内容简介
《电子技术基础与技能训练》将电子技术的理论、实验和实训内容融为一体,主要内容包括:晶体二极管及其应用、半导体三极管及放大电路基础、数字电路基础、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与整形、数/模转换和模/数转换、半导体存储器等。每章后面都附有思考题与习题,便于自学。
《电子技术基础与技能训练》可作为高等职业院校数控技术应用专业、机电一体化技术专业、电气自动化技术专业、模具设计与制造等机电类专业学生的教学用书,也可作为工程技术人员学习电子技术基础的参考书。
内页插图
目录
目 录
第1章 晶体二极管及其应用 (1)
1.1 晶体二极管的使用 (1)
1.1.1 半导体的基本知识 (1)
1.1.2 晶体二极管的结构、类型及符号 (4)
1.1.3 晶体二极管的特性 (5)
1.1.4 特殊晶体二极管 (7)
1.1.5 实训项目:使用万用表测量二极管 (9)
1.2 整流电路 (11)
1.2.1 单相半波整流电路 (11)
1.2.2 单相桥式整流电路 (13)
1.2.3 实训项目:单相桥式整流电路的安装与调试 (16)
1.3 滤波电路 (21)
1.3.1 滤波电路的工作原理 (22)
1.3.2 实训项目:滤波电路安装与调试 (26)
1.4 晶闸管可控整流电路 (31)
1.4.1 晶闸管 (32)
1.4.2 实训项目:晶闸管的测量 (33)
1.4.3 晶闸管单相可控整流电路 (35)
1.4.4 实训项目:家用调光台灯制作 (38)
思考题与习题1 (40)
第2章 半导体三极管及放大电路基础 (43)
2.1 半导体三极管 (43)
2.1.1 三极管的基本结构与类型 (43)
2.1.2 三极管的电流放大原理 (45)
2.1.3 三极管的特性曲线及主要参数 (46)
2.1.4 实训项目:三极管的判别与检测 (48)
2.2 基本放大电路 (50)
2.2.1 共发射极基本放大电路 (51)
2.2.2 共发射极放大电路的分析 (52)
2.2.3 分压式偏置放大电路 (58)
2.2.4 实训项目:分压式偏置放大电路安装与调试 (60)
2.3 低频功率放大器 (63)
2.3.1 低频功率放大器 (64)
2.3.2 典型集成功率放大器 (67)
2.3.3 实训项目:音频功率放大器安装与调试 (68)
2.4 集成运算放大器 (70)
2.4.1 集成运算放大器 (70)
2.4.2 集成运算放大器的基本运算电路 (77)
2.4.3 放大电路的负反馈 (83)
2.4.4 实训项目:比例运算放大器安装与调试 (85)
2.5 直流稳压电源 (88)
2.5.1 硅稳压管稳压电路 (89)
2.5.2 串联型三极管稳压电路 (90)
2.5.3 集成稳压电路 (93)
2.5.4 实训项目:三端集成稳压电源的组装与调试 (97)
思考题与习题2 (99)
第3章 数字电路基础 (103)
3.1 脉冲与数字信号 (103)
3.2 数制与码制 (107)
3.2.1 数制 (107)
3.2.2 不同进制数之间的相互转换 (108)
3.2.3 BCD编码 (110)
3.3 逻辑门电路 (111)
3.3.1 简单门电路 (112)
3.3.2 TTL集成逻辑门电路 (116)
3.3.3 CMOS集成门电路 (121)
思考题与习题3 (125)
第4章 组合逻辑电路 (127)
4.1 组合逻辑电路的基本知识 (127)
4.1.1 逻辑代数 (127)
4.1.2 逻辑函数的化简 (128)
4.1.3 组合逻辑电路的分析 (130)
4.1.4 组合逻辑电路的设计 (132)
4.1.5 实训项目:三人表决器的制作 (133)
4.2 编码器 (135)
4.2.1 编码器的基本知识 (136)
4.2.2 集成编码器的产品简介 (138)
4.3 译码器 (141)
4.3.1 译码器的基本知识 (141)
4.3.2 集成译码器产品简介 (147)
4.3.3 实训项目:七段显示器的安装连接和功能测试 (150)
思考题与习题4 (152)
第5章 时序逻辑电路 (155)
5.1 RS触发器 (155)
5.1.1 基本RS触发器 (156)
5.1.2 同步RS触发器 (159)
5.2 时钟触发器 (162)
5.2.1 主从JK触发器 (162)
5.2.2 边沿JK触发器 (163)
