編輯推薦
立足於教、學、做—體化,以完成—個個工作任務為主綫,重點突齣實際操作技能,實現理論與實踐的真正融閤;
以電氣自動化專業工作崗位需求及職業能力為依據,確定本課程的項目;
遵循人們的認知規律,從易到難、從簡單到復雜安排內容,具有遞進性、連貫性和逐層疊加性等特點。
內容簡介
《21世紀高職高專電子信息類實用規劃教材:電路分析》采用以項目為導嚮、以任務為驅動的模式進行編寫,以完成一個個項目為主綫,並設置若乾個任務,在完成任務的過程中由淺入深地介紹瞭“電路分析”課程所要求掌握的知識點,著重於實踐能力的培養,適閤一體化教學。全書共7個項目,包括手電簡電路、照明電路、日光燈電路、變壓器及其製作、三相電路、電容的充放電及萬用錶的製作與組裝。
與同類書相比,《21世紀高職高專電子信息類實用規劃教材:電路分析》最大的特點是著眼於培養學生的綜閤素質和能力。《21世紀高職高專電子信息類實用規劃教材:電路分析》既可用於“教、學、做”一體化教學,也可指導學生實訓、課程設計。本書可作為高職院校電氣自動化、電子信息工程、光伏發電技術及應用等相關專業的教材,也可供工程技術人員參考使用。
內頁插圖
目錄
項目1 手電筒電路
1.1 任務1 電路模型及其組成
1.1.1 電路的組成及功能
1.1.2 電路模型
1.2 任務2 電路的基本物理量
1.2.1 電流
1.2.2 電壓與電位
1.2.3 電功率與電能
1.3 任務3 電源及其應用
1.3.1 電源的類型
1.3.2 電源的三種工作狀態
1.4 任務4 基爾霍夫定律
1.4.1 基爾霍夫電流定律
1.4.2 基爾霍夫電壓定律
項目總結
思考與練習
項目2 照明電路
2.1 任務1 電阻元件的連接
2.1.1 電阻元件的串聯
2.1.2 電阻元件的並聯
2.1.3 電阻元件的混聯
2.2 任務2 電源的連接
2.2.1 理想電源的串聯
2.2.2 理想電源的並聯
2.2.3 實際電源的連接
2.3 任務3 電阻網絡的分析方法
2.3.1 支路電流法
2.3.2 疊加原理
2.3.3 節點電壓法
2.4 任務4 綫性電路的基本定理
2.4.1 戴維南定理
2.4.2 諾頓定理
2.4.3 最大功率傳輸定理
項目總結
思考與練習
項目3 日光燈電路
3.1 任務1 正弦交流電的三要素
3.1.1 正弦交流電的錶示方法
3.1.2 正弦交流電的三要素
3.1.3 相位差
3.1.4 有效值
任務實施
3.2 任務2 正弦交流電路的相量分析
3.2.1 復數及其運算
3.2.2 正弦量的相量錶示
3.3 任務3 正弦交流電路中的元件特性
3.3.1 純電阻元件
3.3.2 純電感元件
3.3.3 純電容元件
3.4 任務4 正弦交流電路的功率以及功率因數的提高
3.4.1 正弦交流電路的功率
3.4.2 功率因數的提高
項目總結
思考與練習
項目4 變壓器及其製作
4.1 任務1 互感電路實驗
4.1.1 自感
4.1.2 互感
4.2 任務2 互感綫圈的連接
4.2.1 一對耦閤電感的串聯
4.2.2 一對耦閤電感的並聯
4.2.3 一對耦閤電感的三端連接
4.3 任務3 變壓器測試
4.3.1 空芯變壓器
4.3.2 理想變壓器
4.4 任務4 變壓器的製作
4.4.1 變壓器的分類
4.4.2 一般變壓器的基本結構
4.4.3 變壓器的材料介紹
4.4.4 變壓器製作的分析與計算
項目總結
思考與練習
項目5 三相電路
5.1 任務1 三相電源及其連接
5.1.1 三相交流電的産生
5.1.2 三相電源的連接
5.2 任務2 對稱三相電路
5.2.1 三相負載
5.2.2 三相電路
5.2.3 三相對稱電路
5.3 任務3 不對稱三相電路
5.3.1 三相不對稱負載的星形連接
5.3.2 三相不對稱負載的三角形連接
5.4 任務4 三相電路的分析與計算
5.4.1 三相電路功率的計算
5.4.2 三相電路有功功率的測量
項目總結
思考與練習
項目6 電容的充放電
6.1 任務1 電路的過渡過程
6.1.1 動態元件
6.1.2 電容的串並聯
6.1.3 電路的換路定律
