數字電子技術 楊永健 9787115238337 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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楊永健 著

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齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115238337

商品編碼：29294728798

包裝：平裝

齣版時間：2010-11-01

基本信息

書名：數字電子技術

定價：39.00元

作者：楊永健

齣版社：人民郵電齣版社

齣版日期：2010-11-01

ISBN：9787115238337

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.722kg

編輯推薦

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內容提要

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　　本書主要介紹數字電路的基本分析方法和設計方法，以及用可編程邏輯器件設計電路的軟件平颱和硬件描述語言設計方法。主要內容包括數製和碼製、邏輯代數基礎、邏輯門電路、組閤邏輯電路分析與設計、中規模組閤邏輯器件應用、觸發器、時序邏輯電路的分析與設計、常用時序集成器件、555定時器及多諧振蕩器、半導體存儲器件和可編程器件、硬件描述語言數模和模數轉換。
　　本書編寫語言簡練，由淺入深：章節順序安排閤理，大量設計實例可供參考，利於教學和自學。
　　本書可供高等學校電子信息類各專業作為教材使用，也可供相關的工程技術人員作為參考書使用。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《電子元件與電路基礎》 一、 緒論 本教材旨在為電子技術領域的初學者提供紮實的理論基礎和必要的實踐技能。在信息技術飛速發展的今天，電子技術已滲透到我們生活的方方麵麵，從智能手機、電腦到醫療設備、航空航天，無不依賴於精密的電子元件和巧妙設計的電路。掌握電子技術的基本原理，不僅是未來工程師的必備素質，也是理解現代科技運行機製的關鍵。 本書從最基本的電子元器件入手，逐步深入到電路的分析與設計。我們力求以清晰易懂的語言，結閤豐富的圖示和實例，幫助讀者建立起對電子世界的直觀認識。學習電子技術並非枯燥的理論堆砌，而是一個探索、發現和創造的過程。通過理解這些基礎知識，讀者將能夠更好地理解復雜的電子係統，並為進一步的學習和研究打下堅實的基礎。 二、 直流電路分析 本章將重點介紹直流電路的基本概念、定律和分析方法。 1. 基本概念與單位： 電荷（Charge）： 物質的基本屬性之一，分為正電荷和負電荷。單位是庫侖（C）。 電流（Electric Current）： 電荷的定嚮移動形成的。單位是安培（A）。電流的大小等於單位時間內通過導體橫截麵的電荷量。 方嚮約定： 通常約定正電荷定嚮移動的方嚮為電流方嚮，負電荷定嚮移動的方嚮與電流方嚮相反。 電流的分類： 根據電流隨時間的變化，可分為直流電（DC）和交流電（AC）。本章主要討論直流電。 電壓（Voltage）： 兩個點之間的電勢差。單位是伏特（V）。電壓是形成電流的原因。 電勢（Electric Potential）： 單位正電荷在某一點所具有的能量。 電勢差（Potential Difference）： 兩個點之間電勢的差異，即電壓。 電阻（Resistance）： 導體對電流的阻礙作用。單位是歐姆（Ω）。 影響電阻的因素： 導體的材料、長度、橫截麵積以及溫度。 電阻率（Resistivity）： 材料本身的性質，錶示單位長度、單位橫截麵積導體的電阻。 功率（Power）： 電路中能量轉換的速率。單位是瓦特（W）。 電功率的計算： P = VI = I²R = V²/R 2. 基本定律： 歐姆定律（Ohm's Law）： 描述瞭電路中電壓、電流和電阻之間的綫性關係。 全電路歐姆定律： I = E / (R + r)，其中 E 是電源電動勢，R 是外電路總電阻，r 是電源內阻。 部分電路歐姆定律： U = IR，其中 U 是導體兩端的電壓，I 是通過導體的電流，R 是導體的電阻。 基爾霍夫定律（Kirchhoff's Laws）： 用於分析復雜的電路網絡。 基爾霍夫電流定律（KCL）： 任何一個節點上的所有流入電流之和等於所有流齣電流之和。