模拟电路分析与设计基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:吴援明

出品人:

页数:433页

译者:

出版时间:2006

价格:36.00元

装帧:平装

isbn号码:9787030174314

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探索数字世界的基石：信号、系统与抽象运算 本书并非聚焦于模拟电路的直流稳态或瞬态响应，亦非深入解析放大器、滤波器等具体模拟器件的等效电路模型和参数计算。相反，它将带领读者踏上一段探索数字世界本质的旅程，理解信息如何被编码、转换与处理。我们将从最基础的信号概念入手，逐步构建起理解复杂计算系统的理论框架。 第一部分：信号的语言——理解信息流动的本质 在踏入复杂的数字逻辑门之前，我们必须先学会“阅读”构成数字世界的语言——信号。本部分将彻底摒弃模拟电路中连续变化的电压和电流概念，转而专注于离散的、量化的信号表示。 离散时间信号与采样理论： 我们将详细探讨离散时间信号的数学定义，以及如何从连续的物理量中获取这些离散样本。理解奈奎斯特-香农采样定理的原理，以及它在数字信号处理中的核心地位，将是构建后续理解的关键。我们会深入研究不同采样率对信号信息保留程度的影响，并探讨过采样和欠采样的概念及其应用场景，例如在数字通信和音频处理中。 数字信号的表示： 离散信号如何转化为计算机可以理解的数字形式？本部分将详细介绍二进制、十进制、十六进制等数制系统，并阐述它们在信号编码中的作用。我们将探讨量化误差的产生机制，以及如何通过提高量化位数来减小误差，从而提升信号的精度。此外，还将触及脉冲编码调制（PCM）等基本的数字调制技术，理解它们如何将模拟信息转换为比特流。 信号的频谱分析与傅里叶变换（离散）： 虽然不涉及模拟滤波器的频率响应，但理解信号在频域的特性对于信号的分析和处理至关重要。我们将介绍离散傅里叶变换（DFT）及其高效实现——快速傅里叶变换（FFT）的基本原理。通过频谱分析，读者将能够理解一个信号由哪些频率分量构成，以及不同频率分量的相对强度。这对于理解数字信号的压缩（如MP3、JPEG）和噪声去除（数字滤波）至关重要。我们将通过实例展示如何利用FFT分析信号的周期性、谐波成分，以及如何识别特定频率的干扰。 信号的统计特性： 信号并非总是确定不变的，许多信号都带有随机性。本部分将介绍一些基本的信号统计学概念，如均值、方差、自相关函数和互相关函数。理解这些统计特性有助于我们评估信号的噪声水平、预测信号的行为，并在通信系统中进行信号检测和估计。我们将探讨白噪声、带限噪声等典型噪声模型，以及它们对信号的影响。 第二部分：系统的抽象——构建信息处理的通用模型 一旦我们掌握了信号的语言，下一步就是理解信息是如何在系统中被处理和转换的。本部分将建立一个高度抽象的系统模型，将各种信息处理过程归纳于一套通用的数学框架之下。 线性时不变（LTI）系统的数学描述： LTI系统是信号处理和系统分析的基础。我们将严格定义线性与时不变的性质，并介绍卷积运算在描述LTI系统输出与输入关系中的核心作用。读者将学习如何通过脉冲响应来完全刻画一个LTI系统，以及如何利用卷积定理来计算系统的输出。尽管不涉及模拟LTI系统，但其离散形式的数学模型将是我们后续理解数字滤波器和数字控制器等系统的基础。 差分方程与系统函数： 差分方程是描述离散时间LTI系统的基本数学工具。我们将学习如何建立描述系统行为的差分方程，并通过求解差分方程来获得系统的输出。进一步地，我们将引入Z变换，它在离散系统分析中扮演着类似于拉普拉斯变换在连续系统中角色。