6.2 任務2 一階動態電路的充電
6.2.1 動態電路的方程
6.2.2 一階電路的零狀態響應
6.3 任務3 一階動態電路的放電
6.4 任務4 一階電路的全響應
6.4.1 一階電路的全響應及其分類
6.4.2 一階電路的全響應的三要素分析法
項目總結
思考與練習
項目7 萬用錶的製作與組裝
7.1 直流電流的測量
7.2 直流電壓的測量
7.3 交流電流、電壓的測量
7.4 電阻的測量
項目總結
參考文獻
前言/序言
《現代集成電路設計與仿真》 內容梗概: 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的現代集成電路設計與仿真理論與實踐的框架。我們不再局限於傳統的離散元件電路分析,而是聚焦於當前電子信息産業發展的核心——集成電路(IC)。全書內容緊密圍繞IC的誕生、演進、設計流程、關鍵技術、仿真工具應用以及未來的發展趨勢展開,緻力於培養讀者獨立完成IC設計項目、解決復雜電子係統問題的能力。 第一部分:集成電路基石與設計流程 本部分將首先追溯集成電路的輝煌曆程,從早期晶體管的誕生到大規模集成電路(LSI)和超大規模集成電路(VLSI)的飛躍,讓讀者理解IC發展的必然性和重要性。在此基礎上,我們將詳細闡述現代集成電路設計的一般流程,包括: 需求分析與規格定義: 如何將一個宏觀的係統需求轉化為具體的IC功能和性能指標。 架構設計: 探討不同架構的優缺點,以及如何根據應用場景選擇最優方案。 邏輯設計(RTL): 介紹使用硬件描述語言(HDL),如Verilog或VHDL,進行高層次邏輯功能的描述。我們將深入講解HDL的基本語法、數據類型、行為建模、結構建模等,並通過大量實例展示如何描述組閤邏輯和時序邏輯電路。 綜閤(Synthesis): 解釋綜閤工具如何將RTL代碼轉化為門級網錶,以及綜閤過程中的優化技術,例如麵積、時序和功耗的權衡。 物理設計(Layout): 詳細介紹版圖設計(Layout)的各個階段,包括布局(Placement)、布綫(Routing)、時鍾樹綜閤(CTS)、功耗網格(Power Grid)設計等。我們將分析這些步驟對電路性能的影響,並介紹相關的設計規則檢查(DRC)和版圖設計規則(LVS)。 驗證(Verification): 強調驗證在IC設計中的核心地位。我們將介紹不同級彆的驗證方法,包括功能驗證、性能驗證、形式驗證等,並講解如何使用仿真器和驗證平颱來確保設計的正確性。 第二部分:關鍵集成電路技術與原理 深入理解構成集成電路的各種器件和電路原理是設計的基礎。本部分將涵蓋以下關鍵技術: CMOS器件原理與模型: 詳細講解MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)的工作原理,包括NMOS和PMOS的特性、閾值電壓、跨導等。我們將介紹不同級的CMOS模型,以及它們在電路仿真中的作用。 基本CMOS門電路設計: 深入分析CMOS反相器、NAND、NOR、XOR等基本邏輯門電路的結構、傳播延遲、功耗特性以及如何實現。 時序電路設計: 探討觸發器(Flip-flop)和鎖存器(Latch)的工作原理,以及如何構建時序電路,如寄存器、移位寄存器、計數器等。我們將分析時序約束,如建立時間(Setup Time)和保持時間(Hold Time),以及如何解決時序違例問題。 組閤邏輯電路設計: 介紹如何用邏輯門實現復雜的組閤邏輯功能,包括多路選擇器、譯碼器、加法器等。 時鍾與時序: 深入講解時鍾信號的生成、分配和控製,包括時鍾抖動(Jitter)、占空比(Duty Cycle)等對電路性能的影響。我們將重點介紹時鍾樹綜閤(CTS)的挑戰和解決方法。 低功耗設計技術: 隨著移動設備和便攜式電子産品的普及,低功耗設計變得至關重要。本部分將介紹各種低功耗設計技術,如時鍾門控(Clock Gating)、電源門控(Power Gating)、動態電壓與頻率調整(DVFS)等。 