内容简介
本书本书共11章,分别是:数字逻辑概论,逻辑代数与硬件描述语言基础,逻辑门电路,组合逻辑电路,锁存器和触发器,时序逻辑电路,半导体存储器,CPLD和FPGA,脉冲波形的变换与产生,数模与模数转换器,数字系统设计基础。附录中列出EDA工具QuartusⅡ9.0简介,电气简图用图形符号——二进制逻辑单元(GB/T 4728.12—1996)简介,常用逻辑符号对照表。
作者简介
康华光,1925年8月出生于湖南衡山,现为华中科技大学教授、博士生导师。长期从事电子技术教学与生物医学工程研究。康华光教授1951年毕业于武汉大学电机工程学系并留校任教。1953年院系调整到华中科技大学(原华中工学院)工作至今。现任中国电子学会生物医学电子学分会委员。曾任国家教委高校工科电工课程教学指导委员会副主任兼电子技术课程教学指导小组组长。由康华光主编的《电子技术基础》(模拟、数字部分);第1、2、3、4版(高等教育出版社,1979、1982、1988、1999年)曾先后于1988、1992、1996、2002年荣获四次奖励,含优秀教材奖、优秀教材特等奖、科技进步二等奖和优秀教材一等奖。主持研究的“优化电子技术基础课程建设”项目获1989年优秀教学研究成果奖。在科研方面,康华光教授主要从事交叉学科的研究,如生物医学信息的检测与分析以及细胞电生理研究。建立了国内个具有国际先进水平的细胞信使实验室。主持了多项科研课题,开展国内、国际交流与合作,成绩卓著。培养了博士、硕士生40余名。发表了多篇学术论文和专著《膜片钳技术及其应用》(科学出版社,2002年)。
内页插图
目录
1 数字逻辑概论
1.1 数字信号与数字电路
1.1.1 数字技术的发展及其应用
1.1.2 数字集成电路的分类及特点
1.1.3 模拟信号和数字信号
1.1.4 数字信号的描述方法
1.2 数制
1.2.1 十进制
1.2.2 二进制
1.2.3 十一二进制之间的转换
1.2.4 十六进制和八进制
1.3 二进制数的算术运算
1.3.1 无符号二进制数的算术运算
1.3.2 带符号二进制数的减法运算
1.4 二进制代码
1.4.1 二-十进制码
1.4.2 格雷码
1.4.3 ASCⅡ码
1.5 二值逻辑变量与基本逻辑运算
1.6 逻辑函数及其表示方法
1.6.1 逻辑函数的几种表示方法
1.6.2 逻辑函数表示方法之间的转换
小结
习题
2 逻辑代数与硬件描述语言基础
2.1 逻辑代数的基本定律和规则
2.1.1 逻辑代数的基本定律和恒等式
2.1.2 逻辑代数的基本规则
2.2 逻辑函数表达式的形式
2.2.1 逻辑函数表达式的基本形式
2.2.2 最小项与最小项表达式
2.2.3 最大项与最大项表达式
2.3 逻辑函数的代数化简法
2.3.1 逻辑函数的最简形式
2.3.2 逻辑函数的代数化简法
2.4 逻辑函数的卡诺图化简法
2.4.1 用卡诺图表示逻辑函数
2.4.2 用卡诺图化简逻辑函数
2.5 硬件描述语言Verilog HDL基础
2.5.1 Verilog语言的基本语法规则
2.5.2 变量的数据类型
2.5.3 运算符及其优先级
2.5.4 Verilog内部的基本门级元件
2.5.5 Verilog程序的基本结构
2.5.6 逻辑功能的仿真与测试
小结
习题
3 逻辑门电路
3.1 逻辑门电路简介
3.1.1 各种逻辑门电路系列简介
3.1.2 开关电路
3.2 基本CMOS逻辑门电路
3.2.1 MOS管及其开关特性
3.2.2 CMOS反相器
3.2.3 其他基本CMOS逻辑门电路
3.2.4 CMOS传输门
3.3 CMOS逻辑门电路的不同输出结构及参数
3.3.1 CMOS逻辑门的保护和缓冲电路
