內容簡介
《電子技術基礎與技能訓練》將電子技術的理論、實驗和實訓內容融為一體,主要內容包括:晶體二極管及其應用、半導體三極管及放大電路基礎、數字電路基礎、組閤邏輯電路、時序邏輯電路、脈衝波形的産生與整形、數/模轉換和模/數轉換、半導體存儲器等。每章後麵都附有思考題與習題,便於自學。
《電子技術基礎與技能訓練》可作為高等職業院校數控技術應用專業、機電一體化技術專業、電氣自動化技術專業、模具設計與製造等機電類專業學生的教學用書,也可作為工程技術人員學習電子技術基礎的參考書。
內頁插圖
目錄
目 錄
第1章 晶體二極管及其應用 (1)
1.1 晶體二極管的使用 (1)
1.1.1 半導體的基本知識 (1)
1.1.2 晶體二極管的結構、類型及符號 (4)
1.1.3 晶體二極管的特性 (5)
1.1.4 特殊晶體二極管 (7)
1.1.5 實訓項目:使用萬用錶測量二極管 (9)
1.2 整流電路 (11)
1.2.1 單相半波整流電路 (11)
1.2.2 單相橋式整流電路 (13)
1.2.3 實訓項目:單相橋式整流電路的安裝與調試 (16)
1.3 濾波電路 (21)
1.3.1 濾波電路的工作原理 (22)
1.3.2 實訓項目:濾波電路安裝與調試 (26)
1.4 晶閘管可控整流電路 (31)
1.4.1 晶閘管 (32)
1.4.2 實訓項目:晶閘管的測量 (33)
1.4.3 晶閘管單相可控整流電路 (35)
1.4.4 實訓項目:傢用調光颱燈製作 (38)
思考題與習題1 (40)
第2章 半導體三極管及放大電路基礎 (43)
2.1 半導體三極管 (43)
2.1.1 三極管的基本結構與類型 (43)
2.1.2 三極管的電流放大原理 (45)
2.1.3 三極管的特性麯綫及主要參數 (46)
2.1.4 實訓項目:三極管的判彆與檢測 (48)
2.2 基本放大電路 (50)
2.2.1 共發射極基本放大電路 (51)
2.2.2 共發射極放大電路的分析 (52)
2.2.3 分壓式偏置放大電路 (58)
2.2.4 實訓項目:分壓式偏置放大電路安裝與調試 (60)
2.3 低頻功率放大器 (63)
2.3.1 低頻功率放大器 (64)
2.3.2 典型集成功率放大器 (67)
2.3.3 實訓項目:音頻功率放大器安裝與調試 (68)
2.4 集成運算放大器 (70)
2.4.1 集成運算放大器 (70)
2.4.2 集成運算放大器的基本運算電路 (77)
2.4.3 放大電路的負反饋 (83)
2.4.4 實訓項目:比例運算放大器安裝與調試 (85)
2.5 直流穩壓電源 (88)
2.5.1 矽穩壓管穩壓電路 (89)
2.5.2 串聯型三極管穩壓電路 (90)
2.5.3 集成穩壓電路 (93)
2.5.4 實訓項目:三端集成穩壓電源的組裝與調試 (97)
思考題與習題2 (99)
第3章 數字電路基礎 (103)
3.1 脈衝與數字信號 (103)
3.2 數製與碼製 (107)
3.2.1 數製 (107)
3.2.2 不同進製數之間的相互轉換 (108)
3.2.3 BCD編碼 (110)
3.3 邏輯門電路 (111)
3.3.1 簡單門電路 (112)
3.3.2 TTL集成邏輯門電路 (116)
3.3.3 CMOS集成門電路 (121)
思考題與習題3 (125)
第4章 組閤邏輯電路 (127)
4.1 組閤邏輯電路的基本知識 (127)
4.1.1 邏輯代數 (127)
4.1.2 邏輯函數的化簡 (128)
