内容简介
《模拟电子技术项目化教程》是结合高等职业教育课程教学改革编写的,包括直流稳压电源、扩音机电路、波形发生电路、调光台灯电路的制作、调试与检测4个项目。每个项目下又包括若干个任务,这些项目(任务)基本涵盖了模拟电子技术基本知识和基本技能,满足了岗位能力需求。
《模拟电子技术项目化教程》把理论知识与项目制作、调试与检测有机地结合起来,按照让学生在“学中做,做中学”的教改理念编写,具有项目选择实用、可操作性强、语言简练、图文并茂等特点。
本书可作为高职高专电子类、信息类、无线电技术类专业“模拟电子技术”课程的教学用书,也可作为社会人员学习“模拟电子技术”课程的参考用书。
内页插图
目录
项目1 直流稳压电源的制作、调试与检测
任务1.1 电源指示电路的制作、调试与检测
1.1.1 半导体基础知识
1.1.2 半导体二极管的结构和类型
1.1.3 半导体二极管的伏安特性
1.1.4 半导体二极管的简易测试
1.1.5 单相半波整流电路
1.1.6 发光二极管
1.1.7 任务实施
任务1.2 整流、滤波电路的制作、调试与检测
1.2.1 单相桥式整流电路
1.2.2 滤波电路
1.2.3 任务实施
任务1.3 稳压电路的制作、调试与检测
1.3.1 稳压电源的主要技术指标
1.3.2 硅稳压管稳压电路
1.3.3 三极管
1.3.4 晶体管串联型稳压电路
1.3.5 任务实施
任务1.4 集成稳压电源的制作、调试与检测
1.4.1 三端固定式集成稳压器
1.4.2 三端可调式集成稳压器
1.4.3 集成稳压器的使用注意事项
1.4.4 实施过程
习题1
项目2 扩音机电路的制作、调试与检测
任务2.1 前置放大电路的制作、调试与检测
2.1.1 扩音机电路的基本组成
2.1.2 放大电路的基本知识
2.1.3 放大电路性能指标的估算
2.1.4 分压式偏置电路
2.1.5 共集电极放大电路
2.1.6 多级放大电路
2.1.7 任务实施
任务2.2 音调控制电路的制作、调试与检测
2.1.1 放大电路的频率特性
2.2.2 音调控制电路
2.2.3 任务实施
任务2.3 功率放大电路的制作、调试与检测
2.3.1 功率放大电路概述
2.3.2 乙类互补对称功率放大电路(OCL电路)
2.3.3 单电源互补对称功率放大电路(OTL电路)
2.3.4 任务实施
任务2.4 集成式扩音机电路的制作、调试与检测
2.4.1 集成运算放大器及反馈电路
2.4.2 集成功率放大器
2.4.3 任务实施
习题2
项目3 波形发生电路的制作、调试与检测
任务3.1 电容三点式正弦波振荡电路的制作、调试与检测
3.1.1 正弦波振荡电路的基础知识
3.1.2 LC正弦波振荡电路
3.1.3 任务实施
任务3.2 改进型电容三点式正弦波振荡电路的制作、
调试与检测
3.2.1 改进型电容三点式正弦波振荡电路
3.2.2 任务实施
任务3.3 RC正弦波振荡电路的制作、调试与检测
3.3.1 RC正弦波振荡电路
3.3.2 任务实施
任务3.4 石英晶体正弦波振荡电路的制作、调试与检测
3.4.1 石英晶体振荡器的特点
3.4.2 石英晶体振荡电路
3.4.3 任务实施
任务3.5 方波和三角波发生器电路的制作、调试与检测
3.5.1 集成运放的非线性应用
3.5.2 电压比较器
3.5.3 方波发生器
3.5.4 三角波发生器
3.5.5 任务实施
习题3
项目4 调光台灯电路的制作、调试与检测
任务4.1 直流调光台灯电路的制作、调试与检测
4.1.1 单向晶闸管的结构和工作原理
4.1.2 晶闸管的伏安特性曲线及其主要参数
4.1.3 晶闸管的型号
4.1.4 单向晶闸管的测试
4.1.5 晶闸管整流电路
4.1.6 单结晶体管触发电路
4.1.7 任务实施
任务4.2 交流调光台灯电路的制作、调试与检测
4.2.1 双向晶闸管
4.2.2 触发二极管
4.2.3 任务实施
习题4
附录A Multisim10使用简介
附录B 场效应管简介
习题参考答案
