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內容簡介

《電子技術(第二版)》由模擬電子技術和數字電子技術構成，其中模擬電子技術包括半導體器件、基本放大電路、集成運算放大器、信號發生電路、直流穩壓電源等；數字電子技術包括組閤邏輯電路、時序邏輯電路及模/數、數/模轉換電路等。

內頁插圖

目錄

目錄
前言
第0章緒論1
0.1信號1
0.2模擬電路2
0.3數字電路2
0.4電子設計自動化軟件介紹3
第1章半導體器件7
1.1發展曆史7
1.1.1真空二極電子管7
1.1.2真空三極電子管8
1.1.3第一颱電子管計算機8
1.1.4半導體二極管9
1.1.5半導體三極管(晶體管)9
1.2半導體的基本知識10
1.2.1本徵半導體11
1.2.2雜質半導體11
1.3PN結及其單嚮導電性12
1.3.1PN結的形成13
1.3.2PN結的單嚮導電性13
1.4半導體二極管14
1.4.1基本結構14
1.4.2伏安特性15
1.4.3主要參數15
1.4.4含二極管電路的分析計算16
1.4.5穩壓二極管17
1.5半導體三極管18
1.5.1基本結構18
1.5.2放大原理19
1.5.3特性麯綫21
1.5.4主要參數22
1.6場效應管*24
1.6.1N溝道增強型絕緣柵場效應管24
1.6.2N溝道耗盡型絕緣柵場效應管26
1.7晶閘管Δ28
1.7.1基本結構28
1.7.2工作原理29
1.7.3伏安特性30
1.7.4主要參數31
習題32
第2章基本放大電路35
2.1發展曆史35
2.2基本放大電路的組成及工作原理36
2.2.1基本放大電路的組成36
2.2.2電路的工作原理37
2.3放大電路的靜態分析38
2.3.1估算法38
2.3.2圖解法39
2.4放大電路的動態分析40
2.4.1圖解法40
2.4.2微變等效電路法44
2.5靜態工作點的穩定48
2.5.1溫度對靜態工作點的影響49
2.5.2分壓式偏置放大電路49
2.6射極輸齣器——共集電極放大電路52
2.6.1靜態分析52
2.6.2動態分析53
2.6.3射極輸齣器的特點和用途55
2.7場效應管放大電路*56
2.8多級放大電路及頻率特性58
2.8.1多級放大電路的耦閤方式59
2.8.2阻容耦閤多級放大電路的分析59
2.8.3阻容耦閤放大電路的頻率特性61
2.9放大電路中的負反饋62
2.9.1反饋的基本概念62
2.9.2反饋的分類64
2.9.3交流負反饋對放大電路工作性能的影響67
2.10差動放大電路*70
2.10.1直接耦閤放大電路70
2.10.2基本差動放大電路72
2.10.3典型差動放大電路74
2.11功率放大電路*77
2.11.1功率放大電路的一般問題78
2.11.2互補對稱放大電路79
2.12工程應用82
習題83
第3章集成運算放大器90
3.1發展曆史90
3.2集成運算放大器簡介91
3.2.1集成運算放大器的特點91
3.2.2集成運算放大器的基本組成91
3.2.3集成運算放大器的主要技術參數93
3.2.4理想集成運算放大器94
3.3基本運算電路96
3.3.1比例運算電路96
3.3.2加減運算電路99
3.3.3積分和微分運算電路101
3.4有源濾波器*105
3.4.1濾波器的作用和分類105
3.4.2有源低通濾波器的工作原理106
3.4.3有源高通濾波器的工作原理107
3.5采樣保持電路*108
3.6電壓比較器109
3.6.1單門限電壓比較器109
3.6.2滯迴電壓比較器*111
3.7集成運放的使用112
3.8工程應用114
3.8.1同相比例運算電路的應用114
3.8.2濾波器的應用115
3.8.3采樣保持電路的應用*116
3.8.4單門限比較器的應用116
習題117
第4章信號發生電路125
4.1發展曆史125
4.2正弦波振蕩電路126
4.3RC正弦波振蕩電路128
4.4LC正弦波振蕩電路129
4.4.1變壓器反饋式振蕩電器129
4.4.2三點式振蕩電路130
4.5石英晶體正弦波振蕩電路Δ131
4.6非正弦信號發生器*133
4.6.1矩形波發生電路133
4.6.2三角波發生電路134
4.6.3鋸齒波發生電路135
4.7工程應用135
4.7.1調頻無綫話筒電路135
4.7.2RC振蕩電路仿真136
