内容简介
《模拟电子技术与应用》按工作过程和项目内容组织教学,项目内容主要包含模拟电子技术应用中所涉及的基本知识,并围绕各知识点进行仿真实验,给出仿真结果。对于仿真实验,每个项目安排有技能训练和综合训练两个模块。全书共有4个项目:小信号放大电路、信号运算与处理电路、功率放大器的设计与制作、直流稳压电源的设计与制作,每个项目包含若干个子模块,对知识的阐述做到了系统、清晰、详尽。
《模拟电子技术与应用》以应用为目的,突出理论与实践训练相结合,加强基本概念的叙述,将课堂讲授内容、讨论思考题、技能训练、课外自学内容、自测题与习题等优化组合,有利于启发引导学生自主思维的能力。激发学生学习的积极性。
《模拟电子技术与应用》可作为高职高专院校电子、自动化控制、机电、信息类等专业模拟电子技术课程的教材,也可作为从事电子技术工作技术人员的参考书。
内页插图
目录
项目1 小信号放大电路
模块1.1 二极管的性能测试与应用
1.1.1 二极管单向导电特性的测试
1.1.2 发光二极管的特性测试
1.1.3 二极管性能综合测试
模块1.2 小功率三极管的性能测试
1.2.1 三极管基本特性的测试
1.2.2 三极管特性曲线的测试
1.2.3 三极管的检测与特性测试
模块1.3 小功率三极管放大电路的测试与应用
1.3.1 三极管基本放大电路直流与交流工作状态的测试
1.3.2 放大电路性能指标的测试
1.3.3 共集电极放大电路和共基极放大电路基本性能的测试
1.3.4 三极管小信号放大电路的研究与测试
模块1.4 小功率场效应管放大电路的测试
1.4.1 JFET基本特性的测试
1.4.2 MOSFET基本特性的测试
1.4.3 场效应管基本放大电路基本特性的测试
模块1.5 放大器频率失真与非线性失真的测试
模块1.6 负反馈放大器基本性能测试
1.6.1 负反馈的基本概念
1.6.2 反馈的分类与判别
1.6.3 负反馈对放大器性能的影响
1.6.4 负反馈放大器的分析计算
项目2 信号运算与处理电路
模块2.1 集成运算放大器
2.1.1 集成运算放大器的基础知识
2.1.2 理想集成运算放大器
2.1.3 集成运算放大器使用中的问题
模块2.2 集成运算放大器的应用
2.2.1 集成运算放大器线性应用电路的测试
2.2.2 集成运算放大器非线性应用电路的测试
模块2.3 正弦波、方波、三角波变换电路的设计与制作
2.3.1 非正弦信号发生器
2.3.2 正弦波、方波、三角波变换电路的组装与测试
项目3 功率放大器的设计与制作
模块3.1 功率放大器的测试
3.1.1 功率放大器的特点及要求
3.1.2 功率放大电路提高效率的主要途径
3.1.3 乙类双电源互补对称功率放大电路
3.1.4 甲乙类互补对称功率放大电路
3.1.5 集成功率放大器
模块3.2 音频功率放大器的设计与制作
项目4 直流稳压电源的设计与制作
模块4.1 直流稳压电源基本特性的测试
4.1.1 直流稳压电源的基本组成
4.1.2 半波整流电路
4.1.3 全波桥式整流电路
4.1.4 电容滤波电路
4.1.5 反馈串联型稳压电路
4.1.6 集成稳压电路
模块4.2 直流稳压电源的设计与制作
4.2.1 直流稳压电源的性能指标
4.2.2 串联型直流稳压电源性能指标的测试
4.2.3 串联型直流稳压电源的设计与制作
附录A项目测试报告格式
附录B半导体器件型号命名方法
附录C常用半导体二极管参数表
附录D常用半导体三极管参数表
附录E常用半导体场效应管参数表
附录F部分集成运算放大器主要参数表
附录G常用集成稳压器的主要参数表
参考文献
前言/序言
