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內容簡介
《普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材修訂版:模擬電子技術基礎(第3版)》由普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材(高職高專教育)《模擬電子技術基礎》(第2版)修訂而成。全書共分7章:半導體二級管及其應用、半導體三極管及其應用、集成運算器基礎及負反饋電路、集成運算放大器的應用功率放大電路、信號産生電路、直流穩壓電源。
在修訂過程中,以培養電子技術應用能力為主綫,本著“降低難度、培養能力、加強創新、突齣應用”的原則,在“淺”、“用”、“新”上下工夫,突齣集成電路應用和光電子器件應用,以實用産品帶領,講解通俗易懂,加強創新思維和創新意識培養。
《普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材修訂版:模擬電子技術基礎(第3版)》可作為高等職業技術院校、高等專科學校、成人高校及民辦高校電類專業“模擬電子技術基礎”課程的教材,也可供從事電子技術工作的工程技術人員參考。
內頁插圖
目錄
本書常任符號錶
緒論
第一章半導體二極管及其應用
教學目標
引言
1.1.2 二極管的結構、類型、電路符號
1.1.3 二極管的單嚮導電性及伏安特性
1.1.4 溫度對二極管特性的影響
1.1.5 二極管的主要參數
1.1.6 二極管引腳識彆及性能簡易測試
1.1.7 二極管的應用
1.2 特種二極管
1.2.1 穩壓二極管
1.2.2 變容二極管
1.2.3 肖特基二極管
1.2.4 快速恢復二極管
1.2.5 發光二極管及其應用
1.2.6 光電二極管及其應用
1.2.7 SMT與微型二極管簡介
1.3 二極管整流電路
1.3.1 單相半波整流電路
1.3.2 單相全波整流電路
1.3.3 單相橋式整流電路
1.4 濾波電路
1.4.1 電容濾波電路
1.4.2 電感電容濾波電路
1.4.3 RC-л形濾波電路
1.4.4 整流濾波電路應用及其故障分析
引言案例分析LED充電式手電筒電路分析
本章小結
自我檢測題
習題
第2章 半導體三極管及其應用
教學目標
引言
2.1 晶體管與光電三極管
2.1.1 晶體管的結構、圖形符號及分類
2.1.2 晶體管的電流放大作用
2.1.3 晶體管的輸入、輸齣伏安特性
2.1.4 晶體管的主要參數及其選用
2.1.5 晶體管的管腳判彆與性能粗測
2.1.6 微型晶體管簡介
2.1.7 光電三極管及其應用
2.2 共射基本放大電路
2.2.1放大電路的基本要求及主要性能指標
2.2.2共射基本放大電路的組成及工作原理
2.2.3 直流通路與交流通路
2.2.4 共射基本放大電路的靜態工作點
2.3 晶體管開關電路與恒流源電路
2. 3.1 晶體管開關電路
2.3.2. 恒流源電路及其應用
2.4 分壓式工作點穩定電路
2.4.1 溫度對靜態工作點的影響
2.4.2 分壓式工作點穩定電路的組成
2.4.3 分壓式工作點穩定電路的工作原理
2.5 分立元件放大電路的分析方法
2. 5.1 放大電路的圖解分析
2.5.2 微變等效電路分析法
2.6 共集電路與共基電路
2.6.1 共集電路的組成、工作原理及其應用
2.6.2 共基電路
2.7 場效應晶體管及其放大電路
……
附錄A
附錄B 模擬電子報警器的應用與課程綜閤實訓
附錄C 創新教學案例梗概
本書部分習題參考答案
參考文獻
精彩書摘
第1章 半導體二極管及其應用
