內容簡介
《電路與模擬電子技術/普通高等教育“十二五”規劃教材·電子電氣基礎課程規劃教材》分兩部分:電路分析基礎部分,內容包含電路的基本概念和定律、電阻電路分析、動態電路分析、正弦穩態電路分析;模擬電子技術部分,內容包含放大器件、放大器分析基礎、負反饋放大器、集成運算放大器、波形産生電路、功率放大器和直流電源。
《電路與模擬電子技術/普通高等教育“十二五”規劃教材·電子電氣基礎課程規劃教材》內容精要、深入淺齣、便於閱讀,可供計算機類相關專業的本科生作為教材,也可供電子信息類專業選用。
作者簡介
江小安,教授,西安電子科技大學電信學院,主講電路、電子技術等多門課程,所編寫的《模擬電子技術》、《數字電子技術》等教材,多次修訂。
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目錄
上篇 電路分析基礎
第1章 電路基本概念和定律
1.1 電路功能和模型
1.1.1 實際電路及其功能
1.1.2 電路模型
1.2 電路變量
1.2.1 電流
1.2.2 電壓
1.2.3 能量和功率
1.3 電阻元件
1.3.1 綫性電阻
1.3.2 歐姆定律
1.3.3 電阻元件的吸收功率
1.4 電源元件
1.4.1 電壓源
1.4.2 電流源
1.4.3 受控源
1.5 基爾霍夫定律
1.5.1 基爾霍夫電流定律
1.5.2 基爾霍夫電壓定律
1.6 電路等效
1.6.1 電阻的串聯
1.6.2 電阻的並聯
1.6.3 理想電源等效
1.7 實際電源模型
習題
第2章 電阻電路分析
2.1 支路電流法
2.2 節點電壓法
2.3 網孔電流法
2.4 疊加定理
2.5 等效電源定理
2.5.1 戴維南定理
2.5.2 諾頓定理
2.5.3 最大功率傳輸條件
習題
第3章 動態電路分析
3.1 動態元件
3.1.1 電容元件
3.1.2 電感元件
3.1.3 電容、電感的串聯和並聯
3.2 電路變量初始值的計算
3.2.1 動態電路方程
3.2.2 換路定律
3.2.3 變量初始值的計算
3.3 一階電路的零輸入響應
3.3.1 一階RC電路的零輸入響應
3.3.2 一階RL電路的零輸入響應
3.4 一階電路的零狀態響應
3.4.1 一階RC電路的零狀態響應
3.4.2 一階RL電路的零狀態響應
3.5 一階電路的完全響應
習題
第4章 正弦穩態電路分析
4.1 正弦信號的基本概念
4.1.1 正弦信號的三要素
4.1.2 相位差
4.1.3 有效值
4.2 正弦信號的相量錶示
4.2.1 復數及其運算
4.2.2 正弦信號的相量錶示
4.3 基本元件VAR和基爾霍夫定律的
相量形式
4.3.1 基本元件VAR的相量形式
4.3.2 KCL、KVL的相量形式
4.4 相量模型
4.4.1 阻抗與導納
4.4.2 正弦電源相量模型
4.4.3 正弦穩態電路相量模型
4.4.4 阻抗和導納的串、並聯
4.5 相量法分析
4.6 正弦穩態電路的功率
4.6.1 單口電路的功率
4.6.2 最大功率傳輸條件
4.7 諧振電路
4.7.1 串聯諧振電路
4.7.2 並聯諧振電路
4.8 三相電路
4.8.1 三相電源
4.8.2 三相電路的計算
習題
下篇 模擬電子技術
第5章 半導體器件
5.1 半導體基礎知識
5.1.1 本徵半導體
5.1.2 雜質半導體
5.2 PN結
5.2.1 異型半導體接觸現象
5.2.2 PN結的單嚮導電特性
5.2.3 PN結的擊穿
5.2.4 PN結的電容效應
5.2.5 半導體二極管
5.2.6 穩壓二極管
5.2.7 二極管的應用
5.2.8 其他二極管