历史的年轮已经跨入了公元2010年,我国高等教育的规模已经是世界之最,2009年毛入学率达到24.2 %,属于高等教育大众化教育阶段。根据教育部2006年第16号《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》等文件精神,高职高专院校要积极构建与生产劳动和社会实践相结合的学习模式,把工学结合作为高等职业教育人才培养模式改革的重要切入点,带动专业调整与建设,引导课程设置、教学内容和教学方法改革。由此,高职高专教学改革进入了一个崭新阶段。
新设高职类型的院校是一种新型的专科教育模式,高职高专院校培养的人才应当是应用型、操作型人才,是高级蓝领。新型的教育模式需要我们改变原有的教育模式和教育方法.改变没有相应的专用教材和相应的新型师资力量的现状。
为了使高职院校的办学有特色,毕业生有专长,需要建立“以就业为导向”的新型人才培养模式。为了达到这样的目标,我们提出“以就业为导向,要从教材差异化开始”的改革思路,打破高职高专院校使用教材的统一性,根据各高职高专院校专业和生源的差异性,因材施教。从高职高专教学最基本的基础课程,到各个专业的专业课程,着重编写出实用、适用高职高专不同类型人才培养的教材,同时根据院校所在地经济条件的不同和学生兴趣的差异,编写出形式活泼、授课方式灵活、满足社会需求的教材。
培养的差异性是高等教育进入大众化教育阶段的客观规律,也是高等教育发展与社会发展相适应的必然结果。只有使在校学生接收差异性的教育,才能充分调动学生浓厚的学习兴趣,才能保证不同层次的学生掌握不同的技能专长,避免毕业生被用人单位打上“批量产品”的标签。只有高等学校的培养有差异性,其毕业生才能有特色,才会在就业市场具有竞争力,从而使高职高专的就业率大幅度提高。
北京交通大学出版社出版的这套高职高专教材,是在教育部“十一五规划教材’’所倡导的“创新独特”四字方针下产生的。教材本身融入了很多较新的理念,出现了一批独具匠l心的教材,其中,扬州环境资源职业技术学院的李德才教授所编写的《分层数学》,教材立意新颖,独具一格,提出以生源的质量决定教授数学课程的层次和级别。还有无锡南洋职业技术学院的杨鑫教授编写的一套《经营学概论》系列教材,将管理学、经济学等不同学科知识融为一体,具有很强的实用性。
此套系列教材是由长期工作在第一线、具有丰富教学经验的老师编写的,具有很好的指导作用,达到了我们所提倡的“以就业为导向培养高职高专学生”和因材施教的目标要求。
《现代电子系统设计与实践》 内容简介 本书旨在为读者构建一个全面、深入且富有实践指导意义的现代电子系统设计与实践知识体系。我们跳脱出传统的单一技术讲解模式,聚焦于电子系统从概念构思到最终实现的完整流程,强调理论与实践的紧密结合,以及在真实工程项目中所面临的挑战与解决方案。 第一部分:电子系统设计方法论与流程 本部分将系统性地阐述现代电子系统设计的核心思想与通用方法论。我们将首先探讨电子系统的需求分析与规格定义,包括如何准确理解客户或市场需求,将其转化为可量化的技术指标,并进行初步的技术可行性评估。接着,我们将深入讲解系统架构设计,介绍不同层级的抽象与模块化划分策略,如何权衡性能、成本、功耗、可靠性等关键因素,以及利用框图、流程图等工具进行系统级描述。 随后,我们将详细介绍电子系统设计的典型流程,涵盖概念设计、方案选择、详细设计、原型开发、测试验证、生产制造和维护升级等各个环节。在流程的每个阶段,我们将重点分析可能遇到的技术难点、项目管理要点以及团队协作方式。特别地,我们会强调敏捷开发理念在电子系统设计中的应用,介绍迭代式开发、快速原型验证和持续反馈机制的重要性,以适应快速变化的市场需求。 此外,本部分还将涉及电子系统设计中的前沿趋势,例如面向服务的架构(SOA)、微服务在嵌入式系统中的应用,以及如何将人工智能(AI)与机器学习(ML)技术融入到电子系统的设计与智能化控制中。我们将讨论如何构建具备自适应、自学习能力的电子设备,从而提升系统的智能化水平和用户体验。 第二部分:关键电子技术深度解析与集成应用 本部分将聚焦于构成现代电子系统的核心技术,并深入探讨它们的原理、特性以及在实际系统设计中的集成应用。 