电路基础与集成电子技术 (新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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蔡惟铮 著

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出版社： 水利水电出版社

ISBN：9787508475950

商品编码：29746250881

包装：平装

出版时间：2010-07-01

基本信息

书名：电路基础与集成电子技术 (新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材)

定价：48.00元

作者：蔡惟铮

出版社：水利水电出版社

出版日期：2010-07-01

ISBN：9787508475950

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书是根据新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材计划编写的。本书分电路基础、模拟电子技术和数字电子技术3篇，共16章。本书的编写对一部分课程内容在讲法上进行了更新，精简了内容，在顺序上做了调整。例如其中电路基础的一部分内容结合电子技术的内容讲解。先讲场效应管，后讲双极型晶体管，结合工作原理介绍gm和β，根据特性曲线导出晶体管的小信号模型。将模拟乘法器与运放线性应用合为一章，使它们应用电路的分析得到统一。
本书可供电气信息类、计算机类、应用物理等专业的相关课程做教材，理论课授课在100学时左右。本书有多媒体电子教案配套供选用。

目录

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总序
前言
篇　电路基础
　章　电路元件与电源
　　1.1　实际电路与电路模型
　　1.2　电路中的无源二端元件
　　　1.2.1　电阻器
　　　1.2.2　电容器
　　　1.2.3　电感器
　　思考题
　　1.3　电流、电压的正方向
　　思考题
　　1.4　电源和信号源
　　　1.4.1　电源
　　　1.4.2　受控电源
　　思考题
　　1.5　元件的电压、电流和功率
　　思考题
　　1.6　信号的时域和频域特性
　　　1.6.1　正弦信号的产生
　　　1.6.2　非正弦信号的合成与频谱图
　　1.7　导体、绝缘体和半导体
　　本章小结
　　习题
　第2章　电路的基本定律
　　2.1　无源元件电路的等效变换
　　　2.1.1　电阻器的串联
　　　2.1.2　电阻器的并联
　　　2.1.3　电容器的串联与并联
　　　2.1.4　电感器的串联与并联
　　思考题
　　2.2　独立电源电路的等效变换
　　　2.2.1　电压源电路的串联
　　　2.2.2　电流源电路的并联
　　　2.2.3　实际电源电路的输出
　　　2.2.4　两种实际电源电路之间的等效转换
　　　2.2.5　电压源源电压和内阻的确定
　　　2.2.6　输出功率与负载匹配
　　　2.2.7　输出功率与消耗功率
　　思考题
　　2.3　基尔霍夫定律
　　　2.3.1　基尔霍夫电流定律(KCL)
　　　2.3.2　基尔霍夫电压定律(KVL)
　　　2.3.3　电阻器的星形三角形变换
　　思考题
　　2.4　叠加原理
　　思考题
　　2.5　戴文宁定理和诺顿定理
　　　2.5.1　戴文宁定理
　　　2.5.2　诺顿定理
　　思考题
　　本章小结
　　习题
　……
第2篇　模拟电子技术
第3篇　数字电子技术
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《现代电子系统设计：从原理到实践》 前言 我们正处在一个由电子技术驱动的变革时代。从智能手机的触手可及，到精密医疗设备的广泛应用，再到航空航天领域的尖端探索，电子技术的每一次飞跃都深刻地改变着我们的生活方式和社会面貌。理解和掌握现代电子系统的核心原理，进而能够设计和实现创新的电子产品，已成为当今科技领域的核心竞争力。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代电子系统设计视角。它不仅仅是关于孤立的电子元件，更关注如何将这些元件有机地组织起来，构建出功能强大、性能优越的复杂系统。本书将带领读者穿越电子世界的宏伟图景，从最基础的信号处理概念出发，逐步深入到构建复杂集成电路的精妙工艺，并最终触及系统级的应用设计。