3.3.2 CMOS漏极开路门和三态输出门电路
3.3.3 CMOS逻辑门电路的重要技术参数
3.4 类NMOS和BiCMOS逻辑门电路
3.4.1 类NMOS门电路
3.4.2 BiCMOS门电路
3.5 TTL逻辑门电路
3.5.1 BJT的开关特性
3.5.2 TTL反相器的基本电路
3.5.3 改进型TTL门电路——抗饱和TTL门电路
3.5.4 TTL系列门电路特性参数比较
3.6 ECL逻辑门电路
3.7 逻辑描述中的几个问题
3.7.1 正负逻辑问题
3.7.2 基本逻辑门的等效符号及其应用
3.8 逻辑门电路使用中的几个实际问题
3.8.1 各系列逻辑门电路之间的接口问题
3.8.2 逻辑门电路驱动其他负载时的接口
3.8.3 抗干扰措施
3.8.4 CMOS通用逻辑电路中的小尺寸逻辑和宽总线系列
3.9 用Verilog HDL描述CMOS门电路
3.9.1 CMOS门电路的Verilog建模
3.9.2 CMOS传输门电路的Verilog建模
小结
习题
4 组合逻辑电路
4.1 组合逻辑电路的分析
4.1.1 组合逻辑电路的定义
4.1.2 组合逻辑电路的分析方法
4.2 组合逻辑电路的设计
4.2.1 组合逻辑电路的设计过程
4.2.2 组合逻辑电路的优化实现
4.3 组合逻辑电路中的竞争-冒险
4.3.1 产生竞争-冒险的原因
4.3.2 消去竞争-冒险的方法
4.4 若干典型的组合逻辑电路
4.4.1 编码器
4.4.2 译码器/数据分配器
4.4.3 数据选择器
4.4.4 数值比较器
4.4.5 算术运算电路
4.5 组合可编程逻辑器件
4.5.1 PLD的结构、表示方法及分类
4.5.2 组合逻辑电路的PLD实现
4.6 用Verilog HDL描述组合逻辑电路
4.6.1 组合逻辑电路的行为级建模
4.6.2 分模块、分层次的电路设计
小结
习题
5 锁存器和触发器
5.1 基本双稳态电路
5.2 SR锁存器
5.2.1 基本SR锁存器
5.2.2 门控SR锁存器
5.3 D锁存器
5.3.1 D锁存器的电路结构
5.3.2 典型的D锁存器集成电路
5.3.3 D锁存器的动态特性
5.4 触发器的电路结构和工作原理
5.4.1 主从D触发器的电路结构和工作原理
5.4.2 典型的主从D触发器集成电路
5.4.3 主从D触发器的动态特性
5.4.4 其他电路结构的触发器
5.5 触发器的逻辑功能
5.5.1 D触发器
5.5.2 JK触发器
5.5.3 T触发器
5.5.4 SR触发器
5.5.5 D触发器逻辑功能的转换
5.6 用Verilog HDL描述锁存器和触发器
5.6.1 时序逻辑电路建模基础
5.6.2 锁存器和触发器的Verilog建模实例
小结
习题
6 时序逻辑电路
6.1 时序逻辑电路的基本概念
6.1.1 时序逻辑电路的基本结构与分类
6.1.2 时序逻辑电路功能的表达
6.2 同步时序逻辑电路的分析
6.2.1 分析同步时序逻辑电路的一般步骤
6.2.2 同步时序逻辑电路分析举例
6.3 同步时序逻辑电路的设计
6.3.1 设计同步时序逻辑电路的一般步骤
6.3.2 同步时序逻辑电路设计举例
6.3.3 同步时序逻辑电路中的时钟偏移
6.4 异步时序逻辑电路的分析
6.5 若干典型的时序逻辑电路
6.5.1 寄存器和移位寄存器
6.5.2 计数器
6.6 简单的时序可编程逻辑器件GAL
6.6.1 GAL的结构
6.6.2 GAL中的输出逻辑宏单元
6.6.3 GAL的结构控制字
6.7 用Verilog HDL描述时序逻辑电路
6.7.1 移位寄存器的Verilog建模