参考文献
前言/序言
高职教育经过前几年的规模发展,现已转向内涵建设发展阶段。大多数学校把提高教学质量作为学校发展的重中之重。但由于高等职业技术教育发展的时间较短,教学体系尚不成熟。受传统教育观念的影响,高职院校仍然沿袭传统的教学模式,在教学内容方面重理论,轻实践;以理论教学为主,把实践教学放在次要位置,体现不出高职特色,甚至将高职教育办成了压缩式的普通高等教育。
“模拟电子技术”课程是高职电子、通信、无线电技术等专业必修的一门专业基础课。目前,大多数高职院校采用的《模拟电子技术》教材属于本科教材的压缩版,按学科体系下的章节进行编写,过分强调学科知识的科学性和系统性,内容多、理论知识抽象、电路原理难懂、公式多、计算多、实践操作方面内容少,忽视了对学生能力和创造性的培养。
近年来,随着我国高等职业教育改革的不断深入,以“能力本位”为出发点,进行项目化教学改革,是目前高职教学改革的发展方向。但由于项目化教材的建设相对滞后,对项目化教学改革产生了一定的影响。鉴于教材在教学中的关键作用,搞好教材建设是保证教学质量的需要,编者组织长期在一线敢于进行项目化教学改革的老师编写了该项目化教材。本教材根据高等职业教育的人才培养目标和基于工作过程的课程体系,针对企业和社会对模拟电子技术知识和技能的需求,以理论必需、够用为原则,以实践应用为主体,以真实项目为载体,融“教、学、做”为一体。
本教材有以下特色:
(1)与企业工程人员共同制定编写大纲,缩小用人单位所需人才与培养单位培养的人才之间的差距。
(2)从职业(岗位)需求分析入手,确定知识目标和能力目标,精选教材内容,切实落实“管用、够用、适用”的教学指导思想。
(3)通过若干个项目(电子产品),把模拟电子技术相关知识串在一起,用到什么知识,讲什么知识,真正体现到“学为所用、学有所用”的学习目的,并通过合理选择项目来保证知识的系统性。
(4)改变传统教材按章节编写的方式。教材体现以“做项目(电子产品)为主线,相关知识为支撑”的编写思路,较好地处理学和做之间的关系,便于学生在“学中做,做中学”,有利于学生掌握知识、形成技能、提高能力。
模拟电子技术基础与实践:迈向精湛的电路设计之旅 本书旨在为读者提供一套系统、深入的模拟电子技术学习框架,涵盖从基础概念到复杂应用的各个层面。我们不追求华丽的辞藻,而是聚焦于扎实的理论知识与富有启发性的实践指导,让您真正掌握模拟电路设计的核心精髓。 第一章 导论:模拟电子世界的魅力与挑战 在本章中,我们将一同揭开模拟电子技术的神秘面纱。首先,我们将深入探讨模拟信号与数字信号的本质区别,理解它们在现实世界中的广泛应用,以及为何模拟技术至今仍然扮演着不可或缺的角色。我们将追溯模拟电子技术的发展历程,感受先辈们在电子管时代筚路蓝缕的探索,以及集成电路时代的飞跃式进步,从而建立对这一领域的历史敬畏感。 接着,我们将勾勒出模拟电子技术在当今社会无处不在的身影,从您手中握着的智能手机,到家用电器中的微处理器,再到工业自动化中的精密控制系统,无不闪烁着模拟电路的光芒。我们会重点介绍模拟电子技术在通信、医疗、音频、视频、传感器接口以及电源管理等关键领域的独特贡献,让您深刻认识到掌握模拟技术对于理解现代科技的重要性。 最后,我们将明确本书的学习目标,并为您的学习之旅设定清晰的路线图。本书将引导您逐步建立起严谨的科学思维,培养解决实际问题的能力,并最终成为一名自信的模拟电路设计者。我们将强调理论与实践相结合的学习方法,鼓励您在理解概念的同时,积极动手实践,从而将知识转化为技能。 第二章 半导体器件基础:构建模拟电路的基石 一切模拟电路的奥秘,都始于对半导体器件的深刻理解。本章将为您打下坚实的基础,让您能够自信地驾驭这些微小的、却功能强大的电子元件。 我们将从最基本的概念讲起:PN结。您将学习PN结是如何形成的,其内部的电场分布,以及在正向偏置和反向偏置下的特性。我们将通过生动的图示和严谨的数学推导,阐释PN结的单向导电性,这是所有半导体器件工作的根本原理。 随后,我们将聚焦于二极管。