我们相信，通过掌握本书所阐述的知识，读者将能够更好地理解当前电子技术的现状，并为未来的创新与发展奠定坚实的基础。 第一篇：信号的本质与处理 第一章：信号的语言——模拟信号与数字信号 万物皆可“信号”。在电子世界中，信号是信息的载体，是指令的传递者。本章将首先揭示信号的本质，区分两种最基本的信号类型：模拟信号与数字信号。 模拟信号的魅力与挑战： 模拟信号是连续变化的，如同自然界中的声音、光线或温度。它们能够精确地反映物理世界的细微变化，因此在传感器、音频设备等领域扮演着至关重要的角色。我们将深入探讨模拟信号的特性，如幅度、频率、相位等，并分析其在传输过程中易受噪声干扰、精度受限等固有挑战。 数字信号的精确与便捷： 与模拟信号不同，数字信号是离散的，通常以二进制的形式（0和1）表示。这种离散性赋予了数字信号强大的抗干扰能力和精确的可重现性，使得信息处理、存储和传输变得前所未有的高效和可靠。本章将介绍数字信号的基本概念，包括采样、量化和编码，并阐述其在现代通信、计算和控制系统中的核心地位。 模数转换与数模转换： 在现实世界的许多应用中，模拟信号和数字信号需要相互转换。本章将重点介绍模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的工作原理、关键参数（如分辨率、采样率）以及它们在连接模拟世界与数字世界中的不可或缺的作用。理解这些转换过程，是掌握现代电子系统如何感知、处理和响应外部环境的关键。 第二章：滤波与放大——塑造信号的利器 信号的“原始形态”往往需要经过精细的加工才能满足应用需求。滤波和放大是信号处理中最基本也最重要的操作，它们如同信号的“雕刻刀”和“扩音器”。 滤波器的奥秘： 滤波器能够选择性地允许特定频率范围的信号通过，同时衰减其他频率的信号。本章将详细介绍不同类型的滤波器，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。我们将探讨它们的电路结构（如RC滤波器、RL滤波器、LC滤波器）、频率响应特性，并结合实际应用场景，例如音频信号的去噪、射频信号的选择等，来理解滤波器的重要性。 放大器的功率： 信号在传输过程中往往会衰减，或者需要被增强以驱动后续电路。放大器正是为了解决这个问题而生。本章将深入研究各类放大器的基本原理，包括同相放大器、反相放大器、差分放大器等。我们将分析放大器的关键参数，如增益、带宽、输入阻抗和输出阻抗，并讨论其在音频系统、传感器接口等领域的广泛应用。 运算放大器（Op-Amp）的通用性： 运算放大器是现代电子设计中最具代表性的集成电路之一。本章将重点介绍运算放大器作为理想元件的特性，并展示如何利用其构建各种滤波器、放大器、积分器、微分器等功能电路。我们将通过实例分析，揭示运算放大器在模拟信号处理中的强大生命力。 第三章：时序控制与逻辑门——构建数字大脑的基础 数字电子系统的核心在于其逻辑功能和时序控制能力。本章将带领读者走进数字逻辑的世界，理解信息是如何被处理和决策的。 布尔代数与逻辑门： 本章将从布尔代数这一数学工具出发，介绍构成数字电路最基本单元——逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）的工作原理和真值表。我们将理解如何通过组合这些基本逻辑门来实现更复杂的逻辑功能，为后续的数字系统设计打下基础。 组合逻辑电路： 组合逻辑电路由逻辑门构成，其输出仅取决于当前的输入。本章将介绍常见的组合逻辑电路，如编码器、译码器、多路选择器（Multiplexer）和分路选择器（Demultiplexer），并解释它们在数据选择、信号路由等方面的应用。 时序逻辑电路： 与组合逻辑不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于电路过去的状态，这得益于存储元件（如触发器）的存在。本章将重点介绍各种触发器（SR触发器、D触发器、JK触发器、T触发器）及其工作原理，并由此引出移位寄存器和计数器等核心时序逻辑模块，它们是实现数字系统定时、计数和数据存储的关键。 状态机设计： 状态机是描述和设计复杂数字逻辑系统的一种强大方法。本章将介绍有限状态机（FSM）的概念，包括状态、转换和输出，并演示如何利用组合逻辑和时序逻辑来设计和实现一个简单的状态机，从而控制系统的行为。 第二篇：集成电子技术的核心 第四章：半导体器件——电子世界的基石 所有现代电子系统的核心都离不开半导体器件。本章将深入剖析这些微小的奇迹，理解它们如何实现电子的流动与控制。 二极管的单向导电性： 二极管是PN结的最基本体现，它允许电流沿一个方向流动，而在另一个方向阻断。我们将探讨二极管的结构、工作原理、伏安特性曲线，以及它在整流、稳压、开关等方面的基本应用。 