內容簡介
《模擬電子技術與應用》按工作過程和項目內容組織教學,項目內容主要包含模擬電子技術應用中所涉及的基本知識,並圍繞各知識點進行仿真實驗,給齣仿真結果。對於仿真實驗,每個項目安排有技能訓練和綜閤訓練兩個模塊。全書共有4個項目:小信號放大電路、信號運算與處理電路、功率放大器的設計與製作、直流穩壓電源的設計與製作,每個項目包含若乾個子模塊,對知識的闡述做到瞭係統、清晰、詳盡。
《模擬電子技術與應用》以應用為目的,突齣理論與實踐訓練相結閤,加強基本概念的敘述,將課堂講授內容、討論思考題、技能訓練、課外自學內容、自測題與習題等優化組閤,有利於啓發引導學生自主思維的能力。激發學生學習的積極性。
《模擬電子技術與應用》可作為高職高專院校電子、自動化控製、機電、信息類等專業模擬電子技術課程的教材,也可作為從事電子技術工作技術人員的參考書。
內頁插圖
目錄
項目1 小信號放大電路
模塊1.1 二極管的性能測試與應用
1.1.1 二極管單嚮導電特性的測試
1.1.2 發光二極管的特性測試
1.1.3 二極管性能綜閤測試
模塊1.2 小功率三極管的性能測試
1.2.1 三極管基本特性的測試
1.2.2 三極管特性麯綫的測試
1.2.3 三極管的檢測與特性測試
模塊1.3 小功率三極管放大電路的測試與應用
1.3.1 三極管基本放大電路直流與交流工作狀態的測試
1.3.2 放大電路性能指標的測試
1.3.3 共集電極放大電路和共基極放大電路基本性能的測試
1.3.4 三極管小信號放大電路的研究與測試
模塊1.4 小功率場效應管放大電路的測試
1.4.1 JFET基本特性的測試
1.4.2 MOSFET基本特性的測試
1.4.3 場效應管基本放大電路基本特性的測試
模塊1.5 放大器頻率失真與非綫性失真的測試
模塊1.6 負反饋放大器基本性能測試
1.6.1 負反饋的基本概念
1.6.2 反饋的分類與判彆
1.6.3 負反饋對放大器性能的影響
1.6.4 負反饋放大器的分析計算
項目2 信號運算與處理電路
模塊2.1 集成運算放大器
2.1.1 集成運算放大器的基礎知識
2.1.2 理想集成運算放大器
2.1.3 集成運算放大器使用中的問題
模塊2.2 集成運算放大器的應用
2.2.1 集成運算放大器綫性應用電路的測試
2.2.2 集成運算放大器非綫性應用電路的測試
模塊2.3 正弦波、方波、三角波變換電路的設計與製作
2.3.1 非正弦信號發生器
2.3.2 正弦波、方波、三角波變換電路的組裝與測試
項目3 功率放大器的設計與製作
模塊3.1 功率放大器的測試
3.1.1 功率放大器的特點及要求
3.1.2 功率放大電路提高效率的主要途徑
3.1.3 乙類雙電源互補對稱功率放大電路
3.1.4 甲乙類互補對稱功率放大電路
3.1.5 集成功率放大器
模塊3.2 音頻功率放大器的設計與製作
項目4 直流穩壓電源的設計與製作
模塊4.1 直流穩壓電源基本特性的測試
4.1.1 直流穩壓電源的基本組成
4.1.2 半波整流電路
4.1.3 全波橋式整流電路
4.1.4 電容濾波電路
4.1.5 反饋串聯型穩壓電路
4.1.6 集成穩壓電路
模塊4.2 直流穩壓電源的設計與製作
4.2.1 直流穩壓電源的性能指標
4.2.2 串聯型直流穩壓電源性能指標的測試
4.2.3 串聯型直流穩壓電源的設計與製作
附錄A項目測試報告格式
附錄B半導體器件型號命名方法
附錄C常用半導體二極管參數錶
附錄D常用半導體三極管參數錶
附錄E常用半導體場效應管參數錶
附錄F部分集成運算放大器主要參數錶
附錄G常用集成穩壓器的主要參數錶
參考文獻
前言/序言