4.1.3 組閤邏輯電路的分析 (130)
4.1.4 組閤邏輯電路的設計 (132)
4.1.5 實訓項目:三人錶決器的製作 (133)
4.2 編碼器 (135)
4.2.1 編碼器的基本知識 (136)
4.2.2 集成編碼器的産品簡介 (138)
4.3 譯碼器 (141)
4.3.1 譯碼器的基本知識 (141)
4.3.2 集成譯碼器産品簡介 (147)
4.3.3 實訓項目:七段顯示器的安裝連接和功能測試 (150)
思考題與習題4 (152)
第5章 時序邏輯電路 (155)
5.1 RS觸發器 (155)
5.1.1 基本RS觸發器 (156)
5.1.2 同步RS觸發器 (159)
5.2 時鍾觸發器 (162)
5.2.1 主從JK觸發器 (162)
5.2.2 邊沿JK觸發器 (163)
5.3 D觸發器 (165)
5.3.1 同步D觸發器 (166)
5.3.2 邊沿D觸發器 (166)
5.4 寄存器 (168)
5.4.1 數碼寄存器 (168)
5.4.2 移位寄存器 (169)
5.5 計數器 (172)
5.5.1 二進製計數器 (172)
5.5.2 十進製計數器 (173)
5.5.3 集成計數器的應用 (175)
5.6 實訓項目:秒信號發生器的製作 (178)
思考題和習題5 (181)
第6章 脈衝波形的産生與整形 (183)
6.1 常見脈衝産生電路 (183)
6.1.1 多諧振蕩器 (184)
6.1.2 單穩態觸發器 (185)
6.1.3 施密特觸發器 (187)
6.2 555時基電路 (191)
6.2.1 555時基電路 (191)
6.2.2 555時基電路的應用 (193)
6.3 實訓項目:555構成的叮咚門鈴電路安裝與調試 (196)
思考題與習題6 (199)
第7章 數/模轉換和模/數轉換 (200)
7.1 數模轉換電路 (200)
7.1.1 D/A轉換電路基本知識 (200)
7.1.2 集成數/模轉換器的應用 (202)
7.2 模/數轉換電路 (204)
7.2.1 A/D轉換電路基本知識 (205)
7.2.2 集成模/數轉換器的應用 (207)
思考題與習題7 (209)
第8章 半導體存儲器 (210)
思考題與習題8 (213)
參考文獻 (214)
前言/序言
本書定位於高等職業院校機電類專業的專業基礎課程,是根據最新製定的“電子技術基礎與技能訓練”核心課程標準,並參照最新相關國傢職業標準及有關行業的職業標準規範編寫的。本書重點內容是電子技術基礎的基本理論,以及與機電類專業目標崗位群密切相關的技能訓練。本書在編寫過程中,力求體現理論與實踐一體化的特色。
本書立足於高職人纔培養目標,充分考慮高職學生的特點,遵循“理論夠用、內容實用、學瞭能用、突齣能力培養”的原則,對內容進行瞭精選。全書概念敘述清楚,深入淺齣,通俗易懂,理論聯係實際。
本書特點主要有以下幾個方麵:
①本書從職業(崗位)需求分析入手,參照國傢職業標準《維修電工》、《傢用電子産品維修工》、《無綫電裝接工》、《傢用電器産品維修工》等的要求,精選教材內容,切實落實“管用、夠用、適用”的教學指導思想。
②本書在內容的編排設計上,把能力培養放在首位,將電子技術的基本原理與生産生活實際應用相結閤,注重實踐技能的培養,注意反映電子技術領域的新知識、新技術、新工藝和新材料。
③本書在編寫過程中,淡化器件內部結構分析,重點介紹器件的符號、特性、功能及應用。突齣基本概念、基本原理和基本分析方法,采用較多的圖錶來代替文字描述和進行歸納、對比。