5.3 D触发器 (165)
5.3.1 同步D触发器 (166)
5.3.2 边沿D触发器 (166)
5.4 寄存器 (168)
5.4.1 数码寄存器 (168)
5.4.2 移位寄存器 (169)
5.5 计数器 (172)
5.5.1 二进制计数器 (172)
5.5.2 十进制计数器 (173)
5.5.3 集成计数器的应用 (175)
5.6 实训项目:秒信号发生器的制作 (178)
思考题和习题5 (181)
第6章 脉冲波形的产生与整形 (183)
6.1 常见脉冲产生电路 (183)
6.1.1 多谐振荡器 (184)
6.1.2 单稳态触发器 (185)
6.1.3 施密特触发器 (187)
6.2 555时基电路 (191)
6.2.1 555时基电路 (191)
6.2.2 555时基电路的应用 (193)
6.3 实训项目:555构成的叮咚门铃电路安装与调试 (196)
思考题与习题6 (199)
第7章 数/模转换和模/数转换 (200)
7.1 数模转换电路 (200)
7.1.1 D/A转换电路基本知识 (200)
7.1.2 集成数/模转换器的应用 (202)
7.2 模/数转换电路 (204)
7.2.1 A/D转换电路基本知识 (205)
7.2.2 集成模/数转换器的应用 (207)
思考题与习题7 (209)
第8章 半导体存储器 (210)
思考题与习题8 (213)
参考文献 (214)
前言/序言
本书定位于高等职业院校机电类专业的专业基础课程,是根据最新制定的“电子技术基础与技能训练”核心课程标准,并参照最新相关国家职业标准及有关行业的职业标准规范编写的。本书重点内容是电子技术基础的基本理论,以及与机电类专业目标岗位群密切相关的技能训练。本书在编写过程中,力求体现理论与实践一体化的特色。
本书立足于高职人才培养目标,充分考虑高职学生的特点,遵循“理论够用、内容实用、学了能用、突出能力培养”的原则,对内容进行了精选。全书概念叙述清楚,深入浅出,通俗易懂,理论联系实际。
本书特点主要有以下几个方面:
①本书从职业(岗位)需求分析入手,参照国家职业标准《维修电工》、《家用电子产品维修工》、《无线电装接工》、《家用电器产品维修工》等的要求,精选教材内容,切实落实“管用、够用、适用”的教学指导思想。
②本书在内容的编排设计上,把能力培养放在首位,将电子技术的基本原理与生产生活实际应用相结合,注重实践技能的培养,注意反映电子技术领域的新知识、新技术、新工艺和新材料。
③本书在编写过程中,淡化器件内部结构分析,重点介绍器件的符号、特性、功能及应用。突出基本概念、基本原理和基本分析方法,采用较多的图表来代替文字描述和进行归纳、对比。
④体现以技能训练为主线、相关知识为支撑的编写思路,较好地处理了理论教学与技能训练的关系,有利于帮助学生掌握知识、形成技能、提高能力。
⑤本书编写过程中,注意生活及应用实例与知识点的链接,注意在专业知识中渗透职业素养的内容,力求使学生树立环保、节能、安全意识,为发展职业能力奠定良好的基础。
本书由范次猛任主编,并完成全书的统稿工作;朱国平任主审。全书共分8章,第1,2章由吴玉琴编写,第3,4,5,6,7章由范次猛编写,第8章及全书的实训项目由吕纯编写。
由于编者水平有限,书中难免存在不足,恳请同行和使用本书的广大读者批评指正。
《电磁波的奥秘:从理论到应用》 第一章:电磁波的起源与基本性质 本章将带领读者深入探索电磁波的根源,揭示其诞生的物理机制。我们将从麦克斯韦方程组这一现代物理学的基石出发,阐述如何从变化的电场产生磁场,以及变化的磁场如何反过来激发电场,这种相互激发、永不停息的能量传递过程,便是电磁波的本质。我们将详细解析电磁波的形成条件,即电荷的加速运动,并解释为何静止或匀速直线运动的电荷无法产生电磁波。 随后,我们将聚焦于电磁波的基本性质。首先是其传播速度,在真空中,电磁波以光速传播,这一速度是宇宙中最快的速度之一,其值 $c approx 3 imes 10^8$ 米/秒,并将在后续章节中探讨其在不同介质中的变化。其次是电磁波的横波特性,即其电场和磁场矢量均垂直于传播方向,并且相互垂直。我们将通过向量图解的方式直观地展示这一特性。接着,我们将深入理解电磁波的频率和波长之间的关系,即 $c = lambda f$,并解释不同频率和波长对应的电磁波在性质和应用上的巨大差异。 本章还将详细介绍电磁波的能量特性,阐述电磁波携带着能量,其能量密度与电场和磁场的强度相关。