習題137
第5章直流穩壓電源140
5.1發展曆史140
5.2整流濾波電路140
5.2.1單相半波整流電路140
5.2.2單相橋式整流電路142
5.2.3三相橋式整流電路144
5.2.4濾波電路146
5.3單相可控整流電路△149
5.3.1單相半波可控整流電路149
5.3.2單相半控橋式整流電路151
5.4直流穩壓電路152
5.4.1穩壓管穩壓電路152
5.4.2綫性穩壓電源154
5.4.3開關穩壓電源△157
5.5工程應用160
5.5.1串聯型綫性穩壓源實用設計160
5.5.2電飯煲的電源供電電路161
習題162
第6章門電路和組閤邏輯電路164
6.1發展曆史164
6.2數字電路基礎165
6.2.1數字電路的工作信號165
6.2.2晶體管的開關作用166
6.3分立元件門電路168
6.3.1二極管與門電路168
6.3.2二極管或門電路169
6.3.3晶體管非門電路170
6.3.4復閤門電路171
6.4TTL集成門電路172
6.4.1TTL與非門電路172
6.4.2集電極開路與非門*176
6.4.3三態輸齣與非門*177
6.5MOS集成門電路Δ178
6.5.1CMOS非門178
6.5.2CMOS與非門179
6.5.3CMOS或非門179
6.5.4CMOS傳輸門179
6.6集成門電路使用注意事項180
6.6.1CMOS門和TTL門的接口Δ180
6.6.2TTL和CMOS電路帶負載時的接口問題181
6.6.3多餘輸入端的處理182
6.7邏輯代數182
6.7.1邏輯代數運算法則182
6.7.2邏輯函數的錶示方法184
6.7.3邏輯函數的化簡185
6.8組閤邏輯電路的分析和設計189
6.8.1組閤邏輯電路的分析方法189
6.8.2組閤邏輯電路的設計方法190
6.9加法器191
6.9.1半加器191
6.9.2全加器192
6.10編碼器193
6.10.1二進製編碼器193
6.10.2二-十進製編碼器(BCD編碼器)194
6.10.3優先編碼器195
6.11譯碼器197
6.11.1二進製譯碼器197
6.11.2二-十進製譯碼器199
6.11.3二-十進製顯示譯碼器200
6.12數據分配器和數據選擇器*202
6.12.1數據分配器202
6.12.2數據選擇器203
6.13比較器Δ205
6.14組閤邏輯電路中的競爭冒險Δ205
6.15工程應用206
6.15.1雙控開關電路206
6.15.2動態顯示電路207
6.15.3水位檢測電路208
習題209
第7章觸發器和時序邏輯電路213
7.1雙穩態觸發器213
7.1.1基本觸發器213
7.1.2同步RS觸發器214
7.1.3主從JK觸發器216
7.1.4維持阻塞D觸發器217
7.1.5CMOS D觸發器218
7.1.6觸發器的直接置位和直接復位219
7.1.7觸發器邏輯功能的轉化219
7.1.8觸發器功能仿真分析221
7.2寄存器*222
7.2.1數碼寄存器222
7.2.2移位寄存器222
7.2.3寄存器功能仿真分析223
7.3計數器224
7.3.1同步計數器224
7.3.2異步計數器226
7.3.3集成計數器228
7.3.4環形計數器*231
7.3.5計數器功能仿真分析232
7.4單穩態觸發器*233
7.5多諧振蕩器Δ234
7.6555集成定時器及其應用Δ235
7.6.1用555定時器組成的單穩態觸發器236
7.6.2用555定時器組成的多諧振蕩器237
7.6.3用555定時器組成單穩態觸發器仿真分析238
7.6.4用555定時器組成多諧振蕩器仿真分析239
7.7工程應用240
7.7.1簡易催眠器240
7.7.2八路彩燈控製240
習題241
第8章數/模和模/數轉換器Δ245
8.1發展曆史245
8.2數/模轉換器246
8.2.1T形電阻網絡DAC246
8.2.2倒T形電阻網絡DAC247
8.2.3DAC的主要技術指標248
8.2.4集成DAC單元介紹舉例249
8.3模/數轉換器251
8.3.1逐次逼近型ADC251
8.3.2雙積分型ADC253
8.3.3ADC的主要技術指標255
8.3.4集成ADC芯片255
8.4工程應用258
8.4.1ADC與單片機的接口258
8.4.2DAC與單片機的接口260
習題260
參考文獻262

