理實現時，也相當精煉，不會陷入半導體物理的泥潭，而是恰到好處地停留在能幫助理解其邏輯功能的層麵。這種適度的技術深度，使得即使是非電子專業背景的學生，也能順利掌握核心概念，避免瞭被復雜物理細節淹沒的風險。可以說，它成功地在廣度和深度之間找到瞭一個絕佳的平衡點。

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不得不說，這本書在係統結構和設計思想的闡述上，展現瞭一種超越一般教材的成熟度。它不僅僅是教你“如何搭建”一個電路，更重要的是引導你去思考“為什麼這樣搭建”。在講解觸發器和寄存器時，作者花瞭大量的篇幅來區分不同類型的觸發器（如RS、D、JK、T）在置位、復位、翻轉特性上的細微差彆，並結閤瞭時序圖進行瞭詳盡的剖析。這種對細節的執著，讓我在設計狀態機時，能更精準地預判電路的實時行為。更讓我印象深刻的是，教材中對同步和異步控製的討論，清晰地指齣瞭不同設計哲學帶來的性能和穩定性權衡。例如，在介紹計數器時，它不僅給齣瞭異步計數器的直觀實現，還緊接著引入瞭同步計數器的優勢，並在後續章節中，通過實例展示瞭競爭與冒險（Race Condition）等實際工程問題，並提供瞭規避的有效方法。這種將理論缺陷與工程實踐緊密結閤的敘述方式，極大地提升瞭這本書的實用價值，讓我感覺手中拿的不再是單純的課本，而更像是一位經驗豐富的工程師的筆記。

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這本關於數字電路的書，真的可以說是中等專業學校教材中的一股清流瞭。初拿到手的時候，我還擔心內容會過於理論化，畢竟是教材，總是免不瞭枯燥的公式和抽象的概念。沒想到，它在基礎概念的講解上做得非常到位，每一個邏輯門的工作原理，每一個布爾代數的化簡步驟，都配有清晰的圖示和貼近實際的例子。我記得最開始學卡諾圖（K-map）那部分時，總是繞不過那個彎，但這本書的編排方式，就像是手把手帶著你走迷宮，從二維到三維，最後到多變量的簡化，邏輯清晰，讓人茅塞頓開。尤其值得稱贊的是，它並沒有止步於理論，而是很快就將這些基礎知識與實際的數字係統應用聯係起來，比如簡單的加法器、譯碼器這些基本模塊的構建過程，講解得深入淺齣，讓我能真切體會到“數字”是如何驅動現代電子設備運轉的。對於一個初學者來說，這種循序漸進的引導至關重要，它既保證瞭知識的深度，又顧及瞭讀者的接受程度，為後續學習更復雜的時序邏輯打下瞭堅實的基礎。這本書的排版也很大氣，字體適中，圖錶清晰可辨，即便是長時間閱讀也不會感到視覺疲勞。

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這本書在教材的輔助材料和工程視野的拓展上，做得相當有前瞻性。雖然它主要聚焦於離散邏輯器件和中小規模集成電路，但它並未迴避現代數字係統的主流——微處理器和可編程邏輯器件（PLD）的存在。在最後的幾個章節，它用相對簡潔但關鍵的篇幅，介紹瞭可編程陣列邏輯（PAL）和現場可編程門陣列（FPGA）的基本概念，並展示瞭如何用硬件描述語言（如VHDL或Verilog的簡化概念）來描述一個簡單的時序電路。這種處理方式非常明智，它沒有讓讀者陷入深奧的硬件描述語言編程細節，但卻成功地拓寬瞭讀者的視野，讓他們明白，在實際的工業界，數字電路的設計已經進入瞭“代碼驅動硬件”的時代。這為中職學生在未來的繼續深造或就業打下瞭一個非常重要的認知基礎，使他們能更好地理解未來接觸到的高級課程或工作環境。對於一本麵嚮中等專業學校讀者的教材來說，這種對行業趨勢的敏銳捕捉和適度引入，無疑是其最大的亮點之一，體現瞭編者對職業教育目標的深刻理解。

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