内容简介
《电子应用技术/21世纪高职高专规划教材·电子信息基础系列》重点介绍电子技术及应用基本知识。全书分为8章,系统讲述了半导体器件基础、晶体管基本放大电路、集成功放与稳压电源、电力电子技术、数字电路基础、组合逻辑电路、集成逻辑门电路应用、时序逻辑电路等。每章配有相关内容的实训项目和习题,且部分习题配有题解。
《电子应用技术/21世纪高职高专规划教材·电子信息基础系列》可作为高职高专学校、成人高校及各类职业技术学院机电一体化、电气自动化、工程机械、数控加工等工科专业学生的教材,也可作为相关专业职业培训教材或相关工程技术人员的参考用书。
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目录
第1章 半导体器件基础
1.1 半导体基础知识
1.1.1 半导体
1.1.2 PN结的形成
1.1.3 PN结的特性
1.2 晶体二极管
1.2.1 二极管的结构和类型
1.2.2 二极管的伏安特性
1.2.3 二极管的主要参数
1.2.4 特殊二极管
1.2.5 二极管的识别和应用
1.3 晶体三极管
1.3.1 三极管的结构和类型
1.3.2 三极管的放大作用
1.3.3 三极管的特性曲线
1.3.4 三极管的主要参数
1.3.5 三极管的简易测量
1.4 场效应晶体管
1.4.1 场效应晶体管的结构
1.4.2 场效应晶体管的工作原理
1.4.3 场效应晶体管的特性曲线
1.4.4 场效应晶体管的主要参数
1.4.5 场效应管与三极管特点比较
1.5 晶体闸流管
1.5.1 晶闸管用途、结构及特点
1.5.2 晶闸管的工作原理
1.5.3 晶闸管的伏安特性
1.5.4 晶闸管的主要参数
1.5.5 晶闸管的判别
1.6 半导体器件基础实训
1.6.1 电子元件的焊装实训
1.6.2 电子元件的检测
1.6.3 晶闸管的简易测试及其导通、关断条件
本章小结
习题1
第2章 晶体管基本放大电路
2.1 基本放大电路组成及原理
2.1.1 基本放大电路的要求
2.1.2 基本放大电路的组成
2.1.3 放大电路的工作状态
2.1.4 放大电路的连接方式
2.1.5 放大电路的主要技术指标
2.2 放大电路的分析方法
2.2.1 图解法
2.2.2 微变等效电路分析法
2.2.3 放大电路的频率特性
2.3 多级放大电路
2.3.1 多级放大电路的组成
2.3.2 级间耦合方式
2.3.3 多级放大器的电压放大倍数
2.4 场效应管放大电路
2.4.1 自偏压偏置电路
2.4.2 分压式偏置电路
2.4.3 场效应管的微变等效电路
2.4.4 场效应管放大电路的动态分析
2.5 放大电路中的负反馈
2.5.1 负反馈的基本类型
2.5.2 反馈类型的判别
2.5.3 负反馈对放大电路性能的影响
2.6 晶体管放大电路实训
2.6.1 共发射极单管放大器的简易测试
2.6.2 场效应管放大器基本特性的测试
本章小结
习题2
第3章 集成功放与稳压电源
第4章 电力电子技术
第5章 数字电路基础
第6章 组合逻辑电路
第7章 集成逻辑门电路应用
第8章 时序逻辑电路
精彩书摘
【特别提示】
实际应用电路的LED驱动电路常用晶体管驱动,在数字电路中更多使用TTL和CMOS集成电路驱动LED。
由于发光二极管具有体积小、响应灵敏、工作稳定可靠、显示清晰、驱动简单、易与集成电路匹配等许多优点,因此其应用非常广泛,可作为系统工作的状态指示、电平指示、信息显示等。
1.2.5二极管的识别和应用
1.晶体二极管的识别
晶体二极管的简单识别一般包括两个内容:一是识别二极管的极性;二是判断二极管的好坏。
由于二极管的单向导电性,因此在将二极管接入电路使用前,必须识别其正负极性。否则,二极管不仅不能正常工作,还可能损坏二极管及其他元件。
一般二极管的外壳上标有电路符号或色点来注明其极性,也可根据二极管型号查晶体管手册识别极性,另一简单办法是用万用表进行极性识别。
万用表进行极性识别的方法如下:将万用表转换开关打到R×100或R×lk电阻挡,用万用表的表笔测二极管的两端引线。因为在万用表欧姆挡时,黑表笔(一端)接表内电源正极,红表笔(十端)接电源负极,当测量二极管引线显示的电阻值为100Ω~lkCΩ时,意味着二极管处于正向导通状态。此时,黑表笔接触的引线为二极管正极,红表笔接触的为负极。若测量时电阻值高达几百千欧以上,说明二极管此时处于反向截止状态。此时,黑表笔接触的引线为二极管负极,红表笔接触的为正极。