6.7.2 计数器的Verilog建模
6.7.3 状态图的Verilog建模
6.7.4 数字钟的Verilog建模
小结
习题
7 半导体存储器
7.1 只读存储器
7.1.1 ROM的基本结构
7.1.2 二维译码与存储阵列
7.1.3 可编程ROM
7.1.4 ROM读操作实例
7.1.5 ROM应用举例
7.2 随机存取存储器
7.2.1 SRAM
7.2.2 同步SRAM
7.2.3 DRAM
7.2.4 存储容量的扩展
7.2.5 RAM应用举例
小结
习题
8 CPLD和FPGA
8.1 复杂可编程逻辑器件(CPLD)简介
8.2 现场可编程门阵列(FPCA)
8.2.1 FPGA中编程实现逻辑功能的基本原理
8.2.2 FPGA的结构简介
8.3 可编程逻辑器件开发过程简介
8.4 用EDA技术和可编程器件的设计例题
小结
习题
9 脉冲波形的变换与产生
9.1 单稳态触发器
9.1.1 用门电路组成的单稳态触发器
9.1.2 集成单稳态触发器
9.1.3 单稳态触发器的应用
9.2 施密特触发器
9.2.1 用门电路组成的施密特触发器
9.2.2 集成施密特触发器
9.2.3 施密特触发器的应用
9.3 多谐振荡器
9.3.1 门电路组成的多谐振荡器
9.3.2 用施密特触发器构成多谐振荡器
9.3.3 石英晶体多谐振荡器
9.4 555定时器及其应用
9.4.1 555定时器
9.4.2 用555组成的施密特触发器
9.4.3 用555组成的单稳态触发器
9.4.4 用555组成的多谐振荡器
小结
习题
10 数模与模数转换器
10.1 D/A转换器
10.1.1 D/A转换器的输入/输出特性及其结构框图
10.1.2 D/A转换器的基本原理
10.1.3 倒T形电阻网络D/A转换器
10.1.4 权电流型D/A转换器
10.1.5 权电容网络D/A转换器
10.1.6 D/A转换器的输出方式
10.1.7 D/A转换器的主要技术指标
10.1.8 D/A转换器的应用
10.2 A/D转换器
10.2.1 A/D转换的一般工作过程
10.2.2 并行比较型A/D转换器
10.2.3 逐次比较型A/D转换器
10.2.4 双积分式A/D转换器
10.2.5 A/D转换器的主要技术指标
10.2.6 集成A/D转换器及其应用
小结
习题
……
11 数字系统设计基础
附录A EDA工具QuartusⅡ9.0简介
附录B 电气简图用图形符号——二进制逻辑单元(GB/T4728.12-1996)简介
附录C 常用逻辑符号对照表
部分习题答案
索引(汉英对照)
参考文献
前言/序言
《电子技术基础(模拟、数字)》,是电子电气类专业的技术基础课程教材,该套教材自1979年春由高等教育出版社出版发行以来,深受广大读者的欢迎。根据当前电子技术发展的新形势,在第五版的基础上,推陈出新。如今电子技术发展的现实是,MOSFETs器件在电子产品中已占统治地位。为了适应这一发展形势,新版教材大力加强了MOSFET的相关内容。现就模拟和数字两部分提出如下的修订思路。
一、模拟部分
1.运算放大器是模拟部分的核心内容。在第2章中,首先把它理想化,称之为理想运算放大器,实际的运放将在第7章(模拟集成电路)中讲述。这样的安排是为了让学生易于入门,分散难点,也为了让教师根据各专业的要求作相应的选择。讲完第2章后,即可在教师的指导下进行运放的基本实验,可使学生对该课程产生兴趣,并有初步的成就感。
2.由于半导体材料和器件制造工艺的进步,场效应管(MOSFETs)与双极结型三极管(BJTs)相比显示出新的优越性而获得较广泛的应用。考虑到历史和现实将第4、5两章写成相互独立的内容,教师可以自由选择其中任一章先讲,后讲的章节可以加快进度。
