基本信息
书名：数字电子技术
定价：39.00元
作者：杨永健
出版社：人民邮电出版社
出版日期：2010-11-01
ISBN：9787115238337
字数：
页码：
版次：1
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.722kg
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内容提要
本书主要介绍数字电路的基本分析方法和设计方法，以及用可编程逻辑器件设计电路的软件平台和硬件描述语言设计方法。主要内容包括数制和码制、逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路分析与设计、中规模组合逻辑器件应用、触发器、时序逻辑电路的分析与设计、常用时序集成器件、555定时器及多谐振荡器、半导体存储器件和可编程器件、硬件描述语言数模和模数转换。
本书编写语言简练，由浅入深：章节顺序安排合理，大量设计实例可供参考，利于教学和自学。
本书可供高等学校电子信息类各专业作为教材使用，也可供相关的工程技术人员作为参考书使用。
目录
作者介绍
文摘
序言
《电子元件与电路基础》 一、 绪论 本教材旨在为电子技术领域的初学者提供扎实的理论基础和必要的实践技能。在信息技术飞速发展的今天，电子技术已渗透到我们生活的方方面面，从智能手机、电脑到医疗设备、航空航天，无不依赖于精密的电子元件和巧妙设计的电路。掌握电子技术的基本原理，不仅是未来工程师的必备素质，也是理解现代科技运行机制的关键。 本书从最基本的电子元器件入手，逐步深入到电路的分析与设计。我们力求以清晰易懂的语言，结合丰富的图示和实例，帮助读者建立起对电子世界的直观认识。学习电子技术并非枯燥的理论堆砌，而是一个探索、发现和创造的过程。通过理解这些基础知识，读者将能够更好地理解复杂的电子系统，并为进一步的学习和研究打下坚实的基础。 二、 直流电路分析 本章将重点介绍直流电路的基本概念、定律和分析方法。 1. 基本概念与单位： 电荷（Charge）： 物质的基本属性之一，分为正电荷和负电荷。单位是库仑（C）。 电流（Electric Current）： 电荷的定向移动形成的。单位是安培（A）。电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。 方向约定： 通常约定正电荷定向移动的方向为电流方向，负电荷定向移动的方向与电流方向相反。 电流的分类： 根据电流随时间的变化，可分为直流电（DC）和交流电（AC）。本章主要讨论直流电。 电压（Voltage）： 两个点之间的电势差。单位是伏特（V）。电压是形成电流的原因。 电势（Electric Potential）： 单位正电荷在某一点所具有的能量。 电势差（Potential Difference）： 两个点之间电势的差异，即电压。 电阻（Resistance）： 导体对电流的阻碍作用。单位是欧姆（Ω）。 影响电阻的因素： 导体的材料、长度、横截面积以及温度。 电阻率（Resistivity）： 材料本身的性质，表示单位长度、单位横截面积导体的电阻。 功率（Power）： 电路中能量转换的速率。单位是瓦特（W）。 电功率的计算： P = VI = I²R = V²/R 2. 基本定律： 欧姆定律（Ohm's Law）： 描述了电路中电压、电流和电阻之间的线性关系。 全电路欧姆定律： I = E / (R + r)，其中 E 是电源电动势，R 是外电路总电阻，r 是电源内阻。 部分电路欧姆定律： U = IR，其中 U 是导体两端的电压，I 是通过导体的电流，R 是导体的电阻。 基尔霍夫定律（Kirchhoff's Laws）： 用于分析复杂的电路网络。 基尔霍夫电流定律（KCL）： 任何一个节点上的所有流入电流之和等于所有流出电流之和。∑I_in = ∑I_out，或 ∑I = 0。 基尔霍夫电压定律（KVL）： 沿着任何一个闭合回路，所有电压降之和等于所有电压升之和。∑U_fall = ∑U_rise，或 ∑U = 0。 3. 常用电路元件： 电阻器（Resistor）： 用于提供特定阻值的元件。 分类： 固定电阻、可变电阻（电位器、可调电阻）。 符号和标识： 学习识别电阻的电路符号和色环标识。 电源（Power Source）： 提供电能的装置。 恒压源（Voltage Source）： 提供恒定电压。 