5.3 半導體三極管
5.3.1 三極管的結構和類型
5.3.2 三極管的3種連接方式
5.3.3 三極管的放大作用
5.3.4 三極管的特性麯綫
5.3.5 三極管的主要參數
5.3.6 溫度對三極管參數的影響
習題
第6章 放大電路分析基礎
6.1 放大電路工作原理
6.1.1 放大電路的組成原理
6.1.2 直流通路和交流通路
6.2 放大電路的直流工作狀態
6.2.1 解析法確定靜態工作點
6.2.2 圖解法確定靜態工作點
6.2.3 電路參數對靜態工作點的影響
6.3 放大電路的動態分析
6.3.1 圖解法分析動態特性
6.3.2 放大電路的非綫性失真
6.3.3 微變等效電路法
6.3.4 3種基本組態放大電路的分析
6.4 靜態工作點的穩定及其偏置電路
6.5 多級放大電路
6.5.1 多級放大電路的耦閤方式
6.5.2 多級放大電路的指標計算
6.6 放大電路的頻率特性
6.6.1 頻率特性的一般概念
6.6.2 三極管的頻率參數
6.6.3 共e極放大電路的頻率特性
6.6.4 多級放大電路的頻率特性
習題
第7章 場效應管放大電路
7.1 結型場效應管
7.1.1 結構
7.1.2 工作原理
7.1.3 特性麯綫
7.2 絕緣柵場效應管
7.2.1 N溝道增強型MOS場效應管
7.2.2 N溝道耗盡型MOS場效應管
7.3 場效應管的主要參數
7.4 場效應管的特點
7.5 場效應管放大電路
7.5.1 靜態工作點與偏置電路
7.5.2 場效應管的微變等效電路
7.5.3 共源極放大電路
7.5.4 共漏放大器(源極輸齣器)
習題
第8章 負反饋放大電路
8.1 反饋的基本概念
8.1.1 反饋的定義
8.1.2 反饋的分類和判斷
8.2 負反饋的四種組態
8.2.1 反饋的一般錶達式
8.2.2 串聯電壓負反饋
8.2.3 串聯電流負反饋
8.2.4 並聯電壓負反饋
8.2.5 並聯電流負反饋
8.3 負反饋對放大電路性能的影響
8.3.1 提高放大倍數的穩定性
8.3.2 減小非綫性失真和抑製乾擾、噪聲
8.3.3 擴展頻帶
8.3.4 負反饋對輸入電阻的影響
8.3.5 負反饋對輸齣電阻的影響
8.4 負反饋放大電路的計算
8.4.1 深負反饋放大電路電壓放大倍數的近似估算
8.4.2 串聯電壓負反饋
8.4.3 串聯電流負反饋
8.4.4 並聯電壓負反饋
8.4.5 並聯電流負反饋
8.5 負反饋放大電路的自激振蕩
習題
第9章 集成運算放大器
9.1 零點漂移
9.2 差動放大電路
9.2.1 基本形式
9.2.2 長尾式差動放大電路
9.2.3 恒流源差動放大電路
9.2.4 差動放大電路的4種接法
*9.3 電流源電路
9.3.1 鏡像電流源電路
9.3.2 威爾遜電流源
9.3.3 微電流源
9.3.4 多路偏置電流源
9.3.5 作為有源負載的電流源電路
*9.4 集成運算放大器介紹
9.5 集成運放的性能指標
9.6 集成運放應用基礎
9.7 運算電路
9.7.1 比例運算電路
9.7.2 和、差電路
9.7.3 積分電路和微分電路
9.7.4 對數和指數運算電路
9.8 有源濾波器
9.8.1 低通濾波電路
9.8.2 高通濾波電路
9.8.3 帶通濾波電路和帶阻濾波電路
9.9 電壓比較器
9.9.1 簡單電壓比較器
9.9.2 滯迴比較器
*9.1 0集成運放應用舉例
*9.1 1集成運算放大器實際使用中的一些問題
習題
第10章 波形産生電路
10.1 非正弦波産生電路
10.1.1 單運放非正弦波産生電路
10.1.2 雙運放非正弦波産生電路
10.1.3 鋸齒波産生電路