可測試性設計(DFT): 介紹在設計階段如何考慮電路的可測試性,例如掃描鏈(Scan Chain)、內建自測試(BIST)等,以提高測試效率和覆蓋率。 第三部分:集成電路仿真與驗證工具實戰 仿真和驗證是IC設計過程中不可或缺的環節。本部分將帶領讀者熟悉業界主流的仿真與驗證工具,並通過大量的實踐操作來鞏固理論知識。 主流EDA工具概覽: 介紹Synopsys、Cadence、Mentor Graphics等公司的主要EDA(Electronic Design Automation)工具套件,包括邏輯綜閤工具、布局布綫工具、仿真工具、靜態時序分析(STA)工具等。 HDL仿真器使用: 詳細講解如何使用Verilog/VHDL仿真器(如ModelSim, VCS, NC-Verilog)進行邏輯功能的仿真驗證。我們將演示如何編寫測試平颱(Testbench)、激勵信號生成、波形查看、斷點調試等。 靜態時序分析(STA): 介紹STA工具(如PrimeTime)的工作原理,以及如何利用STA來精確評估電路的時序性能,並識彆和解決時序違例。 物理驗證工具: 講解如何使用DRC和LVS工具來檢查版圖的設計規則和電氣連接的正確性。 驗證方法學(Verification Methodology): 介紹麵嚮對象的驗證方法學(OVM/UVM),以及如何構建可復用、可擴展的驗證環境,以應對日益復雜的IC設計。 實戰項目: 通過一個或多個實際的IC設計項目,如簡單的微處理器核、數據通路模塊、控製邏輯等,帶領讀者完整地走一遍從RTL編寫、綜閤、仿真到物理設計的流程。例如,我們可以設計一個UART控製器,並對其進行全麵的仿真驗證。 第四部分:前沿技術與未來展望 集成電路技術日新月異,本部分將展望未來的發展方嚮,為讀者提供更廣闊的視野。 先進工藝技術: 介紹FinFET、GAA(Gate-All-Around)等先進晶體管結構,以及納米級工藝帶來的挑戰與機遇。 異構集成與三維(3D)IC: 探討不同功能芯片堆疊和集成的方式,以及其帶來的性能提升和功耗降低潛力。 AI驅動的IC設計: 介紹機器學習和人工智能在IC設計流程中的應用,例如在綜閤、布局布綫、驗證等環節的自動化和優化。 新興應用領域: 探討IC在人工智能、物聯網(IoT)、5G通信、自動駕駛、生物電子學等新興領域的應用前景。 職業發展路徑: 分析集成電路設計領域的職業發展機會,包括邏輯設計工程師、驗證工程師、模擬設計工程師、版圖工程師、DFT工程師等。 學習本書的益處: 本書的目標讀者包括高等院校電子信息類專業的學生,以及希望從事或深入瞭解集成電路設計領域的工程師。通過係統學習本書,您將能夠: 建立堅實的理論基礎: 深刻理解集成電路的設計原理、器件特性和設計流程。 掌握核心設計工具: 熟練運用主流的EDA工具進行IC設計與仿真。 提升實踐解決能力: 能夠獨立或協同完成實際的IC設計項目。 緊跟技術前沿: 瞭解集成電路技術的最新發展動態和未來趨勢。 拓展職業發展空間: 為在蓬勃發展的電子信息産業中獲得優秀的職業機會奠定堅實基礎。 本書結構清晰,理論講解深入淺齣,配閤豐富的實例和仿真練習,是您成為一名優秀的集成電路工程師的理想選擇。
這本書最吸引我的地方在於,它並沒有把“電路分析”變成一門純粹的數學課程,而是非常注重理論與實踐的結閤。在講解“信號與係統”的部分,書中不僅介紹瞭傅裏葉級數和拉普拉斯變換等數學工具,還通過實際的電路例子,比如濾波器電路、放大電路的分析,來展示這些工具的強大威力。我記得有一個例子,是分析一個模擬音頻放大器的頻率響應,書中詳細地解釋瞭為什麼放大器在不同頻率下會有不同的增益,以及如何通過調整電路參數來優化其性能。這讓我感覺,我學到的不僅僅是抽象的數學公式,而是能夠用來設計和改造實際電路的“工具箱”。此外,書中還包含瞭一些關於“二端口網絡”的介紹,這對於理解一些復雜的集成電路模塊非常有幫助。我特彆喜歡它在這一章中給齣的網絡參數計算例子,通過這些例子,我能夠清楚地看到不同參數之間的關係,以及如何從一個參數形式轉換到另一個參數形式。這本書的語言風格也比較務實,沒有過多的修飾,但邏輯清晰,結構嚴謹,讓我能夠專心緻知地學習。