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内容简介

《电子技术(第二版)》由模拟电子技术和数字电子技术构成，其中模拟电子技术包括半导体器件、基本放大电路、集成运算放大器、信号发生电路、直流稳压电源等；数字电子技术包括组合逻辑电路、时序逻辑电路及模/数、数/模转换电路等。

内页插图

目录

目录
前言
第0章绪论1
0.1信号1
0.2模拟电路2
0.3数字电路2
0.4电子设计自动化软件介绍3
第1章半导体器件7
1.1发展历史7
1.1.1真空二极电子管7
1.1.2真空三极电子管8
1.1.3第一台电子管计算机8
1.1.4半导体二极管9
1.1.5半导体三极管(晶体管)9
1.2半导体的基本知识10
1.2.1本征半导体11
1.2.2杂质半导体11
1.3PN结及其单向导电性12
1.3.1PN结的形成13
1.3.2PN结的单向导电性13
1.4半导体二极管14
1.4.1基本结构14
1.4.2伏安特性15
1.4.3主要参数15
1.4.4含二极管电路的分析计算16
1.4.5稳压二极管17
1.5半导体三极管18
1.5.1基本结构18
1.5.2放大原理19
1.5.3特性曲线21
1.5.4主要参数22
1.6场效应管*24
1.6.1N沟道增强型绝缘栅场效应管24
1.6.2N沟道耗尽型绝缘栅场效应管26
1.7晶闸管Δ28
1.7.1基本结构28
1.7.2工作原理29
1.7.3伏安特性30
1.7.4主要参数31
习题32
第2章基本放大电路35
2.1发展历史35
2.2基本放大电路的组成及工作原理36
2.2.1基本放大电路的组成36
2.2.2电路的工作原理37
2.3放大电路的静态分析38
2.3.1估算法38
2.3.2图解法39
2.4放大电路的动态分析40
2.4.1图解法40
2.4.2微变等效电路法44
2.5静态工作点的稳定48
2.5.1温度对静态工作点的影响49
2.5.2分压式偏置放大电路49
2.6射极输出器——共集电极放大电路52
2.6.1静态分析52
2.6.2动态分析53
2.6.3射极输出器的特点和用途55
2.7场效应管放大电路*56
2.8多级放大电路及频率特性58
2.8.1多级放大电路的耦合方式59
2.8.2阻容耦合多级放大电路的分析59
2.8.3阻容耦合放大电路的频率特性61
2.9放大电路中的负反馈62
2.9.1反馈的基本概念62
2.9.2反馈的分类64
2.9.3交流负反馈对放大电路工作性能的影响67
2.10差动放大电路*70
2.10.1直接耦合放大电路70
2.10.2基本差动放大电路72
2.10.3典型差动放大电路74
2.11功率放大电路*77
2.11.1功率放大电路的一般问题78
2.11.2互补对称放大电路79
2.12工程应用82
习题83
第3章集成运算放大器90
3.1发展历史90
3.2集成运算放大器简介91
3.2.1集成运算放大器的特点91
3.2.2集成运算放大器的基本组成91
3.2.3集成运算放大器的主要技术参数93
3.2.4理想集成运算放大器94
3.3基本运算电路96
3.3.1比例运算电路96
3.3.2加减运算电路99
3.3.3积分和微分运算电路101
3.4有源滤波器*105
3.4.1滤波器的作用和分类105
3.4.2有源低通滤波器的工作原理106
3.4.3有源高通滤波器的工作原理107
3.5采样保持电路*108
3.6电压比较器109
3.6.1单门限电压比较器109
3.6.2滞回电压比较器*111
3.7集成运放的使用112
3.8工程应用114
3.8.1同相比例运算电路的应用114
3.8.2滤波器的应用115
3.8.3采样保持电路的应用*116
3.8.4单门限比较器的应用116
习题117
第4章信号发生电路125
4.1发展历史125
4.2正弦波振荡电路126
4.3RC正弦波振荡电路128
4.4LC正弦波振荡电路129
4.4.1变压器反馈式振荡电器129
4.4.2三点式振荡电路130
4.5石英晶体正弦波振荡电路Δ131
4.6非正弦信号发生器*133
4.6.1矩形波发生电路133
4.6.2三角波发生电路134
4.6.3锯齿波发生电路135
4.7工程应用135
4.7.1调频无线话筒电路135
4.7.2RC振荡电路仿真136