*10.2 集成函數發生器ICL簡介
10.3 正弦波産生電路
10.3.1 正弦波産生振蕩的條件
10.3.2 正弦波振蕩器的電路組成
10.3.3 RC正弦波振蕩電路
10.3.4 LC正弦波振蕩電路
習題
第11章 低頻功率放大電路
11.1 低頻功率放大電路概述
11.1.1 分類
11.1.2 功率放大器的特點
11.1.3 提高輸齣功率的方法
11.1.4 提高效率的方法
11.2 互補對稱功率放大電路
11.2.1 雙電源互補對稱電路(OCL電路)
11.2.2 單電源互補對稱電路(OTL電路)
11.2.3 實際功率放大電路舉例
11.3 集成功率放大器
11.3.1 內部電路組成簡介
11.3.2 DG4100集成功放的典型接綫法
習題
第12章 直流電源
12.1 單相整流電路
12.1.1 單相半波整流電路
12.1.2 單相全波整流電路
12.1.3 單相橋式整流電路
12.2 濾波電路
12.2.1 電容濾波電路
12.2.2 其他形式的濾波電路
12.3 倍壓整流
12.4 穩壓電路
12.4.1 穩壓電路的主要指標
12.4.2 矽穩壓管穩壓電路
12.4.3 串聯型穩壓電路
12.5 集成穩壓電路
12.6 開關穩壓電路
12.6.1 串聯型開關穩壓電源
12.6.2 並聯型開關穩壓電源
習題
*第13章 基於EDA技術電子綫路的
仿真實例
13.1 電路基本概念和分析
13.2 電阻電路分析
13.3 動態電路時域分析
13.4 正弦穩態電路分析
13.5 半導體器件
13.6 三極管放大電路
13.7 頻率特性
13.8 負反饋放大電路
13.9 集成運放
13.1 0正弦波振蕩器
13.1 1功率放大器
13.1 2穩壓電源
參考文獻
前言/序言
本教材是為計算機科學與技術、計算機網絡技術、軟件技術等計算機類相關專業而編寫的(電子信息類相關專業也可選用)。通過對本書的學習,可為“計算機組成原理”、“單片機原理與應用”等後續課程打下堅實的硬件基礎。
本書編寫的指導思想是突齣基本概念、基本原理、基本分析方法和工程應用精選內容,加強集成電路的應用,編寫時力求思路清晰,深入淺齣,文字通順,便於閱讀。
本書分上、下兩篇。上篇為電路分析基礎(1~4章)。通過理論和實踐教學,使學生掌握電路的基本概念和分析方法。
下篇為模擬電子技術(第5-12章)。通過理論和實踐教學,使學生掌握模擬電子技術的基礎知識和基本分析與設計方法,學會正確使用電路元件和器件,具備分析和設計典型電路的基本技能。
參加本書編寫的有西安電子科技大學江小安,西安歐亞學院侯亞玲、宮麗,西安工業大學王珊珊。
由於編者水平有限,書中難免還存在一些不足與錯誤,殷切希望廣大讀者批評指正。
編者
穿越時空的奧秘:電磁波的奇妙旅程 在浩瀚宇宙的幕布上,一種看不見摸不著卻無處不在的力量,正默默地編織著我們世界的萬韆景象——它就是電磁波。從微弱的宇宙背景輻射,到連接世界的信息網絡,再到揭示生命奧秘的醫學影像,電磁波以其多樣的形態和強大的能量,深刻地塑造著我們的文明進程,定義著我們認知世界的邊界。 本書將帶您踏上一段令人著迷的探索之旅,深入理解電磁波的本質、傳播規律及其在人類社會各個領域的廣泛應用。我們將從電磁波最基礎的粒子——光子的角度齣發,剖析它蘊含的能量與動量,理解為何光能夠如此自由地穿梭於真空之中,又為何在遇到不同介質時會展現齣如此豐富多彩的現象。我們將追溯電磁波的發現史,聆聽法拉第、麥剋斯韋、赫茲等偉大科學傢們如何通過嚴謹的實驗和革命性的理論,一步步揭示齣電磁波存在的蛛絲馬跡,直至最終確立瞭宏偉的電磁理論。 一、 揭開電磁波的麵紗:起源與本質 電磁波的誕生,離不開變化的電場和磁場。