您将了解不同类型的二极管,如整流二极管、稳压二极管、发光二极管(LED)和光电二极管等,它们各自的结构、工作原理和典型应用。我们将详细分析二极管的伏安特性曲线,理解其正向压降、击穿电压等关键参数,并学习如何使用万用表等基础工具来检测二极管的好坏。 接下来,三极管(BJT)将是我们的重点。您将深入理解NPN型和PNP型三极管的结构,以及它们作为放大器和开关的工作原理。我们将详细讲解三极管的三个工作区域:截止区、放大区和饱和区,并分析不同偏置方式对三极管特性的影响。您将学习三极管的输入特性曲线和输出特性曲线,理解跨导、电流放大系数等关键参数的含义,并掌握放大电路的基本组态,如共发射极放大器、共集电极放大器和共基极放大器。 然后,场效应管(FET)将是另一项重要内容。您将学习结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(MOSFET)的结构和工作原理。特别是MOSFET,我们将深入剖析其增强型和耗尽型两种模式,理解栅极电压如何控制沟道中的电流。您将学习场效应管的跨导、阈值电压等重要参数,并了解它们在不同应用中的优势,例如高输入阻抗和低功耗。 最后,我们将介绍集成电路(IC)的基础知识。您将了解集成电路是如何将大量晶体管、电阻、电容等元件集成到一块硅片上的,以及集成电路带来的体积小、功耗低、性能优越等显著优点。我们将简要介绍不同类型的集成电路,如运算放大器、逻辑门等,为后续章节的学习做好铺垫。 第三章 基本放大电路:信号的放大与处理 放大是模拟电子技术的核心功能之一,本章将带您走进各式各样的放大电路,理解信号如何在其中得到有效的增强。 我们将从单级放大电路入手,详细解析共发射极放大器。您将学习如何计算放大电路的电压增益、电流增益、输入阻抗和输出阻抗,并理解不同偏置方式(如固定偏置、分压偏置、发射极反馈偏置)对放大电路性能的影响。我们将探讨放大电路的频率响应,分析高频和低频端的截止现象,并学习如何通过设计来改善带宽。 接下来,我们将探索多级放大电路。您将理解多级放大为何能获得更高的增益,并学习不同耦合方式(如阻容耦合、直接耦合、变压器耦合)的特点和适用场景。我们将深入分析级间匹配的重要性,以及如何避免各级放大器之间产生相互干扰。 我们还会专门介绍运算放大器(Op-amp)这一强大的模拟积木。您将学习理想运算放大器的基本原理,包括虚短和虚断的概念,并掌握利用其构建各种基本应用电路的方法,例如反相放大器、同相放大器、电压跟随器、加法器和减法器。我们将解析真实运算放大器的非理想特性,如输入失调电压、输入偏置电流、开环增益、共模抑制比等,并学习如何进行补偿和克服这些限制。 本章还将涉及功率放大电路。您将了解不同类型的功率放大器,如A类、B类、AB类和C类放大器,并分析它们的效率、失真以及适用场合。我们将重点讲解互补对称推挽放大器,理解其工作原理和如何实现高效的功率输出。 第四章 信号的产生与处理:振荡器与滤波器 除了放大,信号的产生和有选择性地提取也是模拟电路的重要任务。本章将为您揭示振荡器和滤波器的奥秘。 我们将首先探讨正弦波振荡器。您将理解振荡器产生持续周期性信号的基本原理,即正反馈和频率选择网络。我们将详细介绍不同类型的振荡器,如RC振荡器(相移振荡器、文氏电桥振荡器)、LC振荡器(哈特莱振荡器、科尔皮兹振荡器)和晶体振荡器。您将学习如何计算这些振荡器的振荡频率,并理解影响振荡稳定性的因素。 接着,我们将介绍非正弦波发生器。您将了解多谐振荡器(方波发生器)和三角波发生器的工作原理,以及如何利用它们产生各种波形,这在数字逻辑电路和信号测试中具有重要意义。 然后,我们将深入滤波器的世界。您将理解滤波器的基本作用是允许特定频率范围的信号通过,而衰减其他频率的信号。我们将详细讲解低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。您将学习无源滤波器(由电阻、电容、电感组成)和有源滤波器(包含运算放大器)的设计方法。