∑I_in = ∑I_out，或 ∑I = 0。 基爾霍夫電壓定律（KVL）： 沿著任何一個閉閤迴路，所有電壓降之和等於所有電壓升之和。∑U_fall = ∑U_rise，或 ∑U = 0。 3. 常用電路元件： 電阻器（Resistor）： 用於提供特定阻值的元件。 分類： 固定電阻、可變電阻（電位器、可調電阻）。 符號和標識： 學習識彆電阻的電路符號和色環標識。 電源（Power Source）： 提供電能的裝置。 恒壓源（Voltage Source）： 提供恒定電壓。 恒流源（Current Source）： 提供恒定電流。 實際電源模型： 由理想電源與一個串聯電阻（內阻）組成。 電容器（Capacitor）： 用於存儲電能的元件。 基本原理： 兩個導體闆之間夾有絕緣介質，通過充電可以在闆上積纍電荷，並在闆間産生電壓。 電容量（Capacitance）： 衡量電容器存儲電荷能力的大小，單位是法拉（F）。C = Q/V。 特性： 在直流電路中，穩定狀態下電容器相當於開路。 電感器（Inductor）： 用於存儲磁能的元件。 基本原理： 導綫纏繞形成綫圈，當有電流通過時會産生磁場，並儲存能量。 電感量（Inductance）： 衡量電感器存儲磁場能量能力的大小，單位是亨利（H）。 特性： 在直流電路中，穩定狀態下電感器相當於短路。 4. 電路分析方法： 節點電壓法（Nodal Analysis）： 基於 KCL，選擇一個參考節點，列齣其他各節點的節點電壓方程，求解節點電壓，進而求齣各支路電流。 網孔電流法（Mesh Analysis）： 基於 KVL，設定網孔電流，列齣各網孔的電壓方程，求解網孔電流，進而求齣各支路電流。 疊加定理（Superposition Theorem）： 對於綫性電路，電路中任一點的響應（如電壓或電流）等於各獨立電源單獨作用時該點響應的代數和。 戴維南定理（Thevenin's Theorem）與諾頓定理（Norton's Theorem）： 將復雜的綫性電路簡化為一個等效的簡單電路（戴維南等效電路為一個串聯的電壓源和電阻；諾頓等效電路為一個並聯的電流源和電阻），方便分析。 三、 交流電路基礎 本章將介紹交流電路的基本概念、分析方法以及與直流電路的異同。 1. 正弦交流電： 産生： 由鏇轉的導體在磁場中切割磁力綫或交變磁通而産生。 數學描述： 瞬時值（Instantaneous Value）： 隨時間變化的數值，錶示為 u(t) = U_m sin(ωt + φ) 或 i(t) = I_m sin(ωt + φ)。 最大值（Peak Value）： 瞬時值的最大值，U_m, I_m。 角頻率（Angular Frequency）： ω = 2πf，單位是弧度/秒 (rad/s)。 頻率（Frequency）： 每秒鍾完成的周期數，f = 1/T，單位是赫茲（Hz）。 周期（Period）： 完成一個完整周期所需的時間，T。 初相位（Initial Phase）： t=0 時的相位角，φ。 有效值（RMS Value）： 交流電的等效值，使其在相同電阻上産生與同等直流電相同的熱效應。 電壓有效值： U = U_m / √2。 電流有效值： I = I_m / √2。 2. 相量（Phasor）： 概念： 將時域中的正弦量轉換為頻域中的復數，極大地簡化瞭交流電路的分析。 錶示： 幅值-相位形式： U = U∠φ，I = I∠φ。 直角坐標形式： U = U_real + jU_imag，I = I_real + jI_imag。 復阻抗（Complex Impedance）： 交流電路中，電壓和電流之間的復數比值，錶示元件對交流電的阻礙作用。 電阻（R）： Z_R = R (純電阻) 電感（L）： Z_L = jωL = ωL∠90° (感抗) 電容（C）： Z_C = 1/(jωC) = -j/(ωC) = (1/ωC)∠-90° (容抗) 3. 交流電路的元件特性： 電阻器： 在交流電路中，電阻值不變，電壓和電流同相。 電感器： 電流滯後於電壓 90°。 電容器： 電流超前於電壓 90°。 4. 交流電路的分析方法： 阻抗法： 將電路中的元件全部用其復阻抗錶示，然後利用與直流電路相似的分析方法（如歐姆定律、基爾霍夫定律、節點電壓法、網孔電流法）進行計算。 功率分析： 有功功率（Active Power）： 實際消耗並轉化為熱能、機械能等的功率，單位瓦特（W）。P = UI cosθ。 無功功率（Reactive Power）： 電感或電容元件中來迴交換的功率，不産生實際功，單位乏（var）。Q = UI sinθ。 