习题137
第5章直流稳压电源140
5.1发展历史140
5.2整流滤波电路140
5.2.1单相半波整流电路140
5.2.2单相桥式整流电路142
5.2.3三相桥式整流电路144
5.2.4滤波电路146
5.3单相可控整流电路△149
5.3.1单相半波可控整流电路149
5.3.2单相半控桥式整流电路151
5.4直流稳压电路152
5.4.1稳压管稳压电路152
5.4.2线性稳压电源154
5.4.3开关稳压电源△157
5.5工程应用160
5.5.1串联型线性稳压源实用设计160
5.5.2电饭煲的电源供电电路161
习题162
第6章门电路和组合逻辑电路164
6.1发展历史164
6.2数字电路基础165
6.2.1数字电路的工作信号165
6.2.2晶体管的开关作用166
6.3分立元件门电路168
6.3.1二极管与门电路168
6.3.2二极管或门电路169
6.3.3晶体管非门电路170
6.3.4复合门电路171
6.4TTL集成门电路172
6.4.1TTL与非门电路172
6.4.2集电极开路与非门*176
6.4.3三态输出与非门*177
6.5MOS集成门电路Δ178
6.5.1CMOS非门178
6.5.2CMOS与非门179
6.5.3CMOS或非门179
6.5.4CMOS传输门179
6.6集成门电路使用注意事项180
6.6.1CMOS门和TTL门的接口Δ180
6.6.2TTL和CMOS电路带负载时的接口问题181
6.6.3多余输入端的处理182
6.7逻辑代数182
6.7.1逻辑代数运算法则182
6.7.2逻辑函数的表示方法184
6.7.3逻辑函数的化简185
6.8组合逻辑电路的分析和设计189
6.8.1组合逻辑电路的分析方法189
6.8.2组合逻辑电路的设计方法190
6.9加法器191
6.9.1半加器191
6.9.2全加器192
6.10编码器193
6.10.1二进制编码器193
6.10.2二-十进制编码器(BCD编码器)194
6.10.3优先编码器195
6.11译码器197
6.11.1二进制译码器197
6.11.2二-十进制译码器199
6.11.3二-十进制显示译码器200
6.12数据分配器和数据选择器*202
6.12.1数据分配器202
6.12.2数据选择器203
6.13比较器Δ205
6.14组合逻辑电路中的竞争冒险Δ205
6.15工程应用206
6.15.1双控开关电路206
6.15.2动态显示电路207
6.15.3水位检测电路208
习题209
第7章触发器和时序逻辑电路213
7.1双稳态触发器213
7.1.1基本触发器213
7.1.2同步RS触发器214
7.1.3主从JK触发器216
7.1.4维持阻塞D触发器217
7.1.5CMOS D触发器218
7.1.6触发器的直接置位和直接复位219
7.1.7触发器逻辑功能的转化219
7.1.8触发器功能仿真分析221
7.2寄存器*222
7.2.1数码寄存器222
7.2.2移位寄存器222
7.2.3寄存器功能仿真分析223
7.3计数器224
7.3.1同步计数器224
7.3.2异步计数器226
7.3.3集成计数器228
7.3.4环形计数器*231
7.3.5计数器功能仿真分析232
7.4单稳态触发器*233
7.5多谐振荡器Δ234
7.6555集成定时器及其应用Δ235
7.6.1用555定时器组成的单稳态触发器236
7.6.2用555定时器组成的多谐振荡器237
7.6.3用555定时器组成单稳态触发器仿真分析238
7.6.4用555定时器组成多谐振荡器仿真分析239
7.7工程应用240
7.7.1简易催眠器240
7.7.2八路彩灯控制240
习题241
第8章数/模和模/数转换器Δ245
8.1发展历史245
8.2数/模转换器246
8.2.1T形电阻网络DAC246
8.2.2倒T形电阻网络DAC247
8.2.3DAC的主要技术指标248
8.2.4集成DAC单元介绍举例249
8.3模/数转换器251
8.3.1逐次逼近型ADC251
8.3.2双积分型ADC253
8.3.3ADC的主要技术指标255
8.3.4集成ADC芯片255
8.4工程应用258
8.4.1ADC与单片机的接口258
8.4.2DAC与单片机的接口260
习题260
参考文献262