我们将引入坡印廷矢量(Poynting vector)这一概念,用以描述电磁波能量的传播方向和功率密度。最后,本章将概述电磁波谱,从低频的无线电波到高频的伽马射线,列举它们各自的典型频率范围、波长范围以及在自然界和人类活动中的初步展现。 第二章:电磁波的传播与相互作用 本章将把焦点从电磁波的产生转移到其传播过程中所遇到的各种现象及其与物质的相互作用。我们将首先探讨电磁波在不同介质中的传播。在真空中的自由传播是理想情况,但在实际应用中,电磁波常常穿行于空气、水、玻璃、金属等多种材料中。我们将分析不同介质的介电常数和磁导率如何影响电磁波的传播速度,即介质中的相速度 $v = c / sqrt{epsilon_r mu_r}$。 接下来,我们将深入研究电磁波的反射、折射和衍射现象。反射是指电磁波在两种不同介质的界面处,一部分能量返回原介质的现象,我们将介绍反射定律(入射角等于反射角),并讨论全反射的条件。折射则是电磁波从一种介质进入另一种介质时,传播方向发生偏折的现象,我们将引入斯涅耳定律(Snell's Law)来定量描述折射角与入射角的关系,并解释其在光学仪器中的应用。衍射是指电磁波遇到障碍物或通过狭缝时,会发生弯曲,并向阴影区域传播的现象,我们将解释惠更斯原理(Huygens' principle)如何解释衍射现象,并说明其在无线通信中绕过障碍物的重要性。 本章还将探讨电磁波的吸收与散射。吸收是指电磁波的能量被介质吸收,转化为其他形式能量(如热能)的现象,我们将讨论不同材料的吸收特性,以及其在屏蔽和吸波材料设计中的考量。散射是指电磁波在传播过程中,遇到介质中的微小粒子或不均匀性,改变传播方向并向各个方向传播的现象,我们将区分瑞利散射(Rayleigh scattering)和米氏散射(Mie scattering),并解释它们在天空呈现蓝色以及云雾形成过程中的作用。 此外,本章还将初步介绍电磁波在传播过程中可能遇到的其他重要现象,例如多径效应(multipath effect),即电磁波经多次反射后到达接收端的现象,以及其对无线通信信号质量的影响。 第三章:电磁波谱的细分与特征 本章将对电磁波谱进行更加精细的划分,并深入挖掘不同频段电磁波的独特属性及其在科学技术中的具体应用。我们将首先聚焦于无线电波(Radio Waves),将其细分为长波、中波、短波、超短波、微波等,详细介绍它们的频率范围、波长范围,以及它们在不同传播环境下的特点。我们将讨论长波和中波的地面波传播能力,短波的电离层反射传播能力,以及超短波和微波的直线传播特性,并解释它们在广播、电视、雷达、卫星通信、手机通信等领域的核心作用。 随后,我们将转向红外线(Infrared Radiation)。我们将解释红外线是由物体热辐射产生的,并与其温度密切相关。我们将介绍红外线的探测技术,如红外探测器和热成像仪,并详细阐述其在夜视设备、安罴监控、医疗诊断、遥感监测、工业测温等领域的广泛应用。 接着,我们将深入探讨可见光(Visible Light)。作为人类视觉的感知范围,我们将分析可见光的光谱分布、颜色与频率(波长)的关系,并介绍光的基本性质,如光度学和色度学。我们将简要提及可见光在照明、光学显示、光纤通信、激光技术等方面的基础性应用。 紫外线(Ultraviolet Radiation)将是本章的下一个重点。我们将区分紫外线A、B、C的特性,并讨论其与皮肤健康、维生素D合成、细菌杀灭等生物效应。同时,我们将阐述紫外线在消毒灭菌、荧光探伤、紫外固化、天文学观测等方面的科技应用。 X射线(X-rays)的介绍将侧重于其高穿透性。我们将解释X射线的产生机制,并详细介绍其在医学影像(如X光片、CT扫描)、工业无损检测(如探伤)、材料科学(如X射线衍射)、天文学研究(如X射线望远镜)等领域的关键作用。 最后,我们将触及能量更高的伽马射线(Gamma Rays)。我们将介绍伽马射线的来源,通常是核反应或高能天体物理过程。我们将强调其极强的穿透能力以及对生物体的潜在危害,并介绍其在放射治疗、核能探测、天体物理学研究等领域的应用。 第四章:电磁波的调制与解调 本章将聚焦于电磁波在信息传输中的核心技术——调制与解调。我们将首先解释为何需要调制,即为何不能直接将信息信号(如音频、视频)以其原始形式发射。我们将强调信息信号的频率通常远低于电磁波的载波频率,直接发射会遇到效率低下、天线尺寸过大等问题。调制就是将信息信号“加载”到高频载波上的过程,使其具有适合传输的特性。 