通过Z变换，我们可以将复杂的差分方程转化为代数方程，并定义系统的传递函数（也称为系统函数）。系统函数能够直观地反映系统的频率响应特性和稳定性。 系统稳定性分析： 系统的稳定性是确保系统正常工作的关键。本部分将深入探讨离散LTI系统的稳定性判据，例如使用系统函数的零极点位置来判断稳定性。我们将分析不稳定系统可能出现的振荡现象，以及如何通过设计系统参数来保证系统的稳定性，特别是在反馈控制系统中。 采样与重建的系统视角： 在数字系统中，模拟信号经过采样器（模拟-数字转换器，ADC）转换为数字信号，数字信号经过数字-模拟转换器（DAC）和重建滤波器（通常是模拟滤波器，但我们只关注其作为系统一部分的抽象概念）转换回模拟信号。本部分将从系统理论的角度审视采样和重建过程，理解它们对信号带宽的限制以及可能引入的失真。我们将探讨理想采样器和实际采样器的区别，以及数字重建滤波器在抑制混叠和提高重建信号质量中的作用。 第三部分：数字逻辑与抽象运算——构建计算机器的蓝图 在理解了信号的流动和系统的抽象模型后，我们将进入数字逻辑的核心。这里，我们不再关心电压的高低，而是关注逻辑状态的转换和基于这些状态的计算。 布尔代数与逻辑门： 布尔代数是数字逻辑的基石。我们将详细介绍布尔代数的公理、定理和基本运算，如AND、OR、NOT、XOR等。在此基础上，我们将介绍实现这些基本逻辑运算的逻辑门电路（例如，AND门、OR门、非门等），但重点在于它们的逻辑功能而非物理实现。我们将学习如何使用真值表、布尔表达式和卡诺图等工具来简化和优化逻辑电路。 组合逻辑电路设计： 组合逻辑电路的输出仅取决于当前的输入，不包含记忆功能。本部分将带领读者设计各种组合逻辑电路，例如加法器、减法器、多路选择器（MUX）、译码器、编码器等。我们将学习如何从逻辑功能需求出发，推导出布尔表达式，并利用逻辑门搭建出实现这些功能的电路。这些基础模块是构建更复杂数字系统的“乐高积木”。 时序逻辑电路设计： 时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于电路的状态（历史信息）。本部分将引入存储元件，如触发器（Flip-Flops），特别是SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器。我们将深入理解触发器的工作原理，以及它们如何构成时序逻辑电路的基本单元。 状态机（有限状态机，FSM）的设计与分析： FSM是描述和设计时序逻辑电路的一种强大而抽象的工具。我们将学习如何用状态图和状态转移表来描述一个FSM，并将其转换为具体的时序逻辑电路。我们将分析各种类型的FSM，如摩尔机和米利机，以及它们在序列检测、数据排序、控制器设计等方面的应用。 数字系统中的基本运算实现： 在组合逻辑和时序逻辑的基础上，我们将探讨如何通过数字逻辑实现基本的算术和逻辑运算。例如，如何设计一个能够执行多位加法运算的加法器电路，或者一个能够实现逻辑与、或、非运算的组合逻辑单元。虽然我们不深入讨论微处理器架构，但这些基本运算单元是现代计算机进行数据处理的微观基础。 数据表示与存储： 数字系统中数据的表示方式至关重要。我们将简要介绍固定点和浮点数的表示方法，以及它们在计算机内部的实现原理。此外，还将简要提及各种存储元件（如寄存器、内存单元）的基本概念，以及它们如何在数字系统中扮演存储和传递数据的角色。 通过以上四个部分的学习，读者将能够建立起一套完整的数字世界认知体系。我们不再局限于电子元器件的物理特性，而是将注意力集中在信息如何在离散的状态下被编码、传输、处理和计算。本书旨在为理解数字通信、数字信号处理、计算机体系结构、嵌入式系统设计等更高级的主题打下坚实而抽象的理论基础。