二极管的性能好坏也可通过万用表简单判断。当用万用表电阻挡对二极管测量时,正反向电阻值相差越大,说明二极管单向导电性能越好;若正反向电阻值都很小,则说明二极管已反向击穿短路;若正反向电阻值都无穷大,则说明二极管内部电极断路,除第一种情况外,后述情况都表明此二极管已不能使用了。
2.晶体二极管的应用
二极管在电子电路中应用甚广,其依据都在于它的单向导电性。它可以在电路中用来整流检波,进行元件保护;可对信号波形进行整形(将某些波形修整)、限幅(将某些波形限制在一定的输出幅度上),对电路中的电位产生隔离(将电路中两点的电位隔离开来)、钳位(将电路中某点的电位钳制在一定的数值上)作用;此外,还可作为数字电路中的开关元件等。下面举例说明。
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《集成电路设计与制造:从芯片到应用》 内容简介 本书旨在为读者提供一个关于集成电路(IC)设计与制造的全面而深入的理解。从最基础的半导体材料特性出发,逐步深入到复杂的芯片设计流程、先进的制造工艺,以及集成电路在现代科技中的广泛应用。本书力求在理论与实践之间取得平衡,既讲解清晰的原理,又结合实际案例,帮助读者构建扎实的专业知识体系,为未来在集成电路领域的学习和工作打下坚实基础。 第一部分:集成电路基础 本部分将带领读者进入集成电路的微观世界,了解构成一切电子设备核心的基石。 第一章:半导体材料基础 晶体材料的结构与性质: 介绍硅(Si)等半导体材料的晶体结构,如金刚石立方结构。深入探讨其独特的导电特性,包括本征半导体、载流子(电子和空穴)的概念,以及它们如何影响材料的导电能力。 掺杂与载流子控制: 详细阐述掺杂(doping)的概念,以及如何通过引入施主杂质(如磷、砷)和受主杂质(如硼、镓)来分别形成N型和P型半导体。讲解掺杂浓度对载流子浓度和材料导电性的影响,为PN结的形成奠定基础。 PN结的形成与特性: 深入分析PN结的形成过程,包括载流子扩散、漂移、空间电荷区和内建电势的形成。详细讲解PN结的正向导通和反向截止特性,以及其作为基本电子器件的原理。 第二章:半导体器件的基本模型 二极管模型: 基于PN结的特性,介绍理想二极管模型、理想化模型和实际二极管模型。解释二极管的正向压降(如硅二极管的0.7V)、反向漏电流等关键参数。 晶体管(BJT)模型: 深入讲解双极结型晶体管(BJT)的工作原理,包括PNP和NPN结构。详细分析其放大作用和开关作用,介绍电流放大系数(β)等重要参数。重点介绍BJT在共发射极、共集电极和共基极三种基本电路中的特性。 场效应晶体管(FET)模型: 介绍结型场效应晶体管(JFET)和金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的结构与工作原理。重点讲解MOSFET的栅极、漏极、源极,以及其不同工作模式(截止区、线性区、饱和区)。分析MOSFET的跨导(gm)和输出电阻等参数。 第二部分:集成电路设计 本部分将揭示如何将离散的半导体器件巧妙地组合起来,构建出功能强大的集成电路。 第三章:数字集成电路设计基础 逻辑门与布尔代数: 复习和巩固布尔代数的基本运算(AND, OR, NOT, XOR等)和逻辑门电路的实现。讲解基本逻辑门的物理实现,如CMOS逻辑门。 组合逻辑电路设计: 介绍组合逻辑电路的设计方法,包括真值表、卡诺图化简、逻辑综合等。分析常见组合逻辑电路,如编码器、译码器、多路选择器、加法器等。 时序逻辑电路设计: 讲解触发器(D触发器、JK触发器、T触发器)的基本原理和状态转移特性。介绍时序逻辑电路的基本构成单元,如寄存器、计数器、移位寄存器等,以及其在数据存储和处理中的作用。 有限状态机(FSM)设计: 介绍有限状态机的概念,包括状态、输入、输出和状态转移。讲解Mealy型和Moore型状态机的设计方法,以及其在序列发生器、控制器等应用中的重要性。 第四章:模拟集成电路设计基础 放大器电路: 介绍不同类型的放大器,如共射极放大器、共集电极(射极跟随器)放大器、共基极放大器。分析其电压增益、输入阻抗、输出阻抗等关键性能指标。 差分放大器: 详细讲解差分放大器的结构、工作原理和关键参数,如共模抑制比(CMRR)、差模增益、共模增益。介绍差分放大器在运算放大器中的重要作用。 