視在功率（Apparent Power）： 電壓和電流有效值的乘積，單位伏安（VA）。S = UI。 功率因數（Power Factor）： 有功功率與視在功率之比，cosθ，反映瞭電能利用的效率。 5. 三相交流電： 産生： 由三個頻率相同、振幅相等但相位互差 120° 的正弦交流電動勢組成。 連接方式： 星形連接（Y）和三角形連接（Δ）。 優點： 輸電效率高，易於産生鏇轉磁場，可方便地實現電機正反轉。 四、 常用電子元器件（續） 在直流和交流電路的基礎上，本章將進一步介紹更多在實際電路中扮演重要角色的電子元器件。 1. 半導體二極管（Semiconductor Diode）： 基本結構： 由 P 型半導體和 N 型半導體結閤形成的 PN 結。 工作原理： 正嚮偏置： PN 結導通，有電流通過。 反嚮偏置： PN 結截止，幾乎無電流通過。 擊穿： 反嚮電壓過大時，PN 結被擊穿，反嚮電流急劇增大。 伏安特性麯綫： 描述二極管的電壓-電流關係。 應用： 整流、限幅、穩壓、開關等。 2. 三極管（Bipolar Junction Transistor - BJT）： 基本結構： 由三個半導體區域組成，分為 NPN 型和 PNP 型。 工作原理： 放大區： 基極電流（I_B）的微小變化引起集電極電流（I_C）的較大變化，實現電流放大。 飽和區： 集電極電流達到最大值，近似短路。 截止區： 基極電流為零，集電極電流也為零，近似開路。 重要參數： 電流放大係數（β）。 應用： 電流放大、開關電路。 3. 場效應管（Field-Effect Transistor - FET）： 基本結構： 利用電場效應控製導電溝道的導電性。有結型場效應管（JFET）和絕緣柵型場效應管（MOSFET）等。 工作原理： 源極和漏極之間的電流由柵極電壓控製。 優點： 輸入阻抗高，功耗低。 應用： 放大、開關、數模混閤電路等。 4. 集成電路（Integrated Circuit - IC）： 概念： 將多個晶體管、電阻、電容等元件集成在一塊小小的半導體芯片上，並形成一個完整的電路。 分類： 模擬集成電路： 用於處理連續變化的模擬信號（如運算放大器）。 數字集成電路： 用於處理離散的數字信號（如邏輯門、微處理器）。 優點： 體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、成本低。 應用： 幾乎所有現代電子設備的核心。 五、 簡單電路設計與分析實踐 本章將引導讀者將所學的理論知識應用於實際電路的分析和簡單的設計。 1. 直流電源的簡單應用： 分壓電路： 利用電阻串聯産生不同電壓。 濾波電路： 利用電容或電感對直流信號進行濾波，濾除紋波。 2. 基本放大電路： 三極管放大器： 介紹共射、共集、共基放大電路的基本結構和工作原理，分析其放大能力和輸入輸齣特性。 場效應管放大器： 介紹常用的 FET 放大電路。 3. 數字邏輯門電路初步： 基本邏輯門： 與門（AND）、或門（OR）、非門（NOT）。 組閤邏輯： 由基本邏輯門組閤實現的更復雜的邏輯功能。 應用舉例： 簡單的開關電路、報警電路等。 六、 結論 電子技術是一門博大精深的學科，本書僅是入門的起點。通過本教材的學習，讀者應該已經掌握瞭直流電路和交流電路的基本分析方法，熟悉瞭常用的電子元器件的工作原理和特性，並對集成電路有瞭初步的認識。 未來的學習方嚮可以包括： 更深入的電路分析與設計： 學習濾波器、振蕩器、電源電路、數模轉換器等。 數字邏輯與微控製器： 深入學習數字係統的設計與實現，掌握微控製器（MCU）的編程與應用。 信號與係統： 學習信號的傅裏葉變換、拉普拉斯變換等，為係統分析打下基礎。 嵌入式係統與物聯網： 將電子技術與軟件、通信技術相結閤，創造更智能化的産品。 希望本書能夠激發讀者對電子技術的興趣，並在未來的學習和實踐中不斷探索，發揮創造力，成為一名優秀的電子技術工程師。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和插圖設計簡直是業界良心！我買過太多那種掃描質量堪憂、電路圖模糊不清的教材，讓人查閱起來非常痛苦。這本書的紙張質量很好，油墨均勻，最關鍵的是那些時序圖和邏輯門電路圖，綫條乾淨利落，標注清晰，即便是復雜的時序約束圖，也能一眼看明白信號的上升沿和下降沿是如何相互影響的。我個人對學習過程中圖形信息的依賴度很高，這本書在這方麵的投入讓我覺得物超所值。例如，講解傳輸綫效應時，那種不同阻抗匹配情況下信號反射的仿真波形圖，比我過去看到的任何電子文檔都要直觀。它成功地讓一些原本枯燥的物理層概念，變得像觀看一部動畫片一樣引人入勝，極大地提升瞭我的學習效率和閱讀的愉悅感。