1.1 半導體二極管
1.1.1 半導體與PN結、二極管基礎知識
1.半導體導電性能介於導體和絕緣體之間的物質為半導體 (semiconductor)。常用的半導體材料有四價元素矽( Si)、鍺(Ge)、硒(Se)和砷化鎵(GaAs)及其他金屬氧化物和硫化物等。半導體一般呈晶體結構。
2.本徵半導體
純淨的不含任何雜質晶體結構排列整齊的半導體稱為本徵半導體(Intrinsic semiconduc-tor)。本徵半導體的最外層電子(稱為價電子valent electron)除受到原子核吸引外,還受到共價鍵( covalent bond)的束縛,因而它的導電能力差。
二、半導體特性
1.熱敏特性
半導體具有熱敏特性,當溫度升高,半導體材料的導電能力顯著增強。這是由於價電子從熱能中獲得能量,掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子(free electron)。這時,在共價鍵結構中留下相同數量的空位。每個原子失去價電子後,變成帶正電荷的離子。從等效觀點來看,每個空位相當於帶一個電子電荷量的正電荷,稱之為空穴(hole)。在半導體中,空穴也參與導電。其導電實質是在電場作用下相鄰共價鍵中的價電子填補瞭空穴而産生新的空穴,新的空穴又被其相鄰的價電子填補,這個過程持續下去,就相當於帶正電荷空穴在移動。共價鍵結構與空穴産生示意圖如圖1.1.1 所示。熱激發使電子、空穴成對産生。當溫度下降時,半導體材料的導電能力顯著下降。利用半導體對溫度十分敏感的特性,製成瞭工業自動控製裝置中常用的熱敏電阻。
2.光敏特性
某些半導體受到光照時,半導體就像導體一樣,導電能力很強,當沒有光綫照射時,就像絕緣體一樣不導電,這種特性稱為“光敏”特性。光照強度越強,半導體的導電性能越好。這是由於價電子從光綫中獲得能量,掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子,每個原子失去價電子後,成為正離子,光照使電子、空穴成對産生,導電能力增強。利用光敏特性可製成光敏電阻、光電二極管、光電三極管和光電池等光電器件。
3.摻雜特性
本徵半導體的導電能力差,但是在本徵半導體中摻人某種微量元素(雜質)後,它的導電能力可增加幾十萬甚至幾百萬倍。因為摻雜的雜質數量雖少,但原子數卻很多。如果在四價的本徵半導體(矽)中摻入微量三價元素(硼),就形成瞭P型半導體( P-type semiconductor)。
……
《模擬電子技術基礎(第3版)/普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材修訂版》—— 探索模擬世界的基石與脈絡 在信息浪潮席捲全球的時代,雖然數字技術日新月異,但模擬電子技術作為電子工程領域中最基礎、最核心的學科之一,其重要性從未減弱,反而愈發凸顯。無論是精密的傳感器信號采集,還是高保真度的音頻視頻處理,亦或是穩定可靠的電源管理,無不依賴於對模擬信號的深入理解和精準控製。本書《模擬電子技術基礎(第3版)》正是為助力讀者構建堅實的模擬電子技術知識體係而精心編撰,它不僅是普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材的修訂版,更是一扇引領讀者進入精彩紛呈的模擬世界的大門。 本書內容豐富、體係完整,從最基礎的半導體器件原理入手,逐步深入到放大電路、信號發生與處理電路、集成運放應用、反饋控製係統以及電源技術等關鍵領域。每一個章節都力求概念清晰、原理透徹、例證豐富,旨在培養讀者紮實的理論功底和良好的工程實踐能力。 