④體現以技能訓練為主綫、相關知識為支撐的編寫思路,較好地處理瞭理論教學與技能訓練的關係,有利於幫助學生掌握知識、形成技能、提高能力。
⑤本書編寫過程中,注意生活及應用實例與知識點的鏈接,注意在專業知識中滲透職業素養的內容,力求使學生樹立環保、節能、安全意識,為發展職業能力奠定良好的基礎。
本書由範次猛任主編,並完成全書的統稿工作;硃國平任主審。全書共分8章,第1,2章由吳玉琴編寫,第3,4,5,6,7章由範次猛編寫,第8章及全書的實訓項目由呂純編寫。
由於編者水平有限,書中難免存在不足,懇請同行和使用本書的廣大讀者批評指正。
《電磁波的奧秘:從理論到應用》 第一章:電磁波的起源與基本性質 本章將帶領讀者深入探索電磁波的根源,揭示其誕生的物理機製。我們將從麥剋斯韋方程組這一現代物理學的基石齣發,闡述如何從變化的電場産生磁場,以及變化的磁場如何反過來激發電場,這種相互激發、永不停息的能量傳遞過程,便是電磁波的本質。我們將詳細解析電磁波的形成條件,即電荷的加速運動,並解釋為何靜止或勻速直綫運動的電荷無法産生電磁波。 隨後,我們將聚焦於電磁波的基本性質。首先是其傳播速度,在真空中,電磁波以光速傳播,這一速度是宇宙中最快的速度之一,其值 $c approx 3 imes 10^8$ 米/秒,並將在後續章節中探討其在不同介質中的變化。其次是電磁波的橫波特性,即其電場和磁場矢量均垂直於傳播方嚮,並且相互垂直。我們將通過嚮量圖解的方式直觀地展示這一特性。接著,我們將深入理解電磁波的頻率和波長之間的關係,即 $c = lambda f$,並解釋不同頻率和波長對應的電磁波在性質和應用上的巨大差異。 本章還將詳細介紹電磁波的能量特性,闡述電磁波攜帶著能量,其能量密度與電場和磁場的強度相關。我們將引入坡印廷矢量(Poynting vector)這一概念,用以描述電磁波能量的傳播方嚮和功率密度。最後,本章將概述電磁波譜,從低頻的無綫電波到高頻的伽馬射綫,列舉它們各自的典型頻率範圍、波長範圍以及在自然界和人類活動中的初步展現。 第二章:電磁波的傳播與相互作用 本章將把焦點從電磁波的産生轉移到其傳播過程中所遇到的各種現象及其與物質的相互作用。我們將首先探討電磁波在不同介質中的傳播。在真空中的自由傳播是理想情況,但在實際應用中,電磁波常常穿行於空氣、水、玻璃、金屬等多種材料中。我們將分析不同介質的介電常數和磁導率如何影響電磁波的傳播速度,即介質中的相速度 $v = c / sqrt{epsilon_r mu_r}$。 接下來,我們將深入研究電磁波的反射、摺射和衍射現象。反射是指電磁波在兩種不同介質的界麵處,一部分能量返迴原介質的現象,我們將介紹反射定律(入射角等於反射角),並討論全反射的條件。摺射則是電磁波從一種介質進入另一種介質時,傳播方嚮發生偏摺的現象,我們將引入斯涅耳定律(Snell's Law)來定量描述摺射角與入射角的關係,並解釋其在光學儀器中的應用。衍射是指電磁波遇到障礙物或通過狹縫時,會發生彎麯,並嚮陰影區域傳播的現象,我們將解釋惠更斯原理(Huygens' principle)如何解釋衍射現象,並說明其在無綫通信中繞過障礙物的重要性。 本章還將探討電磁波的吸收與散射。吸收是指電磁波的能量被介質吸收,轉化為其他形式能量(如熱能)的現象,我們將討論不同材料的吸收特性,以及其在屏蔽和吸波材料設計中的考量。散射是指電磁波在傳播過程中,遇到介質中的微小粒子或不均勻性,改變傳播方嚮並嚮各個方嚮傳播的現象,我們將區分瑞利散射(Rayleigh scattering)和米氏散射(Mie scattering),並解釋它們在天空呈現藍色以及雲霧形成過程中的作用。 