信号处理与通信技术: 模拟信号处理: 我们将复习和深入讲解模拟信号滤波、放大、衰减等基本运算,以及运算放大器(Op-amp)的实用电路设计,包括各种经典的模拟滤波器(低通、高通、带通、带阻)及其设计方法。同时,我们将探讨信号的采样、量化与编码过程,以及数字信号处理(DSP)的基本理论,包括傅里叶变换、Z变换、卷积等概念,并介绍数字滤波器(FIR、IIR)的设计与实现。 无线通信技术: 本节将覆盖当前主流的无线通信技术,包括Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee、LoRa等短距离无线通信,以及4G/5G等蜂窝通信技术。我们将解析它们的通信协议、调制解调方式、信道编码与解码、以及天线设计与优化等关键技术。重点在于如何根据应用场景选择合适的无线通信方案,并进行有效的系统集成。 有线通信技术: 我们将探讨以太网、USB、HDMI等常见有线通信接口的标准、协议栈和物理层特性。分析不同接口在数据传输速率、稳定性、功耗等方面的优势与劣势,以及在多设备互联和高速数据传输中的应用策略。 嵌入式系统设计与开发: 微控制器(MCU)与微处理器(MPU)架构: 我们将详细介绍不同类型MCU和MPU的内部结构、指令集、存储器管理、中断机制和外设接口。重点分析ARM Cortex-M、Cortex-A系列等主流嵌入式处理器的架构特点,以及RISC-V等新兴架构的优势。 实时操作系统(RTOS): 本节将深入讲解RTOS的核心概念,如任务调度、任务间通信(IPC)、同步机制(信号量、互斥锁、消息队列)、内存管理和中断处理。我们将介绍FreeRTOS、RT-Thread等开源RTOS的移植与应用,以及如何利用RTOS构建稳定高效的嵌入式软件系统。 嵌入式软件开发: 我们将涵盖C/C++语言在嵌入式开发中的高级应用,以及汇编语言在性能优化中的作用。介绍嵌入式开发工具链,包括交叉编译器、调试器(GDB)、仿真器(JTAG/SWD)和逻辑分析仪等。同时,我们将探讨嵌入式Linux系统开发、驱动程序编写,以及应用程序的移植与优化。 传感器与执行器技术: 各类传感器原理与选型: 本节将全面介绍各种常用传感器,包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光敏传感器、加速度传感器、陀螺传感器、GPS模块、图像传感器等。我们将解析它们的物理测量原理、工作特性、输出信号类型(模拟/数字)、精度、响应时间和功耗。重点在于如何根据实际应用需求进行传感器选型,并进行前置信号调理电路的设计。 执行器技术: 我们将探讨电机(直流电机、步进电机、伺服电机)、继电器、电磁阀、LED、LCD显示器等常用执行器的工作原理、驱动电路设计与控制策略。我们将介绍如何通过PWM(脉冲宽度调制)技术实现对电机速度和亮度的精确控制,以及如何利用微控制器驱动各种执行器完成具体的物理动作。 电源管理与低功耗设计: 电源转换技术: 我们将深入分析线性稳压器(LDO)和开关稳压器(Buck, Boost, Buck-Boost)的工作原理、效率、纹波和瞬态响应。重点在于如何根据系统需求选择合适的电源转换方案,并进行优化设计,以提高电源效率和稳定性。 低功耗策略: 本节将重点探讨在电子系统设计中实现低功耗的各种策略,包括硬件层面的低功耗模式(睡眠、待机)、动态电压频率调整(DVFS)、以及软件层面的电源管理。我们将分析不同功耗模式下系统的功耗表现,并提供实际的低功耗优化案例。 第三部分:电子系统集成、测试与验证 本部分将侧重于电子系统从模块化设计到最终成品的全方位集成、严格测试与有效验证。 