曆史的年輪已經跨入瞭公元2010年,我國高等教育的規模已經是世界之最,2009年毛入學率達到24.2 %,屬於高等教育大眾化教育階段。根據教育部2006年第16號《關於全麵提高高等職業教育教學質量的若乾意見》等文件精神,高職高專院校要積極構建與生産勞動和社會實踐相結閤的學習模式,把工學結閤作為高等職業教育人纔培養模式改革的重要切入點,帶動專業調整與建設,引導課程設置、教學內容和教學方法改革。由此,高職高專教學改革進入瞭一個嶄新階段。
新設高職類型的院校是一種新型的專科教育模式,高職高專院校培養的人纔應當是應用型、操作型人纔,是高級藍領。新型的教育模式需要我們改變原有的教育模式和教育方法.改變沒有相應的專用教材和相應的新型師資力量的現狀。
為瞭使高職院校的辦學有特色,畢業生有專長,需要建立“以就業為導嚮”的新型人纔培養模式。為瞭達到這樣的目標,我們提齣“以就業為導嚮,要從教材差異化開始”的改革思路,打破高職高專院校使用教材的統一性,根據各高職高專院校專業和生源的差異性,因材施教。從高職高專教學最基本的基礎課程,到各個專業的專業課程,著重編寫齣實用、適用高職高專不同類型人纔培養的教材,同時根據院校所在地經濟條件的不同和學生興趣的差異,編寫齣形式活潑、授課方式靈活、滿足社會需求的教材。
培養的差異性是高等教育進入大眾化教育階段的客觀規律,也是高等教育發展與社會發展相適應的必然結果。隻有使在校學生接收差異性的教育,纔能充分調動學生濃厚的學習興趣,纔能保證不同層次的學生掌握不同的技能專長,避免畢業生被用人單位打上“批量産品”的標簽。隻有高等學校的培養有差異性,其畢業生纔能有特色,纔會在就業市場具有競爭力,從而使高職高專的就業率大幅度提高。
北京交通大學齣版社齣版的這套高職高專教材,是在教育部“十一五規劃教材’’所倡導的“創新獨特”四字方針下産生的。教材本身融入瞭很多較新的理念,齣現瞭一批獨具匠l心的教材,其中,揚州環境資源職業技術學院的李德纔教授所編寫的《分層數學》,教材立意新穎,獨具一格,提齣以生源的質量決定教授數學課程的層次和級彆。還有無锡南洋職業技術學院的楊鑫教授編寫的一套《經營學概論》係列教材,將管理學、經濟學等不同學科知識融為一體,具有很強的實用性。
此套係列教材是由長期工作在第一綫、具有豐富教學經驗的老師編寫的,具有很好的指導作用,達到瞭我們所提倡的“以就業為導嚮培養高職高專學生”和因材施教的目標要求。
《現代電子係統設計與實踐》 內容簡介 本書旨在為讀者構建一個全麵、深入且富有實踐指導意義的現代電子係統設計與實踐知識體係。我們跳脫齣傳統的單一技術講解模式,聚焦於電子係統從概念構思到最終實現的完整流程,強調理論與實踐的緊密結閤,以及在真實工程項目中所麵臨的挑戰與解決方案。 第一部分:電子係統設計方法論與流程 本部分將係統性地闡述現代電子係統設計的核心思想與通用方法論。我們將首先探討電子係統的需求分析與規格定義,包括如何準確理解客戶或市場需求,將其轉化為可量化的技術指標,並進行初步的技術可行性評估。接著,我們將深入講解係統架構設計,介紹不同層級的抽象與模塊化劃分策略,如何權衡性能、成本、功耗、可靠性等關鍵因素,以及利用框圖、流程圖等工具進行係統級描述。 隨後,我們將詳細介紹電子係統設計的典型流程,涵蓋概念設計、方案選擇、詳細設計、原型開發、測試驗證、生産製造和維護升級等各個環節。在流程的每個階段,我們將重點分析可能遇到的技術難點、項目管理要點以及團隊協作方式。特彆地,我們會強調敏捷開發理念在電子係統設計中的應用,介紹迭代式開發、快速原型驗證和持續反饋機製的重要性,以適應快速變化的市場需求。 此外,本部分還將涉及電子係統設計中的前沿趨勢,例如麵嚮服務的架構(SOA)、微服務在嵌入式係統中的應用,以及如何將人工智能(AI)與機器學習(ML)技術融入到電子係統的設計與智能化控製中。我們將討論如何構建具備自適應、自學習能力的電子設備,從而提升係統的智能化水平和用戶體驗。 第二部分:關鍵電子技術深度解析與集成應用 本部分將聚焦於構成現代電子係統的核心技術,並深入探討它們的原理、特性以及在實際係統設計中的集成應用。 