精彩書摘

第0章 緒論
　　內容概要：電子技術(Electronics)包括模擬電子技術(Analog Electronics)和數字電子技術(Digital Electronics)。模擬電子技術主要涉及模擬信號的處理、變換及産生等，數字電子技術則針對的是數字信號的邏輯分析、運算等。在模擬電子電路和數字電子電路之間，則是數/模轉換和模/數轉換電路。此外，在電路的設計過程中，仿真是重要的一環，學習者應掌握至少一門電路仿真軟件的使用方法。
　　重點要求：瞭解信號、模擬電路和數字電路的基本概念，模擬信號與數字信號的轉換，以及電路設計仿真軟件的使用方法。
0.1 信號
　　在自然界中，存在著各種各樣的信號，如溫度、壓力、速度等，這些大部分都是非電信號，為方便處理，通常需要采用傳感器將其轉換成相應的電信號，由此便産生瞭各類傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器、速度傳感器等。信號的形式多種多樣，根據是否周期性變化， 圖0-1-1 信號波形
可分為周期信號和非周期信號；根據信號齣現的確定性與否，可分為隨機信號和確定信號；根據信號在時間域及幅值特徵的連續性與否，可分為模擬信號和數字信號，其中前者是指在時間上連續且幅值也連續的信號，如典型的正弦波信號，後者則是在時間上離散且幅值也離散的信號，介於兩者之間的則稱為中間信號(或離散信號)，如圖0-1-1所示。
0.2 模擬電路
　　模擬電路是處理模擬信號的電路，主要有信號放大及調理電路、信號發生電路及直流穩壓電源電路等。
　　一般而言，傳感器輸齣的電信號是很微弱的，如話筒振動傳感器將聲波的振動轉換為電壓信號，其幅值僅為毫伏級。為瞭驅動負載，需要將微弱的信號放大，由此便産生瞭信號放大電路，其放大過程如圖0-2-1所示。此外，在傳感器輸齣的信號中，不可避免地混雜著其他噪聲信號，為瞭得到有用的輸齣信號，需要加入濾波等信號調理電路，如圖0-2-2所示。
圖0-2-1 信號放大
圖0-2-2 信號調理
　　早期，信號放大及調理電路均由分立元件(即一個個二極管、三極管、電阻、電容等)構成，體積龐大，穩定性差。在20世紀50年代，由於半導體技術的進步，使得在一塊晶片上製作數量眾多的元器件成為可能，並由此産生瞭集成電路(Integrated Circuit， IC)。集成電路的齣現是電子技術發展史上的一座裏程碑，它極大地推動瞭現代信息社會的快速發展。將由分立元件構成的放大電路集成到一塊芯片上，便構成瞭集成運算放大器(Operational Amplifier， OA)。集成運放在現代電子電路中占有極為重要的位置，也是模擬電路的基本單元。
　　在電路係統中，經常需要産生特定頻率、幅值的信號，如用於電路測試的正弦波信號，給交通燈提供時基的脈衝信號等。實現這一功能的電路稱為信號發生電路，如正弦波信號發生電路、三角波信號發生電路、方波信號發生電路等。
　　無論是電路還是電器設備，通常都需要直流穩壓電源，如筆記本電腦、直流電機等。直流穩壓電路就是用來獲取穩定的直流電壓，主要有兩種：一是將交流電(Alternating Current， AC)轉換為直流電(Direct Current， DC)，還有一種則是將直流電壓進行升壓或降壓。
0.3 數字電路
　　數字電路是處理數字信號的電路，用以完成對數字信號的邏輯運算、邏輯分析、轉換及控製等，主要有組閤邏輯電路、時序邏輯電路及模/數(Analog/Digital， A/D) 轉換、數/模 (D/A)轉換電路等。
　　與模擬電路類似，數字電路中也有輸入和輸齣信號，隻不過這些信號是低電平或高電平，對應著“0”或“1”的變量。在數字電路中，組閤邏輯電路在邏輯功能上的特點是任意時刻的輸齣僅僅取決於該時刻的輸入，與電路原來的狀態無關，如電梯控製電路；而時序邏輯電路輸齣不僅取決於當時的輸入信號，而且還取決於電路原來的狀態，或者說，還與電路之前的輸入有關，如交通燈控製係統。
　　介於模擬電路和數字電路之間的，則是中間電路，或者采樣電路，用以實現對連續信號的離散化處理。為瞭將離散化的信號與數字信號對應起來，需要模/數轉換電路。而對於快速變化的信號，往往還要引入保持電路以匹配後續的模/數轉換電路。在實際中，電路最終輸齣的往往是模擬信號，如手機揚聲器輸齣的聲音信號，為瞭將數字信號轉換為模擬信號，需要數/模轉換電路。
　　通常，為方便分析，將模/數轉換電路和數/模轉換電路統一歸類至數字電路中。
0.4 電子設計自動化軟件介紹
　　隨著計算機技術的飛速發展，電子設計自動化(Electronic Design Automation， EDA)技術在電路設計、分析及計算中起著越來越重要的作用。目前發達國傢已經基本上不存在電子産品的手工設計。一颱電子産品的設計過程，從概念的確立，到包括電路原理、建模、PCB版圖、編程、熱穩定分析、電磁兼容分析在內的物理級設計，再到PCB布綫、自動貼片、總裝配圖等生産所需資料等全部在計算機上完成。EDA技術藉助計算機存儲量大、運行速度快的特點，可對設計方案進行人工難以完成的模擬評估、設計檢驗、設計優化和數據處理等工作。EDA已經成為集成電路、印製電路闆、電子整機係統設計的主要技術手段。熟練地使用EDA工具，在設計的起始階段就能夠發現方案設計和參數計算的重大錯誤，在産品開發過程中，輔之以精確的建模和仿真，可以替代大量的實際調試工作，節約可觀的人力和物力投入，極大地提高開發效率。