評分☆☆☆☆☆

這本關於數字電子技術的新書簡直是為我量身定做的！我一直覺得傳統的教材在講解像CMOS邏輯門這類基礎概念時，總是有種隔靴搔癢的感覺，講瞭原理，但實際應用和電路的優化設計卻常常一帶而過。這本書在這方麵做得極其齣色，作者對不同工藝下的器件特性分析得入木三分，特彆是關於亞閾值導通和動態功耗的權衡，簡直是教科書級彆的深度。我花瞭整整一個周末，把關於組閤邏輯電路優化的那幾章啃瞭下來，裏麵提齣的那種迭代優化算法，結閤實際的版圖布局考慮，讓我對如何設計齣高性能低功耗的電路有瞭全新的認識。書中的案例不僅貼近工業標準，而且數據詳實，很多地方甚至引用瞭最新的學術研究成果，這在同類教材中是很少見的。讀完之後，感覺自己對數字電路設計從“會做”提升到瞭“精通”的層次，那種豁然開朗的感覺，隻有真正沉浸在復雜邏輯的優雅結構中的人纔能體會到。

評分☆☆☆☆☆

我發現這本書在處理數字係統中的“不完美性”方麵做得尤為深入和坦誠。很多教材總是假設理想的開關和理想的信號傳輸，但現實世界的數字電路充滿瞭噪聲、時鍾漂移和串擾。這本書專門開闢瞭一個章節討論這些“灰色地帶”，比如如何設計對電源噪聲不敏感的觸發器，以及如何通過布綫技巧來最小化串擾對鄰近信號的影響。其中關於噪聲容限的計算和裕度分析，不僅僅停留在理論公式的羅列，而是結閤瞭 Monte Carlo 仿真方法，告訴我們如何在設計階段就預留齣足夠的安全餘量來應對工藝波動。這種強調工程健壯性的態度，讓我覺得作者不僅是位理論傢，更是一位經驗豐富的實踐者。對於任何希望設計齣能夠在真實世界中穩定運行的復雜係統的學習者而言，這本書提供的這種務實視角是極其寶貴的財富。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的整體感覺是“信息密度極高，但閱讀體驗齣奇地流暢”。很多技術書籍堆砌公式和晦澀的術語，讓人讀起來像啃石頭，但這本書的作者顯然在教學法上下瞭很大功夫。即便是涉及高速串行接口（如SerDes）的原理和時鍾數據恢復（CDR）這些復雜內容時，作者也總是能用非常形象的比喻或者巧妙的圖示來引導讀者，讓抽象的概念變得可視化。我記得有一章專門講瞭異步FIFO的設計，光是解決跨時鍾域的握手和毛刺問題，不同教材的講解方式韆差萬彆，而這本書給齣的那套基於格雷碼和雙寄存器的同步方案，講解得邏輯清晰、層次分明，特彆是對亞穩態的深入剖析，讓我這個在項目裏吃過虧的人拍案叫絕。總而言之，它不是那種讓你讀完後隻記住幾個概念的“速成寶典”，而是能真正構建起你對整個數字係統底層運作的堅實認知的基石。

評分☆☆☆☆☆

作為一名有多年經驗的硬件工程師，我通常對新齣的教材持保留態度，總覺得它們在深度上難以超越那些經典的老教材。然而，這本書在處理現代設計流程和工具鏈集成方麵，展現齣瞭令人信服的前瞻性。它沒有停留在理論推導，而是非常務實地討論瞭FPGA和ASIC設計流程中的關鍵節點，比如綜閤、布局布綫後延遲的估算模型，以及如何利用STA（靜態時序分析）來確保設計的魯棒性。我特彆欣賞它對低功耗設計方法學的介紹，其中關於時鍾門控和電源門控的策略對比分析，不僅給齣瞭電路實現圖，還量化瞭它們在不同場景下的能效比。這種將理論與工程實踐無縫對接的能力，使得這本書的實用價值遠超一般的學術參考書。對於想要從“會用EDA工具”升級到“理解工具為什麼這麼做”的工程師來說，這本書無疑是一劑強心針。