想象一下,一個靜止的電荷會産生靜電場,而一個運動的電荷(也就是電流)則會産生磁場。當這些電荷加速運動時,它們周圍的電場和磁場就會發生變化。根據麥剋斯韋方程組的預言,這種變化的電場會産生變化的磁場,而變化的磁場又會反過來産生變化的電場,這種相互激發的漣漪便在空間中以有限的速度傳播開來,形成我們所說的電磁波。 電磁波的本質是一種能量的傳播形式,它不需要任何介質,可以在真空中以光速傳播。這種神奇的特性,使得電磁波成為宇宙中最普遍的現象之一。從恒星發齣的可見光,到地球磁場産生的低頻電磁波,再到微波爐中加熱食物的微波,它們都屬於同一個大傢族——電磁波譜。電磁波譜按照其頻率(或波長)的不同,被劃分為一係列不同的區域,每個區域的電磁波都具有獨特的性質和應用。 我們將詳細探討可見光,它是我們感知世界的主要窗口。我們將學習光的波動性和粒子性,理解為什麼光會在縫隙中發生衍射,在棱鏡中發生色散,以及如何利用光乾涉和衍射的原理製造高精度的測量儀器。同時,我們也將目光投嚮肉眼無法看見的電磁波,如不可見的紅外綫,它攜帶的熱量可以被用來探測物體的溫度,在夜視設備和熱成像技術中發揮著至關重要的作用;還有穿透力極強的X射綫,它能夠穿透人體組織,是醫學診斷不可或缺的工具;以及具有強大能量的伽馬射綫,它們源於核反應,在天體物理學研究中扮演著重要角色。 二、 電磁波的律動:傳播與交互 電磁波並非孤立存在,它們在傳播過程中會受到各種環境的影響,並與物質發生復雜的相互作用。我們將深入研究電磁波在不同介質中的傳播速度、衰減和反射現象。例如,當光從空氣進入水時,它的速度會減慢,這便是摺射現象,也是海市蜃樓産生的根源。當電磁波遇到導電物質時,它們可能會被吸收或反射,而遇到絕緣體時,它們則可能發生透射。 電磁波與物質的相互作用,是許多現代科技的基礎。比如,手機通信依賴於無綫電波在空氣中傳播,同時需要信號塔將信號放大並轉發。電視信號的傳輸、衛星通信、GPS定位係統,無一不依賴於電磁波的有效傳播。在更宏觀的尺度上,天文學傢通過接收來自遙遠星係的各種電磁波,如射電波、微波、可見光、X射綫和伽馬射綫,來瞭解宇宙的起源、演化以及其中物質的組成和運動。 我們還將探討電磁波的衍射、乾涉和偏振等現象,這些現象不僅解釋瞭我們日常生活中許多光學現象(如肥皂泡的色彩),更是現代光學儀器設計的重要理論基礎。例如,光學顯微鏡利用光的乾涉和衍射原理提高分辨率,激光技術則利用瞭受激發射原理産生高度相乾的單色光,其在工業加工、醫療手術和信息存儲等領域有著革命性的應用。 三、 電磁波的妙用:科技與生活的觸角 電磁波早已滲透到我們生活的方方麵麵,成為現代社會不可或缺的驅動力。本書將一一展現電磁波的輝煌成就。 通信的翅膀: 從早期的無綫電廣播、電視信號,到如今的手機、Wi-Fi、5G網絡,電磁波以前所未有的速度和廣度連接著世界。我們依賴它們進行信息交流、獲取新聞資訊、享受娛樂生活。我們將理解無綫通信的基本原理,以及不同頻段電磁波在通信係統中的作用。 感知的眼睛: 雷達係統利用電磁波探測目標,廣泛應用於航空、航海、氣象和軍事領域。醫學影像技術,如X射綫成像、CT掃描、核磁共振成像(MRI),則通過不同類型的電磁波與人體組織的相互作用,無創地揭示身體內部的奧秘,為疾病診斷和治療提供關鍵信息。 能量的傳遞: 微波爐利用微波加熱食物,其頻率經過精心設計,能夠有效地激發水分子,從而迅速將食物加熱。太陽能電池闆則捕捉太陽光中的光子能量,將其轉化為電能,為可持續能源發展貢獻力量。 科學的利器: 在科學研究領域,各種電磁波譜的探測器構成瞭我們瞭解宇宙的“眼睛”。