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这本书的排版和装帧设计实在是一流的水准，拿在手上就有一种专业感扑面而来。纸张的质地非常舒适，即便是长时间阅读也不会让眼睛感到疲劳，这对于需要频繁对照图表和公式的学习者来说，简直是福音。更值得称赞的是其插图的质量，那些电路原理图和波形图都绘制得极为精确和美观，线条清晰，标注明确，即便是复杂的多级电路，也能一目了然，避免了许多低质量教材中常见的因图示模糊而导致的理解偏差。细节决定成败，这点在这本书上体现得淋漓尽致。而且，章节之间的逻辑衔接处理得非常自然，知识点层层递进，就像修建一座摩天大楼，地基打得稳固了，上层的结构才能建得越高越壮观。我个人认为，好的教材不仅要内容过硬，其物理形态也应当是知识载体的最佳体现，这本书在这方面做到了极致。

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我花了很长时间在寻找一本能够平衡理论深度与实用性的教材，而这本著作在很大程度上满足了我的需求。它没有停留在教科书式的完美模型分析上，而是大胆地引入了现实世界中器件的非理想特性，例如温度漂移、噪声容限以及寄生参数的影响。这种“接地气”的处理方式，对于正在准备设计小型项目的工程师来说，价值无可估量。书中对反馈理论的阐述尤其深刻，它不仅解释了负反馈为何重要，还详细分析了不同反馈组态对系统稳定性和动态响应的微妙影响，配以波特图和根轨迹的直观展示，让抽象的稳定性分析变得触手可及。如果说有些书只教你“是什么”，那么这本书更专注于“为什么会这样”以及“在真实世界中该如何应对”。对于那些希望从“理论派”向“实践派”转型的读者，这本书无疑是一剂强心针。

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说实话，我一开始担心这本书的篇幅会显得过于庞大和冗余，但阅读体验彻底打消了我的顾虑。信息密度极高，但绝不拖沓。每一章的结构都经过精心策划，内容组织得井井有条，重点突出，旁枝末节极少。对于时间宝贵的专业人士或高年级学生而言，这种高效的学习体验至关重要。特别是关于高频特性和米勒效应的讨论部分，作者用极为凝练的语言，迅速切入了问题的核心，避免了在低频概念上做过多重复。书中还包含了一个非常实用的附录，里面汇集了各类常用器件的典型参数范围和曲线，这在实际电路仿真和调试时，简直是救命稻草。总而言之，这是一部在内容深度、信息密度和阅读效率上都达到教科书级别典范的作品，值得反复研读和收藏。

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这本书的深度和广度真是令人印象深刻，尤其是对于那些希望在电子工程领域打下坚实基础的初学者来说。我特别欣赏作者在讲解复杂概念时所展现出的耐心和清晰度。比如，在分析放大器工作原理的部分，那些密集的公式和参数，往往让人望而却步，但作者通过精妙的图示和循序渐进的推导，使得即便是初次接触的学生也能逐步掌握核心要点。书中对不同类型晶体管特性的剖析细致入微，不再是简单地罗列参数，而是深入到物理层面上解释其行为模式，这极大地帮助我建立起了对电路直观的理解。不仅仅是理论的堆砌，书中穿插的大量实际应用案例，如各种滤波电路和稳压电源的设计思路，更是让我看到了书本知识与工程实践之间的桥梁。阅读的过程中，我感觉自己不仅仅是在学习知识，更像是在跟随一位经验丰富的工程师进行实地考察，每一步都有明确的目的和详实的注释。我强烈推荐给所有对电子技术怀有好奇心的人。

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这本书的作者似乎深谙教学心理学，他们采用了一种非常高明的“问题驱动式”教学策略。在介绍完基础模块后，会立刻抛出一个看似简单却极具挑战性的设计任务，迫使读者主动回顾和整合刚刚学到的知识点，而不是被动地接受信息。例如，在直流偏置电路那一章结束后，书中设计了一个要求读者自行优化晶体管工作点的练习，这迫使我必须深入理解负载线分析和Q点选择的真正意义，而不是仅仅记住几个公式。这种主动学习的过程，极大地提高了知识的留存率和应用能力。很多其他书籍的习题往往是简单的计算重复，而这里的练习题往往需要多步推理和综合运用，真正考验读者的思维能力。这本教材的价值在于，它成功地将“学习”变成了一场主动的“探索”。

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