3.频率响应一章,除一般知识外,可就MOSFETs和BJTs的相关电路有选择性地讲述。例如重点介绍MOS管及共源放大电路的高低频响应,最后介绍扩展频带的方法。
4.模拟集成电路一章的内容丰富,可有选择性地讲述:MOSFETs和BJTs的相关电路。至于运算放大器,也可按同样方法处理。
5.反馈电子电路是电子电路的重要内容,通过大量的例题和习题以阐明负反馈的基本概念与分析方法,对反馈电路的稳定问题也作了简明分析。二、数字部分1.现代数字电路和系统基本上不再使用中规模集成芯片搭建,而是采用CPLD或:FPGA实现,甚至将系统集成在单一芯片上。其设计过程是将组合与时序单元电路作为基本模块由高层调用。因此,教材力求在弱化中规模集成芯片应用的同时,将组合与时序单元电路作为宏模型介绍。
2.便携设备的发展要求CMOS集成电路的电源电压越来越低,导致低电压、超低电压器件的广泛使用。教材加强了低电源电压器件及其接口内容介绍,同时削减了TTL系列的内容。
3.增加了CMOS通用电路中小尺寸逻辑与宽总线内容的介绍。小尺寸逻辑芯片是用来修改完善大规模集成芯片之间连线或外围电路的。与中规模器件相比,体积更小,速度更快。宽总线芯片是为满足计算机总线驱动而产生的。
4.为了便于学生掌握Verilog描述单元电路的方法,加强了Verilog描述组合及时序单元电路的例题。
5.当用指定器件实现电路设计时,力求成本低、速度快。介绍了EDA工具实现优化设计时,需要用到多乘积项的共用、提取公因子、函数分解等方法。
6.增加了时钟同步状态机的同步问题。当数字系统的结构复杂、工作速度快时,时钟同步问题也越来越突出。由时钟偏移等问题引起触发器误翻转会造成系统的误动作。因此要在设计上避免这类问题的出现。
在本版修订工作中,重新改编了例题、复习思考题和习题,以利读者深入理解教材内容。SPICE部分和Verilog语言部分的内容,供各校师生灵活选用。
参加本版模拟部分修订工作的有张林(第1、3、12章及附录A、B、C)、王岩(第2、7、11章)、陈大钦(第4、9、10章)、杨华(第5、6、8章)等。参加数字部分修订工作的有秦臻(第1、3、4、11章及附录B、c)、罗杰(第2章及附录A)、瞿安连(第5、6章)、张林(第7、8章)、彭容修(第9、10章)。康华光为主编,负责全书的策划、组织和定稿。陈大钦、张林为模拟部分的副主编;秦臻、张林为数字部分的副主编,协助主编工作。此外,张林还完成了模拟电路的SPICE分析;罗杰还完成了数字电路的Verilog语言描述。
电子技术基础是一门实践性很强的课程,与本教材配套的实验教材是由高等教育出版社出版的,陈大钦、罗杰主编的《电子技术基础实验》。
本书由哈尔滨工业大学蔡惟铮教授主审,参加审阅的还有王淑娟教授、杨春玲教授和王立欣教授。他们认真审阅了本书,提出了不少中肯的修改意见,在此表示衷心的感谢。第五版发行期间,承全国各兄弟院校师生给我们以鼓励,寄来了不少宝贵意见和建议,编者在此一并致以谢忱。
《电子技术基础:模拟电路》(第四版) 内容梗概 《电子技术基础:模拟电路》(第四版)是一本全面而深入的模拟电子技术入门教材,旨在为读者构建扎实的模拟电路分析、设计和应用基础。本书从最基本的电路元件(电阻、电容、电感)入手,逐步引导读者掌握各种线性及非线性模拟电路的工作原理、分析方法和基本设计技巧。全书结构清晰,逻辑严谨,内容涵盖了模拟电子技术的核心领域,理论与实践相结合,力求使读者不仅理解“是什么”,更能掌握“怎么做”。 第一部分:基础元件与电路分析 本书的开篇部分,重点在于为后续更复杂的模拟电路学习奠定坚实的基础。 