此外,本章還將初步介紹電磁波在傳播過程中可能遇到的其他重要現象,例如多徑效應(multipath effect),即電磁波經多次反射後到達接收端的現象,以及其對無綫通信信號質量的影響。 第三章:電磁波譜的細分與特徵 本章將對電磁波譜進行更加精細的劃分,並深入挖掘不同頻段電磁波的獨特屬性及其在科學技術中的具體應用。我們將首先聚焦於無綫電波(Radio Waves),將其細分為長波、中波、短波、超短波、微波等,詳細介紹它們的頻率範圍、波長範圍,以及它們在不同傳播環境下的特點。我們將討論長波和中波的地麵波傳播能力,短波的電離層反射傳播能力,以及超短波和微波的直綫傳播特性,並解釋它們在廣播、電視、雷達、衛星通信、手機通信等領域的核心作用。 隨後,我們將轉嚮紅外綫(Infrared Radiation)。我們將解釋紅外綫是由物體熱輻射産生的,並與其溫度密切相關。我們將介紹紅外綫的探測技術,如紅外探測器和熱成像儀,並詳細闡述其在夜視設備、安羆監控、醫療診斷、遙感監測、工業測溫等領域的廣泛應用。 接著,我們將深入探討可見光(Visible Light)。作為人類視覺的感知範圍,我們將分析可見光的光譜分布、顔色與頻率(波長)的關係,並介紹光的基本性質,如光度學和色度學。我們將簡要提及可見光在照明、光學顯示、光縴通信、激光技術等方麵的基礎性應用。 紫外綫(Ultraviolet Radiation)將是本章的下一個重點。我們將區分紫外綫A、B、C的特性,並討論其與皮膚健康、維生素D閤成、細菌殺滅等生物效應。同時,我們將闡述紫外綫在消毒滅菌、熒光探傷、紫外固化、天文學觀測等方麵的科技應用。 X射綫(X-rays)的介紹將側重於其高穿透性。我們將解釋X射綫的産生機製,並詳細介紹其在醫學影像(如X光片、CT掃描)、工業無損檢測(如探傷)、材料科學(如X射綫衍射)、天文學研究(如X射綫望遠鏡)等領域的關鍵作用。 最後,我們將觸及能量更高的伽馬射綫(Gamma Rays)。我們將介紹伽馬射綫的來源,通常是核反應或高能天體物理過程。我們將強調其極強的穿透能力以及對生物體的潛在危害,並介紹其在放射治療、核能探測、天體物理學研究等領域的應用。 第四章:電磁波的調製與解調 本章將聚焦於電磁波在信息傳輸中的核心技術——調製與解調。我們將首先解釋為何需要調製,即為何不能直接將信息信號(如音頻、視頻)以其原始形式發射。我們將強調信息信號的頻率通常遠低於電磁波的載波頻率,直接發射會遇到效率低下、天綫尺寸過大等問題。調製就是將信息信號“加載”到高頻載波上的過程,使其具有適閤傳輸的特性。 我們將詳細介紹幾種重要的調製方式。幅度調製(AM)是最早和最簡單的調製技術之一,我們將解釋如何通過改變載波的幅度來攜帶信息,並闡述其在廣播中的應用,以及AM信號的優缺點,如易受乾擾。 頻率調製(FM)是另一種重要的調製方式。我們將闡述如何通過改變載波的頻率來攜帶信息,並分析FM信號相對於AM信號的抗乾擾能力更強,音質更佳,並解釋其在廣播、高質量音頻傳輸中的普及。 相位調製(PM)和正交幅度調製(QAM)將是更高級的調製技術。我們將解釋相位調製如何通過改變載波的相位來攜帶信息,並介紹QAM是如何結閤幅度和相位調製,以在相同帶寬內傳輸更多信息,這在現代數字通信(如Wi-Fi、4G/5G)中至關重要。 在介紹完調製技術後,本章將深入探討解調(Demodulation),即在接收端如何從載波上“提取”齣原始信息信號的過程。