從射電望遠鏡接收宇宙深處的射電信號,到太空望遠鏡捕捉遙遠星係的X射綫和伽馬射綫,電磁波為我們打開瞭探索宇宙奧秘的大門。粒子加速器中,高能電磁場用於加速粒子,以研究物質的基本構成。 生活的點綴: 甚至在一些看似不起眼的日常物品中,電磁波也扮演著重要角色。如遙控器使用紅外綫發送指令,無綫鼠標和鍵盤通過射頻信號工作,這些都極大地提升瞭我們生活的便利性。 四、 展望未來:電磁波的無限可能 隨著科技的不斷進步,我們對電磁波的理解和應用也在不斷深化。量子通信利用量子糾纏和電磁波的特性,有望實現絕對安全的通信;太赫茲波作為電磁波譜中尚未充分開發的“盲區”,在安檢、材料檢測、高速通信等領域展現齣巨大的潛力;甚至有科學傢在探索利用電磁波進行能量傳輸的可能性,實現“無綫充電”的終極形態。 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角,去理解電磁波這一基礎而又神奇的物理現象。我們希望通過清晰的講解、生動的案例,激發您對物理學的興趣,並認識到電磁波在構建現代世界中所扮演的關鍵角色。無論您是剛剛接觸科學的學子,還是希望係統梳理知識的專業人士,亦或是對未知充滿好奇的探索者,都將在這段電磁波的奇妙旅程中有所收獲。讓我們一起,用科學的眼光,去聆聽宇宙深處的低語,去捕捉信息時代的脈搏,去感受電磁波為我們帶來的無限可能。
拿到這本《電路與模擬電子技術》已經有一段時間瞭,雖然封麵和書名看起來頗有學術範兒,像很多高校教材那樣,但說實話,我真正投入進去閱讀,卻是最近纔有的事情。作為一名對電子工程有著濃厚興趣的在校生,我一直渴望找到一本既能打牢基礎,又能引發深入思考的教材,這本書正是我的目標。 剛翻開它,一股嚴謹而紮實的學術氣息撲麵而來。從最基本的電路概念,比如電阻、電容、電感這些“老朋友”的性質和在電路中的作用,到基爾霍夫電壓定律、電流定律這些“基石”理論的詳細闡述,都寫得非常細緻。作者並沒有簡單地給齣公式,而是花瞭大量篇幅去解釋這些定律是如何被發現的,以及它們在解決實際問題時是如何應用的。我尤其喜歡作者在講解戴維寜定理和諾頓定理時,那種層層遞進的講解方式,先從概念引入,再通過圖文並茂的例子逐步推導,讓我這個初學者也能清晰地理解這些看似復雜的化簡技巧。 進入到模擬電子技術的部分,更是讓我眼前一亮。晶體管的各種工作狀態,從截止、放大到飽和,被剖析得淋灕盡緻。我還記得在學習BJT的等效電路模型時,作者反復強調瞭小信號分析的意義,以及如何通過這個模型來預測電路在不同輸入信號下的輸齣特性。書中給齣的各種放大電路,比如共射、共集、共基放大器,每個都配有詳細的分析圖和計算過程,甚至還考慮瞭實際元件的非理想因素對電路性能的影響。這對於我這種希望將理論知識與實際應用相結閤的學生來說,簡直是如獲至寶。 不過,讓我印象最深刻的還是書中對於反饋和振蕩器的講解。反饋的概念在模擬電子領域至關重要,書中不僅詳細介紹瞭正反饋和負反饋的原理,還深入剖析瞭它們對電路穩定性、帶寬和失真的影響。關於振蕩器,從最簡單的RC振蕩器到更復雜的LC振蕩器,作者都給齣瞭清晰的框圖和數學模型,並且解釋瞭如何通過調整元件參數來控製振蕩頻率和輸齣波形。這部分內容讓我對信號的産生和控製有瞭更深刻的認識,也為我後續深入學習通信係統等領域打下瞭堅實的基礎。 總而言之,《電路與模擬電子技術》這本書,不僅僅是一本教材,更像是一位循循善誘的老師。它用嚴謹的態度,清晰的邏輯,和豐富的例子,引導我一步步走進電子世界的奧秘。雖然有些章節的內容還需要反復鑽研,但每一次的思考和理解,都讓我對這個領域有瞭更深的敬畏和熱愛。這本書絕對是我學習道路上不可或缺的夥伴,它讓我看到瞭電子技術背後那無窮的魅力和可能性。