恒流源（Current Source）： 提供恒定电流。 实际电源模型： 由理想电源与一个串联电阻（内阻）组成。 电容器（Capacitor）： 用于存储电能的元件。 基本原理： 两个导体板之间夹有绝缘介质，通过充电可以在板上积累电荷，并在板间产生电压。 电容量（Capacitance）： 衡量电容器存储电荷能力的大小，单位是法拉（F）。C = Q/V。 特性： 在直流电路中，稳定状态下电容器相当于开路。 电感器（Inductor）： 用于存储磁能的元件。 基本原理： 导线缠绕形成线圈，当有电流通过时会产生磁场，并储存能量。 电感量（Inductance）： 衡量电感器存储磁场能量能力的大小，单位是亨利（H）。 特性： 在直流电路中，稳定状态下电感器相当于短路。 4. 电路分析方法： 节点电压法（Nodal Analysis）： 基于 KCL，选择一个参考节点，列出其他各节点的节点电压方程，求解节点电压，进而求出各支路电流。 网孔电流法（Mesh Analysis）： 基于 KVL，设定网孔电流，列出各网孔的电压方程，求解网孔电流，进而求出各支路电流。 叠加定理（Superposition Theorem）： 对于线性电路，电路中任一点的响应（如电压或电流）等于各独立电源单独作用时该点响应的代数和。 戴维南定理（Thevenin's Theorem）与诺顿定理（Norton's Theorem）： 将复杂的线性电路简化为一个等效的简单电路（戴维南等效电路为一个串联的电压源和电阻；诺顿等效电路为一个并联的电流源和电阻），方便分析。 三、 交流电路基础 本章将介绍交流电路的基本概念、分析方法以及与直流电路的异同。 1. 正弦交流电： 产生： 由旋转的导体在磁场中切割磁力线或交变磁通而产生。 数学描述： 瞬时值（Instantaneous Value）： 随时间变化的数值，表示为 u(t) = U_m sin(ωt + φ) 或 i(t) = I_m sin(ωt + φ)。 最大值（Peak Value）： 瞬时值的最大值，U_m, I_m。 角频率（Angular Frequency）： ω = 2πf，单位是弧度/秒 (rad/s)。 频率（Frequency）： 每秒钟完成的周期数，f = 1/T，单位是赫兹（Hz）。 周期（Period）： 完成一个完整周期所需的时间，T。 初相位（Initial Phase）： t=0 时的相位角，φ。 有效值（RMS Value）： 交流电的等效值，使其在相同电阻上产生与同等直流电相同的热效应。 电压有效值： U = U_m / √2。 电流有效值： I = I_m / √2。 2. 相量（Phasor）： 概念： 将时域中的正弦量转换为频域中的复数，极大地简化了交流电路的分析。 表示： 幅值-相位形式： U = U∠φ，I = I∠φ。 直角坐标形式： U = U_real + jU_imag，I = I_real + jI_imag。 复阻抗（Complex Impedance）： 交流电路中，电压和电流之间的复数比值，表示元件对交流电的阻碍作用。 电阻（R）： Z_R = R (纯电阻) 电感（L）： Z_L = jωL = ωL∠90° (感抗) 电容（C）： Z_C = 1/(jωC) = -j/(ωC) = (1/ωC)∠-90° (容抗) 3. 交流电路的元件特性： 电阻器： 在交流电路中，电阻值不变，电压和电流同相。 电感器： 电流滞后于电压 90°。 电容器： 电流超前于电压 90°。 4. 交流电路的分析方法： 阻抗法： 将电路中的元件全部用其复阻抗表示，然后利用与直流电路相似的分析方法（如欧姆定律、基尔霍夫定律、节点电压法、网孔电流法）进行计算。 功率分析： 有功功率（Active Power）： 实际消耗并转化为热能、机械能等的功率，单位瓦特（W）。P = UI cosθ。 无功功率（Reactive Power）： 电感或电容元件中来回交换的功率，不产生实际功，单位乏（var）。Q = UI sinθ。 视在功率（Apparent Power）： 电压和电流有效值的乘积，单位伏安（VA）。S = UI。 功率因数（Power Factor）： 有功功率与视在功率之比，cosθ，反映了电能利用的效率。 5. 三相交流电： 产生： 由三个频率相同、振幅相等但相位互差 120° 的正弦交流电动势组成。 连接方式： 星形连接（Y）和三角形连接（Δ）。 