我們將介紹不同調製方式對應的解調器原理,例如包絡檢波器用於AM,鑒頻器用於FM。 此外,本章還將簡要介紹數字調製技術,如移頻鍵控(FSK)、移相鍵控(PSK)等,以及它們在數字通信係統中的基礎作用。我們將強調調製與解調是實現高效、可靠信息傳輸的關鍵環節,也是現代通信係統的基石。 第五章:電磁波在通信係統中的應用 本章將把前幾章的理論知識融會貫通,集中探討電磁波在現代通信係統中的具體應用。我們將從最基礎的有綫通信談起,簡要介紹利用導綫傳輸電信號(本質上也是電磁波的某種錶現形式)的電話、電報等,但本章的重點將放在無綫通信領域。 我們將詳細分析廣播與電視係統。對於廣播,我們將討論AM和FM廣播的覆蓋範圍、工作原理以及其作為大眾媒體的悠久曆史。對於電視,我們將區分模擬電視和數字電視的信號傳輸方式,並解釋其演進曆程。 移動通信將是本章濃墨重彩的部分。我們將追溯移動通信技術的發展曆程,從第一代(1G)模擬通信到第四代(4G)高速移動寬帶,再到當今蓬勃發展的第五代(5G)技術。我們將解釋蜂窩網絡(cellular network)的工作原理,包括基站、小區劃分、頻率復用等概念。我們將重點闡述5G技術在速度、時延、連接密度等方麵的突破,以及其對物聯網(IoT)、自動駕駛、虛擬現實(VR)/增強現實(AR)等新興應用的支持。 衛星通信也將占據重要篇幅。我們將介紹地球靜止衛星、低地球軌道衛星(LEO)等不同類型的通信衛星,以及它們在跨洋通信、偏遠地區通信、全球定位係統(GPS)等方麵的不可替代作用。我們將解釋信號如何從地麵站上傳至衛星,再由衛星轉發到其他地麵站。 其他通信應用也將得到介紹。我們將提及Wi-Fi(無綫局域網)在傢庭和辦公環境中的普及,藍牙(Bluetooth)技術在短距離無綫連接中的廣泛應用,以及雷達(RADAR)在目標探測、測距、導航等軍事和民用領域的關鍵作用。 本章將強調,所有這些通信係統都依賴於電磁波的産生、傳播、調製和解調。我們將通過生動的實例,展示電磁波如何將信息跨越時空傳遞,連接世界,塑造現代社會。 第六章:電磁波與生命健康及環境 本章將探討電磁波與我們日常生活息息相關的生命健康和環境影響。我們將首先關注電磁輻射的生物效應。我們將區分非電離輻射(如無綫電波、微波、可見光)和電離輻射(如X射綫、伽馬射綫)。我們將詳細解釋非電離輻射的主要效應是熱效應,即電磁波能量被生物組織吸收後轉化為熱量,並討論在閤理強度下,這種熱效應的潛在影響。 隨後,我們將深入討論電磁輻射的潛在健康擔憂。我們將迴顧關於手機輻射、Wi-Fi輻射、高壓綫輻射等的研究和爭議。我們將解釋科學界對於低強度非電離輻射長期暴露是否會引起癌癥、神經係統疾病等問題的普遍看法,並強調目前主流科學界認為,在國際公認的暴露限值內,非電離輻射對人體健康的影響尚無確切證據錶明存在顯著的危害。我們將引用權威機構(如世界衛生組織WHO、國際非電離輻射防護委員會ICNIRP)的指南和建議。 本章還將涉及電磁兼容性(EMC)的概念。我們將解釋在復雜的電磁環境中,不同電子設備之間可能産生的相互乾擾,以及EMC標準和技術在確保設備正常工作、防止電磁汙染方麵的重要性。 環境影響方麵,我們將討論電磁波對野生動物的潛在影響,例如對鳥類遷徙、昆蟲導航等方麵的一些初步研究,以及這些研究的局限性。我們將探討光汙染(過度的人工照明)對天文觀測、夜間生態的影響。 最後,本章將強調科學審慎的態度。我們將呼籲讀者理性看待電磁波的健康影響,避免不必要的恐慌,並關注最新的科學研究進展。我們將提倡在使用電子設備時,遵守相關的安全指南,並關注環境保護,共同營造一個安全、健康、可持續的電磁環境。