我们将分析滤波器的频率响应曲线,理解通带、阻带、截止频率和衰减斜率等关键参数,并探讨不同阶数和类型滤波器的优缺点。 在本章的最后,我们将探讨波形整形电路。您将了解如何利用二极管、齐纳二极管等元件,对输入信号的波形进行限制、钳位或截断,从而得到所需的特定波形,这在信号处理和数据采集系统中至关重要。 第五章 传感器接口与信号调理:连接物理世界与电子世界 传感器是我们感知外部世界的眼睛和耳朵,而信号调理则是将传感器输出的微弱、噪声信号转化为可供后续处理的干净信号的关键步骤。本章将为您架起连接物理世界与电子世界的桥梁。 我们将首先介绍各类传感器的基本原理。您将了解温度传感器(如热敏电阻、热电偶)、压力传感器、光电传感器(如光敏电阻、光电二极管)、位移传感器(如电位器、LVDT)等的工作原理,以及它们的输出特性。 随后,我们将重点讲解信号调理技术。您将学习如何使用放大电路来提高微弱传感器信号的幅度,并理解差分放大器在抑制共模噪声方面的优势。我们还将介绍滤波器在去除传感器信号中的噪声和干扰方面的应用。 本章还将深入探讨阻抗匹配的重要性。您将理解为何传感器输出阻抗与后续电路输入阻抗的匹配对于信号的有效传输至关重要,并学习相关的匹配技术。 此外,我们还会介绍激励电路和线性化技术。某些传感器需要外部激励信号才能工作,而传感器的输出信号往往不是完全线性的,需要通过电路进行补偿或校正。 最后,我们将通过实例,展示如何设计一个完整的传感器接口电路,例如一个简单的温度测量系统或光照强度监测系统,让您能够将所学知识融会贯通,解决实际问题。 第六章 电源电路基础:稳定可靠的能量供给 所有电子设备都需要稳定可靠的电源供给,本章将为您揭示电源电路的设计奥秘。 我们将从交流电的整流开始,详细介绍半波整流、全波整流和桥式整流电路。您将学习不同整流方式的优缺点,以及如何计算整流后的直流电压和脉动系数。 接着,我们将介绍滤波电路在去除整流后的脉动成分、获得更平滑的直流电压中的作用。您将了解RC滤波器和LC滤波器的工作原理,以及如何根据负载电流和所需的平滑度来选择合适的滤波器参数。 然后,我们将深入稳压电路。您将学习如何利用齐纳二极管构建简单的稳压电路,并理解其工作原理和局限性。我们将重点介绍集成稳压器(如78xx系列、79xx系列、LM317等),您将学习如何根据输出电压和电流需求选择合适的稳压器,并掌握相关的应用电路设计,例如串联型和开关型稳压器。 在本章的最后,我们将简要介绍直流-直流(DC-DC)变换器的基本原理,包括升压、降压和升降压变换器,了解它们在提高电源效率和实现灵活电压转换方面的优势。 第七章 模拟电路的分析与设计方法:严谨的工程实践 本章将回归工程实践,为您提供一套系统、严谨的分析与设计方法论,助您成为一名高效的模拟电路工程师。 我们将首先介绍小信号模型的概念,理解如何将非线性器件在特定工作点附近的线性行为进行建模,从而简化电路的分析。您将学习如何建立三极管和小信号模型,并利用戴维宁等效电路和诺顿等效电路来简化复杂电路的分析。 接着,我们将详细讲解节点电压法和回路电流法,这是分析复杂电路的强大工具。您将通过大量的例题,熟练掌握如何运用这些方法求解电路中的电压和电流。 然后,我们将介绍传递函数的概念,理解它在描述电路输入输出关系中的重要作用,尤其是在分析频率响应方面。 我们将探讨灵敏度分析,了解电路参数变化对输出性能的影响,并学习如何设计具有良好稳定性和鲁棒性的电路。 在本章的最后,我们将为您展示电路设计流程。从需求分析、原理图设计、元件选择,到仿真验证、PCB布局布线,再到实际调试和优化,我们将引导您一步步完成一个完整的模拟电路设计项目。我们将强调仿真工具(如SPICE系列软件)在电路设计中的重要性,以及如何有效地利用它们来加速设计进程和提高设计质量。 结语 模拟电子技术是一门既古老又充满活力的学科。掌握了本书的内容,您将不仅能够理解复杂的模拟电路,更能自信地进行电路设计,解决实际工程问题。我们鼓励您在学习过程中保持好奇心,勤于思考,勇于实践。愿本书能成为您在模拟电子技术领域不断探索、精益求精的得力助手。