三极管（BJT）的放大能力： 双极结型晶体管（BJT）是电子技术发展史上的里程碑。本章将详细讲解BJT的两种类型（NPN和PNP），其基极、集电极和发射极的工作原理，以及它如何实现电流放大。我们将分析BJT在放大器和开关电路中的应用。 场效应管（MOSFET）的崛起： 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）以其高输入阻抗、低功耗和易于集成等优点，成为现代数字集成电路的主力军。本章将介绍MOSFET的结构、栅极、漏极和源极的工作原理，以及其在各种电路中的放大和开关应用，尤其是在CMOS技术中的重要性。 其他重要半导体器件： 除了二极管和三极管，本章还将简要介绍其他关键的半导体器件，如可控硅（SCR）、场效应晶体管（JFET）等，以及它们在特定应用场景下的优势。 第五章：运算放大器的深入应用与模型 运算放大器（Op-Amp）以其极高的电压增益、极低的输入失调电压和极高的输入阻抗，成为模拟电路设计的“万能积木”。 理想运算放大器模型： 在分析运算放大器电路时，我们通常采用理想模型来简化分析。本章将详细阐述理想运算放大器的几个关键假设，包括无穷大的开环增益、零的输入失调电压、无穷大的输入阻抗以及零的输出阻抗，并说明这些假设如何帮助我们快速理解复杂电路的功能。 基本运算电路分析： 基于理想运算放大器模型，本章将深入分析一系列重要的模拟电路，包括： 同相比例器： 实现输入信号的比例放大，增益等于1+Rf/Rin。 反相比例器： 实现输入信号的比例放大，增益等于-Rf/Rin。 加法器和减法器： 实现多个输入信号的加权求和或差值运算。 积分器： 实现对输入信号的积分操作。 微分器： 实现对输入信号的微分操作。 电压跟随器： 实现信号的缓冲和阻抗匹配，增益为1。 实际运算放大器的局限性与补偿： 理想模型与实际电路之间存在差异。本章将探讨实际运算放大器的非理想特性，如有限的开环增益、输入失调电压、输入偏置电流、输出电压摆幅限制、压摆率（Slew Rate）和带宽限制等。我们将分析这些非理想因素对电路性能的影响，并介绍相应的补偿和设计技巧。 运算放大器的选择与应用： 掌握了运算放大器的基本原理和分析方法后，本章将指导读者如何根据具体的应用需求（如精度、速度、功耗、供电电压等）选择合适的运算放大器型号，并介绍运算放大器在滤波器设计、信号调理、仪器仪表以及一些特定传感器接口电路中的实际应用案例。 第六章：集成电路（IC）的基本原理与制造 集成电路（IC）将大量的电子元器件集成在一块小小的半导体芯片上，是现代电子技术的核心。本章将揭示IC的奥秘。 IC的优势与分类： 本章将阐述集成电路相对于分立元件的巨大优势，如体积小、功耗低、成本低、可靠性高、性能好等。我们将介绍IC的几种主要分类方式，如按功能分类（模拟IC、数字IC、混合信号IC）和按集成度分类（小规模集成 SSI、中规模集成 MSI、大规模集成 LSI、超大规模集成 VLSI）。 IC的制造工艺概览： 制造集成电路是一个极其复杂且精密的工业过程。本章将概述IC制造的主要步骤，包括硅片制备、外延生长、光刻、刻蚀、扩散、离子注入、薄膜沉积、金属化等。我们将重点介绍光刻技术在微细图形转移中的核心作用，以及不同工艺（如PMOS, NMOS, CMOS）的特点。 数字集成电路设计： 数字IC是现代计算和通信系统的基础。本章将介绍数字IC设计流程，包括功能设计、逻辑设计（RTL）、综合、布局布线、物理验证等。我们将重点探讨CMOS（互补金属氧化物半导体）技术作为主流数字IC制造技术的原因，以及CMOS反相器、基本逻辑门等基本结构。 模拟集成电路设计： 模拟IC在信号的感知、处理和输出方面发挥着不可替代的作用。本章将介绍模拟IC设计的特点和挑战，包括跨导放大器、电流镜、差分对等基本模拟电路模块，以及它们如何构成运算放大器、滤波器、数据转换器等模拟IC。 混合信号集成电路： 许多现代电子系统同时需要模拟和数字信号处理能力。本章将介绍混合信号IC的设计，以及如何将模拟和数字电路集成在同一芯片上，例如模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的设计。 第三篇：系统应用与未来展望 第七章：电源管理与稳压技术 任何电子系统都离不开稳定的电源供应。本章将探讨电源管理和稳压技术，确保电子设备高效、可靠地运行。 电源的需求与挑战： 电子设备对电源的要求各不相同，包括电压、电流、稳定性、纹波、噪声以及功耗等。本章将分析不同应用场景下的电源需求，并讨论传统电源面临的挑战，如效率低、体积大、易发热等。 