精彩书摘

第0章 绪论
　　内容概要：电子技术(Electronics)包括模拟电子技术(Analog Electronics)和数字电子技术(Digital Electronics)。模拟电子技术主要涉及模拟信号的处理、变换及产生等，数字电子技术则针对的是数字信号的逻辑分析、运算等。在模拟电子电路和数字电子电路之间，则是数/模转换和模/数转换电路。此外，在电路的设计过程中，仿真是重要的一环，学习者应掌握至少一门电路仿真软件的使用方法。
　　重点要求：了解信号、模拟电路和数字电路的基本概念，模拟信号与数字信号的转换，以及电路设计仿真软件的使用方法。
0.1 信号
　　在自然界中，存在着各种各样的信号，如温度、压力、速度等，这些大部分都是非电信号，为方便处理，通常需要采用传感器将其转换成相应的电信号，由此便产生了各类传感器，如温度传感器、压力传感器、速度传感器等。信号的形式多种多样，根据是否周期性变化， 图0-1-1 信号波形
可分为周期信号和非周期信号；根据信号出现的确定性与否，可分为随机信号和确定信号；根据信号在时间域及幅值特征的连续性与否，可分为模拟信号和数字信号，其中前者是指在时间上连续且幅值也连续的信号，如典型的正弦波信号，后者则是在时间上离散且幅值也离散的信号，介于两者之间的则称为中间信号(或离散信号)，如图0-1-1所示。
0.2 模拟电路
　　模拟电路是处理模拟信号的电路，主要有信号放大及调理电路、信号发生电路及直流稳压电源电路等。
　　一般而言，传感器输出的电信号是很微弱的，如话筒振动传感器将声波的振动转换为电压信号，其幅值仅为毫伏级。为了驱动负载，需要将微弱的信号放大，由此便产生了信号放大电路，其放大过程如图0-2-1所示。此外，在传感器输出的信号中，不可避免地混杂着其他噪声信号，为了得到有用的输出信号，需要加入滤波等信号调理电路，如图0-2-2所示。
图0-2-1 信号放大
图0-2-2 信号调理
　　早期，信号放大及调理电路均由分立元件(即一个个二极管、三极管、电阻、电容等)构成，体积庞大，稳定性差。在20世纪50年代，由于半导体技术的进步，使得在一块晶片上制作数量众多的元器件成为可能，并由此产生了集成电路(Integrated Circuit， IC)。集成电路的出现是电子技术发展史上的一座里程碑，它极大地推动了现代信息社会的快速发展。将由分立元件构成的放大电路集成到一块芯片上，便构成了集成运算放大器(Operational Amplifier， OA)。集成运放在现代电子电路中占有极为重要的位置，也是模拟电路的基本单元。
　　在电路系统中，经常需要产生特定频率、幅值的信号，如用于电路测试的正弦波信号，给交通灯提供时基的脉冲信号等。实现这一功能的电路称为信号发生电路，如正弦波信号发生电路、三角波信号发生电路、方波信号发生电路等。
　　无论是电路还是电器设备，通常都需要直流稳压电源，如笔记本电脑、直流电机等。直流稳压电路就是用来获取稳定的直流电压，主要有两种：一是将交流电(Alternating Current， AC)转换为直流电(Direct Current， DC)，还有一种则是将直流电压进行升压或降压。
0.3 数字电路
　　数字电路是处理数字信号的电路，用以完成对数字信号的逻辑运算、逻辑分析、转换及控制等，主要有组合逻辑电路、时序逻辑电路及模/数(Analog/Digital， A/D) 转换、数/模 (D/A)转换电路等。
　　与模拟电路类似，数字电路中也有输入和输出信号，只不过这些信号是低电平或高电平，对应着“0”或“1”的变量。在数字电路中，组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关，如电梯控制电路；而时序逻辑电路输出不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，或者说，还与电路之前的输入有关，如交通灯控制系统。
　　介于模拟电路和数字电路之间的，则是中间电路，或者采样电路，用以实现对连续信号的离散化处理。为了将离散化的信号与数字信号对应起来，需要模/数转换电路。而对于快速变化的信号，往往还要引入保持电路以匹配后续的模/数转换电路。在实际中，电路最终输出的往往是模拟信号，如手机扬声器输出的声音信号，为了将数字信号转换为模拟信号，需要数/模转换电路。
　　通常，为方便分析，将模/数转换电路和数/模转换电路统一归类至数字电路中。
0.4 电子设计自动化软件介绍