优点： 输电效率高，易于产生旋转磁场，可方便地实现电机正反转。 四、 常用电子元器件（续） 在直流和交流电路的基础上，本章将进一步介绍更多在实际电路中扮演重要角色的电子元器件。 1. 半导体二极管（Semiconductor Diode）： 基本结构： 由 P 型半导体和 N 型半导体结合形成的 PN 结。 工作原理： 正向偏置： PN 结导通，有电流通过。 反向偏置： PN 结截止，几乎无电流通过。 击穿： 反向电压过大时，PN 结被击穿，反向电流急剧增大。 伏安特性曲线： 描述二极管的电压-电流关系。 应用： 整流、限幅、稳压、开关等。 2. 三极管（Bipolar Junction Transistor - BJT）： 基本结构： 由三个半导体区域组成，分为 NPN 型和 PNP 型。 工作原理： 放大区： 基极电流（I_B）的微小变化引起集电极电流（I_C）的较大变化，实现电流放大。 饱和区： 集电极电流达到最大值，近似短路。 截止区： 基极电流为零，集电极电流也为零，近似开路。 重要参数： 电流放大系数（β）。 应用： 电流放大、开关电路。 3. 场效应管（Field-Effect Transistor - FET）： 基本结构： 利用电场效应控制导电沟道的导电性。有结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（MOSFET）等。 工作原理： 源极和漏极之间的电流由栅极电压控制。 优点： 输入阻抗高，功耗低。 应用： 放大、开关、数模混合电路等。 4. 集成电路（Integrated Circuit - IC）： 概念： 将多个晶体管、电阻、电容等元件集成在一块小小的半导体芯片上，并形成一个完整的电路。 分类： 模拟集成电路： 用于处理连续变化的模拟信号（如运算放大器）。 数字集成电路： 用于处理离散的数字信号（如逻辑门、微处理器）。 优点： 体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、成本低。 应用： 几乎所有现代电子设备的核心。 五、 简单电路设计与分析实践 本章将引导读者将所学的理论知识应用于实际电路的分析和简单的设计。 1. 直流电源的简单应用： 分压电路： 利用电阻串联产生不同电压。 滤波电路： 利用电容或电感对直流信号进行滤波，滤除纹波。 2. 基本放大电路： 三极管放大器： 介绍共射、共集、共基放大电路的基本结构和工作原理，分析其放大能力和输入输出特性。 场效应管放大器： 介绍常用的 FET 放大电路。 3. 数字逻辑门电路初步： 基本逻辑门： 与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）。 组合逻辑： 由基本逻辑门组合实现的更复杂的逻辑功能。 应用举例： 简单的开关电路、报警电路等。 六、 结论 电子技术是一门博大精深的学科，本书仅是入门的起点。通过本教材的学习，读者应该已经掌握了直流电路和交流电路的基本分析方法，熟悉了常用的电子元器件的工作原理和特性，并对集成电路有了初步的认识。 未来的学习方向可以包括： 更深入的电路分析与设计： 学习滤波器、振荡器、电源电路、数模转换器等。 数字逻辑与微控制器： 深入学习数字系统的设计与实现，掌握微控制器（MCU）的编程与应用。 信号与系统： 学习信号的傅里叶变换、拉普拉斯变换等，为系统分析打下基础。 嵌入式系统与物联网： 将电子技术与软件、通信技术相结合，创造更智能化的产品。 希望本书能够激发读者对电子技术的兴趣，并在未来的学习和实践中不断探索，发挥创造力，成为一名优秀的电子技术工程师。
我发现这本书在处理数字系统中的“不完美性”方面做得尤为深入和坦诚。很多教材总是假设理想的开关和理想的信号传输，但现实世界的数字电路充满了噪声、时钟漂移和串扰。这本书专门开辟了一个章节讨论这些“灰色地带”，比如如何设计对电源噪声不敏感的触发器，以及如何通过布线技巧来最小化串扰对邻近信号的影响。其中关于噪声容限的计算和裕度分析，不仅仅停留在理论公式的罗列，而是结合了 Monte Carlo 仿真方法，告诉我们如何在设计阶段就预留出足够的安全余量来应对工艺波动。这种强调工程健壮性的态度，让我觉得作者不仅是位理论家，更是一位经验丰富的实践者。对于任何希望设计出能够在真实世界中稳定运行的复杂系统的学习者而言，这本书提供的这种务实视角是极其宝贵的财富。