线性稳压器： 线性稳压器通过串联一个功率晶体管来调节输出电压，结构简单，噪声低。本章将介绍线性稳压器（如LDO）的工作原理、优点和缺点，以及其在对噪声敏感的应用中的地位。 开关稳压器（DC-DC转换器）： 开关稳压器通过快速开关的方式来调节电压，效率高，是现代电源设计的主流。本章将深入讲解几种主要的开关稳压器拓扑结构，如升压（Boost）转换器、降压（Buck）转换器和升降压（Buck-Boost）转换器的工作原理，分析其效率、纹波和瞬态响应等关键参数。 电源管理单元（PMU）： 现代复杂的电子设备往往集成了多种电源管理功能，如电压调节、电流限制、充电管理、低功耗模式等。本章将介绍PMU的概念和重要性，以及它们如何协同工作以优化设备的能效和性能。 第八章：传感器与信号采集 传感器是将物理世界的各种信息转化为电子信号的“眼睛”和“耳朵”。本章将重点关注传感器的原理、选择与信号采集。 传感器的基本原理与分类： 本章将介绍各类传感器的基本工作原理，包括电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、光学传感器、温度传感器、压力传感器、加速度传感器等。我们将分析不同传感器将物理量转化为电信号的方式，以及它们的灵敏度、精度、响应时间和测量范围等关键参数。 传感器接口电路设计： 传感器输出的信号往往需要经过放大、滤波或转换才能被后续电路处理。本章将讲解如何设计合适的传感器接口电路，以匹配传感器的输出特性，减小噪声干扰，并提供适合微控制器（MCU）读取的信号。 数据采集系统（DAS）： 数据采集系统是将多个传感器信号收集、处理并存储起来的过程。本章将介绍DAS的基本组成部分，包括传感器、信号调理电路、模数转换器（ADC）和处理器。我们将讨论采样率、分辨率、多通道采集等关键问题。 物联网（IoT）中的传感器应用： 随着物联网技术的飞速发展，传感器在智能家居、环境监测、工业自动化等领域扮演着越来越重要的角色。本章将结合实际案例，展示传感器在构建智能互联系统中的关键作用。 第九章：微控制器（MCU）与嵌入式系统 微控制器（MCU）是现代嵌入式系统的“大脑”，它们将处理器、内存和输入/输出接口集成在一块芯片上，实现了对物理世界的智能控制。 MCU的构成与工作原理： 本章将深入剖析MCU的核心组成部分，包括中央处理器（CPU）、内存（RAM/ROM）、定时器、中断控制器、通信接口（如UART, SPI, I2C）以及通用输入/输出（GPIO）端口。我们将理解CPU如何执行指令，内存如何存储数据和程序，以及各种外设如何协同工作。 嵌入式系统的软件开发： 嵌入式系统的功能通过软件来实现。本章将介绍嵌入式软件开发的流程，包括硬件选型、固件编程（通常使用C/C++语言）、编译、调试和烧录。我们将探讨实时操作系统（RTOS）在复杂嵌入式系统中的作用。 MCU在实际应用中的案例： 本章将通过具体案例，展示MCU在各种嵌入式系统中的应用，例如智能家电控制、汽车电子、工业自动化、医疗设备、机器人等。我们将分析在不同应用场景下，如何根据需求选择合适的MCU，并进行系统设计。 人机交互（HMI）基础： 嵌入式系统需要与用户进行交互。本章将简要介绍人机交互的基本概念，包括显示器、按键、触摸屏等输入/输出设备的接口设计，以及如何实现友好的用户界面。 第十章：未来趋势与挑战 电子技术正以前所未有的速度发展，不断涌现出新的理念和技术。本章将展望电子技术的未来发展趋势，并探讨当前面临的挑战。 人工智能（AI）与机器学习的融合： AI和机器学习正在深刻地改变着电子系统的设计和应用。本章将探讨AI如何赋能电子系统，例如智能传感器、自适应控制系统、更高效的数据处理等。 物联网（IoT）的深化发展： 物联网已成为连接现实世界和数字世界的重要桥梁。本章将讨论IoT生态系统的进一步发展，包括更广泛的连接性、更强大的数据分析能力以及更多样化的应用场景。 新材料与新工艺： 新型半导体材料（如宽禁带半导体、二维材料）和先进制造工艺（如纳米技术、3D集成）将为电子器件和系统带来革命性的突破。 可持续电子学与绿色设计： 随着对环境问题的日益关注，可持续电子学和绿色设计理念将变得越来越重要，致力于开发更节能、更环保的电子产品。 安全性与隐私保护： 在日益互联的世界中，电子系统的安全性和用户隐私保护将是持续面临的重大挑战。 结语 《现代电子系统设计：从原理到实践》致力于为读者提供一个扎实而广阔的电子技术知识体系。我们相信，通过对本书内容的深入学习和理解，读者不仅能掌握电子学的基本原理，更能洞察现代电子系统的设计精髓，从而在未来的科技创新与产业发展中，贡献自己的智慧和力量。愿本书成为您探索电子世界、实现技术梦想的坚实伙伴。