　　随着计算机技术的飞速发展，电子设计自动化(Electronic Design Automation， EDA)技术在电路设计、分析及计算中起着越来越重要的作用。目前发达国家已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、建模、PCB版图、编程、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到PCB布线、自动贴片、总装配图等生产所需资料等全部在计算机上完成。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。EDA已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。熟练地使用EDA工具，在设计的起始阶段就能够发现方案设计和参数计算的重大错误，在产品开发过程中，辅之以精确的建模和仿真，可以替代大量的实际调试工作，节约可观的人力和物力投入，极大地提高开发效率。
　　在我国高校电子电路课程的教学体系中，目前已基本形成“理论教学—EDA—硬件实验”的教学模式。因此，对于初学者，有必要熟练掌握一门电路仿真软件的使用方法。
　　1. Multisim
　　Multisim是美国国家仪器有限公司(NI)推出的以Windows为操作系统的仿真软件工具，适用于各类模拟/数字电路的设计。Multisim包含了电路原理图的图形、电路硬件描述语言等输入方式，具有强大的设计及仿真分析功能。Multisim 用软件的方法虚拟电子与电工元器件、仪器和仪表，实现了“软件即元器件”“软件即仪器”。
　　以Multisim 10为例，其元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，方便在工程设计中使用。
　　Multisim 10的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；还有一般实验室少有或没有的仪器，如伯德图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。
　　Multisim 10具有较为全面的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等，从而为设计人员分析电路的性能提供极大的便利。
　　Multisim 10的主界面如图0-4-1所示。该软件界面清晰，操作简易，适于初学者掌握。
图0-4-1 Multisim 主界面
　　2. Saber
Saber仿真软件是美国Synopsys公司的一款EDA软件，被誉为全球最先进的系统仿真软件，是唯一的多技术、多领域的系统仿真产品，现已成为混合信号、混合技术设计和验证工具的业界标准。Saber仿真软件可用于电子、电力电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统构成的混合系统仿真，为复杂的混合信号设计与验证提供了一个功能强大的混合信号仿真器。此外，该软件兼容模拟、数字、控制量的混合仿真，可以解决从系统开发到详细设计验证等一系列问题。
Saber的主界面如图0-4-2所示。
图0-4-2 Saber主界面
　　Saber软件更侧重于系统级的混合信号电路仿真，主要应用于开关电源领域的时域和频域仿真，对初学者也可以作为参考。
　　3. Matlab
　　Matlab是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括Matlab和Simulink两大部分。
　　Matlab是matrix & laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂(矩阵实验室)。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
　　Simulink工具箱的功能是在Matlab环境下，把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型。在这其中，Power System (电力系统)仿真工具箱功能非常强大，可用于电路、电力电子系统、电动机系统、电力传输等领域的仿真，它提供了一种类似电路搭建的方法，用于系统的建模。
　　利用Simulink，可以方便地搭建各类电路模型并进行仿真，如图0-4-3所示。
图0-4-3 Simulink主界面
　　4. Proteus
　　Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司推出的EDA工具软件。它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。该软件虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
　　Proteus是世界著名的EDA工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。同时，Proteus也是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、H

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