PCB(Printed Circuit Board)设计与制造: 原理图设计与元件选择: 我们将讲解如何使用EDA(Electronic Design Automation)工具(如Altium Designer, Eagle, KiCad)绘制清晰、准确的原理图,并进行元器件的选型与库管理。 PCB布局与布线: 本节将深入探讨PCB布局的原则,包括元件的摆放、信号流向、电源与地线的处理,以及高速信号、射频信号的布线技巧。我们将强调信号完整性(SI)和电源完整性(PI)在PCB设计中的重要性,以及如何避免串扰、反射和地弹等问题。 PCB制造工艺与质量控制: 我们将概述PCB的制造流程,包括覆铜、蚀刻、钻孔、电镀、阻焊、丝印等环节。同时,我们将讨论PCB的可靠性测试,如热应力测试、高低温循环测试、振动测试等,以确保产品的长期稳定性。 电磁兼容性(EMC)与信号完整性(SI): EMC/EMI(Electromagnetic Interference)防护: 我们将解析电磁干扰的产生源、传播途径与耦合机制。重点介绍EMC设计原则,包括屏蔽、滤波、接地、走线优化等,以及如何通过EMC测试(如辐射发射、传导发射、抗扰度测试)来评估和改进产品的EMC性能。 SI分析与优化: 本节将深入讲解信号完整性分析技术,包括阻抗匹配、反射、串扰、时序抖动等。我们将介绍高速数字电路中的SI问题,以及如何通过仿真工具(如HyperLynx)进行SI分析,并提出相应的优化方案。 系统集成与联调: 模块化集成: 我们将详细阐述不同功能模块(硬件、软件、通信)如何在系统层面进行有效集成,并探讨集成过程中可能遇到的接口协议不匹配、资源冲突等问题及其解决方法。 系统级联调: 本节将介绍系统级联调的策略与技巧,包括分层联调、逐级验证、以及如何利用仿真器、逻辑分析仪、示波器等工具对系统整体功能进行验证。 嵌入式软件测试与调试: 单元测试与集成测试: 我们将讲解嵌入式软件的单元测试方法,以及如何进行不同软件模块之间的集成测试。 高级调试技术: 本节将深入介绍使用JTAG/SWD接口进行硬件断点、单步执行、内存查看、变量监控等高级调试技术。同时,我们将探讨使用示波器、逻辑分析仪进行硬件信号捕获与分析,以定位复杂的软件与硬件交互问题。 系统性能测试与优化: 我们将分析系统的实时性、吞吐量、功耗、稳定性等关键性能指标,并提出针对性的性能优化策略。 可靠性工程与质量保证: 故障分析与预防: 本节将介绍常见的电子元器件失效模式,以及如何通过FMEA(Failure Mode and Effects Analysis)等方法进行故障分析与预防。 产品生命周期管理: 我们将讨论产品从设计、开发、生产到报废的整个生命周期中的质量保证措施,包括质量体系认证、生产过程控制、以及售后服务与客户反馈的管理。 第四部分:现代电子系统的典型应用实例与前沿展望 本部分将通过具体应用案例,展示前面所介绍的各项技术如何融会贯通,并对未来电子技术的发展趋势进行展望。 智能家居系统设计: 以构建一个集成了传感器网络、无线通信、微控制器控制以及云平台交互的智能家居系统为例,详细讲解从需求分析到最终实现的整个过程。 物联网(IoT)设备开发: 深入分析低功耗广域网(LPWAN)技术在IoT设备中的应用,包括数据采集、远程监控、设备管理等。 工业自动化与智能制造: 介绍嵌入式系统在工业控制、机器人、以及智能工厂中的应用,重点关注实时性、可靠性和安全性。 可穿戴电子产品设计: 探讨可穿戴设备在传感器选择、低功耗设计、人机交互以及数据传输方面的挑战与解决方案。 未来电子技术发展趋势: 展望人工智能、边缘计算、5G/6G通信、柔性电子、量子计算等前沿技术将如何颠覆和重塑未来的电子系统。 本书力求以清晰的逻辑、翔实的理论、丰富的案例,引导读者掌握现代电子系统设计与实践的精髓。无论您是电子工程专业的学生,还是希望深入了解电子系统开发的工程师,本书都将是您宝贵的参考资源。我们相信,通过本书的学习,读者将能够独立设计、开发和实现更加复杂、智能、高效的电子系统。