评分☆☆☆☆☆

从一个多年接触技术文档的老读者角度来看，这本书在专业术语的规范性和一致性上做得极为出色，几乎找不到任何含糊不清或前后矛盾的地方。涉及到不同领域的交叉概念时，作者总能精准地引用行业内的标准术语，并且在初次出现时会附带简洁明了的解释，确保了专业性与可读性的完美平衡。阅读体验中，最大的感受就是“可靠”。在讲解一些涉及高精度计算或严格规范的领域时，数据和引用的准确性让人非常放心，这对于一本理工科教材来说至关重要。这种严谨的态度，使得这本书不仅可以作为课堂教材，完全有能力成为工程师案头常备的参考手册。它所构建的知识体系是如此稳固和精确，让人对其推荐毫不犹豫。

评分☆☆☆☆☆

这本书的讲解方式实在是太有启发性了，它不像传统的教科书那样堆砌公式和理论，而是更侧重于将抽象的电子概念与实际应用紧密结合起来。作者似乎非常懂得初学者的困惑点，总能在关键时刻用生活化的例子来类比复杂的电路行为，一下子就能让人茅塞顿开。比如，在解释晶体管的工作原理时，作者没有直接陷入复杂的半导体物理，而是先构建了一个形象的“水阀”模型，让读者对电流的控制有一个直观的认识。这种由浅入深、循序渐进的引导，极大地降低了学习的心理门槛。我以前对电子学总是心存畏惧，总觉得那是一门“玄学”，但读了这本书之后，我对整个电子技术领域建立起了一个坚实且充满信心的认知框架。这种教学设计真的非常高明，值得所有电子工程领域的教育工作者借鉴。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧简直让人眼前一亮，封面设计充满了现代感，色彩搭配既专业又不失活力。拿到手里就能感受到它用料的扎实，拿在手里沉甸甸的，让人对里面的内容充满期待。内页的纸张质量也很好，印刷字迹清晰锐利，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。每一页的布局都非常考究，章节标题和正文的字体大小、行距都把握得恰到好处，使得阅读体验非常顺畅。尤其是那些复杂的电路图和原理示意图，线条流畅，标识清晰，即便是初学者也能很快地捕捉到核心信息。这种对细节的关注，体现了编者和出版方对读者的尊重，让人在学习的过程中感到非常舒适和愉悦。可以说，光是翻阅这本书的过程，就已经是一种享受了，这种精美的制作水平在教材中是相当少见的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的配套学习资源和自我检测机制设计得非常人性化，这一点是很多同类教材所欠缺的。章节末尾的“自测问答”部分，不仅仅是简单的选择题或填空题，它包含了不少需要动手推导或小型设计任务的思考题。更重要的是，这些习题的难度梯度设置得非常合理，从基础巩固到综合应用，环环相扣，让人可以逐步检验自己对知识的掌握程度。我特别喜欢那些开放性的设计挑战，它们鼓励读者跳出书本的既有框架，尝试运用所学知识去解决一些稍微复杂一点的实际问题。这种主动学习而非被动接受的模式，极大地提升了我的学习效率和解决问题的能力。可以说，这本书不只是让你学会理论，更是训练你成为一个能解决实际问题的工程师。

评分☆☆☆☆☆

深度剖析某个特定模块时，这本书展现出了令人惊叹的系统性和条理性。它不仅仅停留在“是什么”和“怎么做”的层面，更深入地探讨了“为什么会这样设计”背后的权衡取舍。在介绍集成电路基础知识时，作者非常详尽地梳理了从早期的分立元件到现代大规模集成电路的发展脉络，使得读者能够理解当前技术形态的必然性。每当引入一个新概念，总会有一小段历史背景介绍或者设计哲学阐述，这使得学习过程不再是孤立知识点的堆砌，而是一部完整技术演进的历史。这种宏观视野的培养，对于未来想要从事高级设计或研发工作的读者来说，是极其宝贵的财富。它教会我的不仅仅是知识本身，更是一种工程师应有的批判性思维和全局观。