第一章 緒論:開啓模擬電路之旅 在本書的開篇,我們首先會帶領讀者迴顧電子技術的發展曆程,理解模擬電子在整個電子科學技術體係中的地位和作用。我們會簡要介紹模擬信號與數字信號的本質區彆,以及在現代電子係統中模擬電路依然扮演著不可或缺的角色。通過對基本電路元件(電阻、電容、電感)的性質和作用的初步介紹,為後續深入的學習打下堅實基礎。本章旨在激發讀者對模擬電子技術學習的興趣,建立初步的認識框架。 第二章 半導體二極管:開啓電子世界的“門” 二極管是半導體器件中最基本的一種,也是構成復雜電子電路的基石。本章將詳細闡述半導體材料的導電機製,介紹PN結的形成及其單嚮導電性。通過對各種二極管(如普通二極管、穩壓二極管、發光二極管、光電二極管等)的伏安特性麯綫、等效電路以及主要參數的深入分析,讀者將能夠理解二極管在整流、穩壓、信號指示等方麵的應用。我們將通過具體的電路實例,展示二極管如何實現信號的單嚮傳輸和電壓的穩定,為理解更復雜的半導體器件奠定理論基礎。 第三章 雙極型三極管(BJT):模擬電路的“放大器” 晶體管(BJT)是電子技術中最重要的放大器件之一。本章將深入剖析BJT的結構、工作原理,包括共發射極、共集電極和共基極三種基本組態的特性。我們將詳細講解BJT的靜態工作點分析,以及如何通過偏置電路來穩定靜態工作點,這是實現穩定放大功能的前提。隨後,我們將進入動態分析,重點研究在小信號作用下的放大電路,包括電壓放大率、電流放大率、輸入電阻和輸齣電阻等關鍵參數的計算與分析。此外,本章還將介紹BJT的多級放大電路,以及耦閤方式對電路性能的影響,例如直接耦閤、阻容耦閤和變壓器耦閤。通過本章的學習,讀者將能夠深刻理解BJT作為放大器的工作原理,並掌握設計和分析BJT放大電路的基本方法。 第四章 場效應管(FET):另一類重要的放大器件 與BJT一樣,場效應管(FET)也是電子電路中廣泛應用的放大器件。本章將介紹不同類型的場效應管,包括結型場效應管(JFET)和絕緣柵型場效應管(MOSFET),特彆是MOSFET的NMOS和PMOS。我們將詳細分析它們的結構、工作原理、輸齣特性麯綫以及跨導等重要參數。與BJT類似,本章也將深入探討FET放大電路的靜態工作點設置、小信號動態分析以及幾種基本組態的放大電路。與BJT的分析相比,FET具有輸入阻抗高、噪聲小等優點,在本章中我們將重點突齣其應用特點。同時,本章也會介紹FET在開關電路中的應用,以及與BJT的比較,幫助讀者根據實際需求選擇閤適的器件。 第五章 放大電路的頻率響應:讓信號“忠實”傳遞 在實際應用中,電路對不同頻率信號的處理能力至關重要。本章將深入研究放大電路的頻率響應特性。我們將分析高頻、低頻和中頻段對放大電路性能的影響,並介紹影響頻率響應的主要因素,如器件本身的極點和零點、耦閤電容和旁路電容的容抗作用、以及晶體管的結電容等。通過對 Bode 圖的講解,讀者將能夠直觀地理解放大電路的通頻帶、截止頻率以及增益隨頻率的變化規律。本章還將介紹改善放大電路頻率響應的各種方法,如采用補償電路等,以保證信號在傳輸過程中的保真度。 第六章 信號發生器與波形整形電路:創造與改造信號 電子係統往往需要産生特定形狀的信號,或對現有信號進行特定方式的處理。本章將重點介紹幾種常用的信號發生電路,包括利用RC、LC振蕩器産生正弦波的原理和電路設計,以及多諧振蕩器、單穩態觸發器和施密特觸發器等産生方波、脈衝信號的電路。我們將深入分析這些電路的工作原理、設計方法以及影響輸齣波形的因素。此外,本章還將介紹波形整形電路,例如削波電路、鉗位電路和包絡檢波電路,它們能夠有效地對信號進行幅度限製、直流分量恢復等操作,為後續的信號處理提供基礎。 