运算放大器(Op-amp): 深入探讨运算放大器的基本结构(差分输入级、增益级、输出级)。分析理想运放模型及其重要特性,如高开环增益、高输入阻抗、低输出阻抗。讲解运放作为通用电路模块在信号放大、滤波、积分、微分等方面的应用。 滤波器电路: 介绍有源滤波器的基本概念,包括低通、高通、带通、带阻滤波器。讲解Butterworth、Chebyshev等滤波器类型及其设计方法。 第五章:集成电路的硬件描述语言(HDL) Verilog/VHDL简介: 介绍硬件描述语言(HDL)在现代集成电路设计中的关键作用。重点介绍Verilog或VHDL的语法结构、基本数据类型、运算符和行为描述方式。 模块化设计与实例化: 讲解如何使用HDL进行模块化设计,将复杂的逻辑电路分解为可重用的模块。介绍模块的实例化和接口连接。 行为级、寄存器传输级(RTL)和门级描述: 解释不同抽象层次的HDL描述方式。重点讲解RTL级描述,它是综合工具进行逻辑综合的基础。 仿真与验证: 介绍HDL仿真在设计验证中的重要性,包括测试平台的搭建、波形分析等。 第三部分:集成电路制造 本部分将带领读者了解将设计蓝图转化为实际芯片的复杂而精密的过程。 第六章:半导体制造工艺流程 硅晶圆制备: 介绍硅单晶的生长(如Czochralski法)和晶圆的切割、抛光等工艺,为后续制造提供基础。 光刻(Photolithography): 详细阐述光刻是集成电路制造中最关键的工艺之一。讲解掩模版(mask)的作用,光刻胶(photoresist)的涂布、曝光(紫外光、深紫外光、极紫外光)、显影等过程。 刻蚀(Etching): 介绍干法刻蚀(等离子体刻蚀)和湿法刻蚀。解释它们如何在光刻胶形成的图形掩模下,选择性地去除或沉积特定材料。 薄膜沉积(Thin Film Deposition): 讲解化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等技术,用于在晶圆表面生长各种绝缘层、导电层和半导体层。 离子注入(Ion Implantation): 详细阐述离子注入技术,通过将特定杂质离子注入到半导体材料中,精确控制掺杂浓度和分布。 金属化(Metallization): 介绍如何通过溅射、蒸发等技术在芯片上形成互连线(金属导线),连接各个器件。 第七章:先进制造技术与挑战 先进光刻技术: 探讨深紫外光(DUV)、极紫外光(EUV)等先进光刻技术在制造更小特征尺寸芯片中的应用。 先进互连技术: 介绍铜互连、低介电常数(low-k)材料等在降低互连线电阻和电容方面的应用。 三维(3D)集成技术: 探讨通过垂直堆叠芯片或芯片的局部区域,实现更高集成度和更短互连距离的技术。 制造中的缺陷与良率: 分析集成电路制造过程中可能出现的各类缺陷,以及提高良率(yield)的重要性。 第四部分:集成电路的应用与发展 本部分将展示集成电路如何渗透到我们生活的方方面面,以及未来的发展趋势。 第八章:集成电路在各个领域的应用 微处理器与微控制器(MCU): 讲解CPU、GPU等核心处理单元的设计原理和应用,以及MCU在嵌入式系统中的普及。 存储器芯片: 介绍DRAM、SRAM、Flash等不同类型的存储器及其在计算机、手机等设备中的作用。 通信芯片: 探讨射频(RF)芯片、基带处理芯片、网络芯片等在无线通信、互联网等领域的作用。 数字信号处理(DSP)芯片: 介绍DSP芯片在音频、视频处理、图像识别等领域的应用。 传感器与驱动芯片: 讲解各种传感器如何将物理信号转化为电信号,以及驱动芯片如何控制执行器。 嵌入式系统: 详细阐述集成电路在现代嵌入式系统中的核心地位,涵盖消费电子、汽车电子、工业控制等。 第九章:集成电路产业的未来展望 摩尔定律的演进: 讨论摩尔定律(晶体管数量每18-24个月翻一番)的现状和未来,以及工艺节点的不断缩小带来的挑战与机遇。 新兴技术: 展望人工智能(AI)芯片、物联网(IoT)芯片、量子计算芯片等前沿技术的发展。 设计与制造的协同: 强调EDA(电子设计自动化)工具的进步,以及设计与制造之间更紧密的合作对于推动行业发展的重要性。 人才需求与职业发展: 分析集成电路产业对高素质人才的巨大需求,以及相关的职业发展路径。 本书结构清晰,逻辑严谨,内容丰富,语言通俗易懂,配以大量的图示和案例分析,旨在帮助读者全面掌握集成电路设计的原理、流程和制造工艺,为深入学习和未来投身于集成电路这一充满活力的行业打下坚实的基础。