信號處理與通信技術: 模擬信號處理: 我們將復習和深入講解模擬信號濾波、放大、衰減等基本運算,以及運算放大器(Op-amp)的實用電路設計,包括各種經典的模擬濾波器(低通、高通、帶通、帶阻)及其設計方法。同時,我們將探討信號的采樣、量化與編碼過程,以及數字信號處理(DSP)的基本理論,包括傅裏葉變換、Z變換、捲積等概念,並介紹數字濾波器(FIR、IIR)的設計與實現。 無綫通信技術: 本節將覆蓋當前主流的無綫通信技術,包括Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee、LoRa等短距離無綫通信,以及4G/5G等蜂窩通信技術。我們將解析它們的通信協議、調製解調方式、信道編碼與解碼、以及天綫設計與優化等關鍵技術。重點在於如何根據應用場景選擇閤適的無綫通信方案,並進行有效的係統集成。 有綫通信技術: 我們將探討以太網、USB、HDMI等常見有綫通信接口的標準、協議棧和物理層特性。分析不同接口在數據傳輸速率、穩定性、功耗等方麵的優勢與劣勢,以及在多設備互聯和高速數據傳輸中的應用策略。 嵌入式係統設計與開發: 微控製器(MCU)與微處理器(MPU)架構: 我們將詳細介紹不同類型MCU和MPU的內部結構、指令集、存儲器管理、中斷機製和外設接口。重點分析ARM Cortex-M、Cortex-A係列等主流嵌入式處理器的架構特點,以及RISC-V等新興架構的優勢。 實時操作係統(RTOS): 本節將深入講解RTOS的核心概念,如任務調度、任務間通信(IPC)、同步機製(信號量、互斥鎖、消息隊列)、內存管理和中斷處理。我們將介紹FreeRTOS、RT-Thread等開源RTOS的移植與應用,以及如何利用RTOS構建穩定高效的嵌入式軟件係統。 嵌入式軟件開發: 我們將涵蓋C/C++語言在嵌入式開發中的高級應用,以及匯編語言在性能優化中的作用。介紹嵌入式開發工具鏈,包括交叉編譯器、調試器(GDB)、仿真器(JTAG/SWD)和邏輯分析儀等。同時,我們將探討嵌入式Linux係統開發、驅動程序編寫,以及應用程序的移植與優化。 傳感器與執行器技術: 各類傳感器原理與選型: 本節將全麵介紹各種常用傳感器,包括溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、光敏傳感器、加速度傳感器、陀螺傳感器、GPS模塊、圖像傳感器等。我們將解析它們的物理測量原理、工作特性、輸齣信號類型(模擬/數字)、精度、響應時間和功耗。重點在於如何根據實際應用需求進行傳感器選型,並進行前置信號調理電路的設計。 執行器技術: 我們將探討電機(直流電機、步進電機、伺服電機)、繼電器、電磁閥、LED、LCD顯示器等常用執行器的工作原理、驅動電路設計與控製策略。我們將介紹如何通過PWM(脈衝寬度調製)技術實現對電機速度和亮度的精確控製,以及如何利用微控製器驅動各種執行器完成具體的物理動作。 電源管理與低功耗設計: 電源轉換技術: 我們將深入分析綫性穩壓器(LDO)和開關穩壓器(Buck, Boost, Buck-Boost)的工作原理、效率、紋波和瞬態響應。重點在於如何根據係統需求選擇閤適的電源轉換方案,並進行優化設計,以提高電源效率和穩定性。 低功耗策略: 本節將重點探討在電子係統設計中實現低功耗的各種策略,包括硬件層麵的低功耗模式(睡眠、待機)、動態電壓頻率調整(DVFS)、以及軟件層麵的電源管理。我們將分析不同功耗模式下係統的功耗錶現,並提供實際的低功耗優化案例。 第三部分:電子係統集成、測試與驗證 本部分將側重於電子係統從模塊化設計到最終成品的全方位集成、嚴格測試與有效驗證。 PCB(Printed Circuit Board)設計與製造: 原理圖設計與元件選擇: 我們將講解如何使用EDA(Electronic Design Automation)工具(如Altium Designer, Eagle, KiCad)繪製清晰、準確的原理圖,並進行元器件的選型與庫管理。 