第七章 集成運算放大器(Op-Amp)及其應用:萬能的“模擬積木” 集成運算放大器(Op-Amp)是現代模擬電路設計中最為重要的核心器件之一。本章將首先介紹Op-Amp的內部結構、理想和實際參數,以及其差分放大、共模抑製等關鍵特性。隨後,我們將詳細闡述Op-Amp在多種基本應用電路中的原理,例如反相比例器、同相比例器、加法器、減法器、積分器、微分器等。這些電路以其結構簡潔、性能優越而被廣泛應用於信號的運算、濾波、信號調理等領域。通過本章的學習,讀者將深刻認識到Op-Amp作為一種“模擬積木”,如何通過靈活的外部電路連接,實現各種復雜的功能。 第八章 濾波電路:精選信號,屏蔽乾擾 在信號傳輸和處理過程中,常常需要濾除不希望齣現的乾擾信號,提取有用的特定頻率成分。本章將係統介紹各種類型的濾波電路,包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。我們將從基本概念齣發,介紹RC濾波器、RL濾波器以及有源濾波器(利用Op-Amp構建)的結構和工作原理。重點分析不同濾波器的頻率響應特性,如通帶、阻帶、截止頻率以及品質因數等。本章還將探討濾波器設計中的一些進階概念,如巴特沃斯、切比雪夫等逼近特性,幫助讀者根據實際的性能要求選擇或設計閤適的濾波器。 第九章 反饋與振蕩:構建穩定與循環 反饋是電子電路中一個極其重要的概念,它能夠改變電路的增益、帶寬、輸入輸齣阻抗和穩定性。本章將詳細闡述負反饋和正反饋的原理及其對電路性能的影響。我們將深入分析負反饋如何提高電路的穩定性、降低失真,並介紹四種基本的負反饋組態(電壓並聯、電壓串聯、電流並聯、電流串聯)。正反饋則是産生振蕩的基礎,本章將重點介紹振蕩電路的工作原理,包括振蕩的起振條件(巴剋豪森判據)和維持振蕩的條件。我們將解析多種經典的振蕩電路,如RC移相振蕩器、 Wien橋振蕩器、LC諧振振蕩器(如哈特萊振蕩器、科勒皮茲振蕩器)以及晶體振蕩器,並分析它們各自的優缺點和應用場景。 第十章 功放電路:放大信號的“力量” 在許多應用中,需要將微弱的信號放大到足以驅動負載的程度。本章將重點介紹各種類型的功率放大電路。我們將首先分析甲類、乙類、甲乙類和丙類放大電路的特點,以及它們在效率和失真方麵的權衡。隨後,我們將深入講解各種經典的功率放大電路,如單端甲類放大電路、推挽放大電路、互補對稱式放大電路(OCL)等。本章還將關注功率放大電路的性能指標,如功率增益、效率、失真度和散熱問題,並介紹相應的改善方法。 第十一章 直流穩壓電源:穩定電壓的“守護者” 穩定的直流電源是幾乎所有電子設備正常工作的先決條件。本章將係統介紹直流穩壓電源的設計與工作原理。我們將從整流電路(半波、全波、橋式整流)入手,分析它們的效率和紋波係數。接著,介紹濾波電路(電感濾波、電容濾波)的作用,以及如何減小整流後的紋波。重點將放在穩壓電路的設計,包括基於穩壓二極管的簡單穩壓電路,以及更常用的串聯型和開關型穩壓集成電路。我們將深入分析這些穩壓電路的穩壓原理、性能指標(穩壓係數、內阻、效率)和應用局限性,幫助讀者理解如何構建穩定可靠的直流電源。 總結 《模擬電子技術基礎(第3版)》不僅僅是一本教材,它更是每一位有誌於深入理解電子世界奧秘的工程師、研究者和愛好者的必備參考。本書通過循序漸進的講解、嚴謹的理論推導和豐富的工程實例,力求為讀者搭建一個堅實可靠的模擬電子技術知識框架。掌握本書內容,意味著掌握瞭電子信號的“語言”,能夠理解並設計那些支撐現代科技發展的關鍵電路。無論是從事通信、控製、醫療、儀器儀錶,還是消費電子等領域,紮實的模擬電子技術功底都將是您脫穎而齣的關鍵。我們相信,通過認真研讀本書,您將能夠自信地駕馭模擬電路,解決實際工程問題,並在電子技術領域不斷探索與創新。