　　在我國高校電子電路課程的教學體係中，目前已基本形成“理論教學—EDA—硬件實驗”的教學模式。因此，對於初學者，有必要熟練掌握一門電路仿真軟件的使用方法。
　　1. Multisim
　　Multisim是美國國傢儀器有限公司(NI)推齣的以Windows為操作係統的仿真軟件工具，適用於各類模擬/數字電路的設計。Multisim包含瞭電路原理圖的圖形、電路硬件描述語言等輸入方式，具有強大的設計及仿真分析功能。Multisim 用軟件的方法虛擬電子與電工元器件、儀器和儀錶，實現瞭“軟件即元器件”“軟件即儀器”。
　　以Multisim 10為例，其元器件庫提供數韆種電路元器件供實驗選用，同時也可以新建或擴充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數可以從生産廠商的産品使用手冊中查到，方便在工程設計中使用。
　　Multisim 10的虛擬測試儀器儀錶種類齊全，有一般實驗用的通用儀器，如萬用錶、函數信號發生器、雙蹤示波器、直流電源；還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如伯德圖儀、字信號發生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、失真儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等。
　　Multisim 10具有較為全麵的電路分析功能，可以完成電路的瞬態分析和穩態分析、時域和頻域分析、器件的綫性和非綫性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅裏葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等，從而為設計人員分析電路的性能提供極大的便利。
　　Multisim 10的主界麵如圖0-4-1所示。該軟件界麵清晰，操作簡易，適於初學者掌握。
圖0-4-1 Multisim 主界麵
　　2. Saber
Saber仿真軟件是美國Synopsys公司的一款EDA軟件，被譽為全球最先進的係統仿真軟件，是唯一的多技術、多領域的係統仿真産品，現已成為混閤信號、混閤技術設計和驗證工具的業界標準。Saber仿真軟件可用於電子、電力電子、機電一體化、機械、光電、光學、控製等不同類型係統構成的混閤係統仿真，為復雜的混閤信號設計與驗證提供瞭一個功能強大的混閤信號仿真器。此外，該軟件兼容模擬、數字、控製量的混閤仿真，可以解決從係統開發到詳細設計驗證等一係列問題。
Saber的主界麵如圖0-4-2所示。
圖0-4-2 Saber主界麵
　　Saber軟件更側重於係統級的混閤信號電路仿真，主要應用於開關電源領域的時域和頻域仿真，對初學者也可以作為參考。
　　3. Matlab
　　Matlab是美國MathWorks公司齣品的商業數學軟件，用於算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境，主要包括Matlab和Simulink兩大部分。
　　Matlab是matrix & laboratory兩個詞的組閤，意為矩陣工廠(矩陣實驗室)。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非綫性動態係統的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易於使用的視窗環境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供瞭一種全麵的解決方案，並在很大程度上擺脫瞭傳統非交互式程序設計語言(如C、Fortran)的編輯模式，代錶瞭當今國際科學計算軟件的先進水平。
　　Simulink工具箱的功能是在Matlab環境下，把一係列模塊連接起來，構成復雜的係統模型。在這其中，Power System (電力係統)仿真工具箱功能非常強大，可用於電路、電力電子係統、電動機係統、電力傳輸等領域的仿真，它提供瞭一種類似電路搭建的方法，用於係統的建模。
　　利用Simulink，可以方便地搭建各類電路模型並進行仿真，如圖0-4-3所示。
圖0-4-3 Simulink主界麵
　　4. Proteus
　　Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司推齣的EDA工具軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。該軟件雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、緻力於單片機開發應用的科技工作者的青睞。
　　Proteus是世界著名的EDA工具，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現瞭從概念到産品的完整設計。同時，Proteus也是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三閤一的設計平颱，其處理器模型支持8051、H

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