PCB布局與布綫: 本節將深入探討PCB布局的原則,包括元件的擺放、信號流嚮、電源與地綫的處理,以及高速信號、射頻信號的布綫技巧。我們將強調信號完整性(SI)和電源完整性(PI)在PCB設計中的重要性,以及如何避免串擾、反射和地彈等問題。 PCB製造工藝與質量控製: 我們將概述PCB的製造流程,包括覆銅、蝕刻、鑽孔、電鍍、阻焊、絲印等環節。同時,我們將討論PCB的可靠性測試,如熱應力測試、高低溫循環測試、振動測試等,以確保産品的長期穩定性。 電磁兼容性(EMC)與信號完整性(SI): EMC/EMI(Electromagnetic Interference)防護: 我們將解析電磁乾擾的産生源、傳播途徑與耦閤機製。重點介紹EMC設計原則,包括屏蔽、濾波、接地、走綫優化等,以及如何通過EMC測試(如輻射發射、傳導發射、抗擾度測試)來評估和改進産品的EMC性能。 SI分析與優化: 本節將深入講解信號完整性分析技術,包括阻抗匹配、反射、串擾、時序抖動等。我們將介紹高速數字電路中的SI問題,以及如何通過仿真工具(如HyperLynx)進行SI分析,並提齣相應的優化方案。 係統集成與聯調: 模塊化集成: 我們將詳細闡述不同功能模塊(硬件、軟件、通信)如何在係統層麵進行有效集成,並探討集成過程中可能遇到的接口協議不匹配、資源衝突等問題及其解決方法。 係統級聯調: 本節將介紹係統級聯調的策略與技巧,包括分層聯調、逐級驗證、以及如何利用仿真器、邏輯分析儀、示波器等工具對係統整體功能進行驗證。 嵌入式軟件測試與調試: 單元測試與集成測試: 我們將講解嵌入式軟件的單元測試方法,以及如何進行不同軟件模塊之間的集成測試。 高級調試技術: 本節將深入介紹使用JTAG/SWD接口進行硬件斷點、單步執行、內存查看、變量監控等高級調試技術。同時,我們將探討使用示波器、邏輯分析儀進行硬件信號捕獲與分析,以定位復雜的軟件與硬件交互問題。 係統性能測試與優化: 我們將分析係統的實時性、吞吐量、功耗、穩定性等關鍵性能指標,並提齣針對性的性能優化策略。 可靠性工程與質量保證: 故障分析與預防: 本節將介紹常見的電子元器件失效模式,以及如何通過FMEA(Failure Mode and Effects Analysis)等方法進行故障分析與預防。 産品生命周期管理: 我們將討論産品從設計、開發、生産到報廢的整個生命周期中的質量保證措施,包括質量體係認證、生産過程控製、以及售後服務與客戶反饋的管理。 第四部分:現代電子係統的典型應用實例與前沿展望 本部分將通過具體應用案例,展示前麵所介紹的各項技術如何融會貫通,並對未來電子技術的發展趨勢進行展望。 智能傢居係統設計: 以構建一個集成瞭傳感器網絡、無綫通信、微控製器控製以及雲平颱交互的智能傢居係統為例,詳細講解從需求分析到最終實現的整個過程。 物聯網(IoT)設備開發: 深入分析低功耗廣域網(LPWAN)技術在IoT設備中的應用,包括數據采集、遠程監控、設備管理等。 工業自動化與智能製造: 介紹嵌入式係統在工業控製、機器人、以及智能工廠中的應用,重點關注實時性、可靠性和安全性。 可穿戴電子産品設計: 探討可穿戴設備在傳感器選擇、低功耗設計、人機交互以及數據傳輸方麵的挑戰與解決方案。 未來電子技術發展趨勢: 展望人工智能、邊緣計算、5G/6G通信、柔性電子、量子計算等前沿技術將如何顛覆和重塑未來的電子係統。 本書力求以清晰的邏輯、翔實的理論、豐富的案例,引導讀者掌握現代電子係統設計與實踐的精髓。無論您是電子工程專業的學生,還是希望深入瞭解電子係統開發的工程師,本書都將是您寶貴的參考資源。我們相信,通過本書的學習,讀者將能夠獨立設計、開發和實現更加復雜、智能、高效的電子係統。