我们将详细介绍几种重要的调制方式。幅度调制(AM)是最早和最简单的调制技术之一,我们将解释如何通过改变载波的幅度来携带信息,并阐述其在广播中的应用,以及AM信号的优缺点,如易受干扰。 频率调制(FM)是另一种重要的调制方式。我们将阐述如何通过改变载波的频率来携带信息,并分析FM信号相对于AM信号的抗干扰能力更强,音质更佳,并解释其在广播、高质量音频传输中的普及。 相位调制(PM)和正交幅度调制(QAM)将是更高级的调制技术。我们将解释相位调制如何通过改变载波的相位来携带信息,并介绍QAM是如何结合幅度和相位调制,以在相同带宽内传输更多信息,这在现代数字通信(如Wi-Fi、4G/5G)中至关重要。 在介绍完调制技术后,本章将深入探讨解调(Demodulation),即在接收端如何从载波上“提取”出原始信息信号的过程。我们将介绍不同调制方式对应的解调器原理,例如包络检波器用于AM,鉴频器用于FM。 此外,本章还将简要介绍数字调制技术,如移频键控(FSK)、移相键控(PSK)等,以及它们在数字通信系统中的基础作用。我们将强调调制与解调是实现高效、可靠信息传输的关键环节,也是现代通信系统的基石。 第五章:电磁波在通信系统中的应用 本章将把前几章的理论知识融会贯通,集中探讨电磁波在现代通信系统中的具体应用。我们将从最基础的有线通信谈起,简要介绍利用导线传输电信号(本质上也是电磁波的某种表现形式)的电话、电报等,但本章的重点将放在无线通信领域。 我们将详细分析广播与电视系统。对于广播,我们将讨论AM和FM广播的覆盖范围、工作原理以及其作为大众媒体的悠久历史。对于电视,我们将区分模拟电视和数字电视的信号传输方式,并解释其演进历程。 移动通信将是本章浓墨重彩的部分。我们将追溯移动通信技术的发展历程,从第一代(1G)模拟通信到第四代(4G)高速移动宽带,再到当今蓬勃发展的第五代(5G)技术。我们将解释蜂窝网络(cellular network)的工作原理,包括基站、小区划分、频率复用等概念。我们将重点阐述5G技术在速度、时延、连接密度等方面的突破,以及其对物联网(IoT)、自动驾驶、虚拟现实(VR)/增强现实(AR)等新兴应用的支持。 卫星通信也将占据重要篇幅。我们将介绍地球静止卫星、低地球轨道卫星(LEO)等不同类型的通信卫星,以及它们在跨洋通信、偏远地区通信、全球定位系统(GPS)等方面的不可替代作用。我们将解释信号如何从地面站上传至卫星,再由卫星转发到其他地面站。 其他通信应用也将得到介绍。我们将提及Wi-Fi(无线局域网)在家庭和办公环境中的普及,蓝牙(Bluetooth)技术在短距离无线连接中的广泛应用,以及雷达(RADAR)在目标探测、测距、导航等军事和民用领域的关键作用。 本章将强调,所有这些通信系统都依赖于电磁波的产生、传播、调制和解调。我们将通过生动的实例,展示电磁波如何将信息跨越时空传递,连接世界,塑造现代社会。 第六章:电磁波与生命健康及环境 本章将探讨电磁波与我们日常生活息息相关的生命健康和环境影响。我们将首先关注电磁辐射的生物效应。我们将区分非电离辐射(如无线电波、微波、可见光)和电离辐射(如X射线、伽马射线)。我们将详细解释非电离辐射的主要效应是热效应,即电磁波能量被生物组织吸收后转化为热量,并讨论在合理强度下,这种热效应的潜在影响。 随后,我们将深入讨论电磁辐射的潜在健康担忧。我们将回顾关于手机辐射、Wi-Fi辐射、高压线辐射等的研究和争议。我们将解释科学界对于低强度非电离辐射长期暴露是否会引起癌症、神经系统疾病等问题的普遍看法,并强调目前主流科学界认为,在国际公认的暴露限值内,非电离辐射对人体健康的影响尚无确切证据表明存在显著的危害。我们将引用权威机构(如世界卫生组织WHO、国际非电离辐射防护委员会ICNIRP)的指南和建议。 本章还将涉及电磁兼容性(EMC)的概念。我们将解释在复杂的电磁环境中,不同电子设备之间可能产生的相互干扰,以及EMC标准和技术在确保设备正常工作、防止电磁污染方面的重要性。 环境影响方面,我们将讨论电磁波对野生动物的潜在影响,例如对鸟类迁徙、昆虫导航等方面的一些初步研究,以及这些研究的局限性。我们将探讨光污染(过度的人工照明)对天文观测、夜间生态的影响。 最后,本章将强调科学审慎的态度。我们将呼吁读者理性看待电磁波的健康影响,避免不必要的恐慌,并关注最新的科学研究进展。我们将提倡在使用电子设备时,遵守相关的安全指南,并关注环境保护,共同营造一个安全、健康、可持续的电磁环境。