直流电路分析: 详细阐述了欧姆定律、基尔霍夫电压定律(KVL)和电流定律(KCL)等基本定律,并介绍了节点电压法、回路电流法等分析复杂直流电路的系统方法。通过大量的例题,帮助读者熟练掌握这些分析工具,并理解不同电路拓扑结构下的电流和电压分布规律。 交流电路分析: 引入了相量法的概念,将交流电路分析转化为复数运算,极大地简化了计算。深入讲解了电阻、电容、电感在正弦交流电路中的阻抗特性,以及RL、RC、RLC串联和并联电路的阻抗、电流、电压的计算与相量图的绘制。对串联谐振和并联谐振电路的特性进行了详尽的分析,包括谐振频率、品质因数、选择性等关键参数。 瞬态响应分析: 探讨了电路在开关动作或输入信号突变时,电容和电感储存能量的变化过程。详细分析了RC和RL电路在直流和阶跃信号作用下的充放电过程,推导了响应曲线的数学表达式,并解释了时间常数(τ)在决定瞬态响应速度中的作用。 第二部分:半导体器件及其基本应用 本部分将重点介绍现代电子技术不可或缺的半导体器件,以及它们在模拟电路中的基本应用。 二极管: 详细介绍了PN结的形成原理、单向导电性以及其在正向偏置和反向偏置下的伏安特性曲线。深入讲解了二极管的几种典型应用,包括整流电路(半波整流、全波整流、桥式整流)及其滤波和稳压电路,以及钳位电路和微分、积分电路。 三极管(BJT): 深入剖析了BJT的结构(NPN和PNP型)、工作原理(截止、放大、饱和区),以及其输入输出特性曲线。重点讲解了BJT的放大作用,包括共发射极、共集电极和共基极三种基本放大组态,分析了它们的电压放大倍数、电流放大倍数、输入电阻和输出电阻等重要参数。详细讨论了BJT的偏置技术,包括固定偏置、分压偏置、发射极自偏置等,以及这些偏置方法对放大电路稳定性的影响。 场效应管(FET): 介绍了JFET和MOSFET(增强型和耗尽型)的结构、工作原理及其伏安特性。阐述了FET的放大作用,特别是其高输入电阻的特点,并分析了其基本放大电路。 第三部分:放大电路 放大电路是模拟电子技术的核心,本书将从多个维度深入探讨其设计和分析。 BJT和FET放大电路: 在前一章的基础上,本章将深入讨论不同放大组态的详细设计,包括静态工作点的选择、动态参数的计算以及频率响应的分析。特别地,会详细介绍多级放大电路的构成,如直接耦合、阻容耦合和变压器耦合放大器,并分析其整体性能。 差动放大电路: 详细介绍了差动放大电路的基本结构、工作原理,包括共模信号和差模信号的放大作用。阐述了差动放大电路的优点,如良好的共模抑制比,并介绍了其在集成运放中的核心地位。 反馈放大电路: 深入讲解了负反馈的四种基本组态(电压串联、电压并联、电流串联、电流并联),分析了负反馈对放大电路的增益、带宽、输入输出电阻和非线性失真的影响。解释了稳定性问题,并介绍了振荡电路的基本原理。 第四部分:信号处理与产生电路 本部分将介绍一系列处理和产生各种信号的模拟电路。 有源滤波器: 讲解了低通、高通、带通和带阻滤波器的基本原理,并重点介绍了RC有源滤波器(如Sallen-Key结构)的设计方法,以及它们在滤除噪声、信号调理方面的应用。 运算放大器(Op-amp): 详细介绍了理想运算放大器的特性,以及实际运算放大器的主要参数(开环增益、输入失调电压、输入偏置电流、共模抑制比、电源抑制比等)。基于运算放大器,详细讲解了各种经典应用电路,如反相比例器、同相比例器、加法器、减法器、积分器、微分器、比较器等,并给出具体的电路设计和分析方法。 振荡器: 介绍了各种反馈振荡器的基本条件(增益等于1,相位偏移为0或2π)和工作原理。详细分析了RC振荡器(如移相振荡器、文氏电桥振荡器)和LC振荡器(如哈特莱振荡器、科罗皮兹振荡器、克拉普振荡器)的电路结构和设计要点。 波形产生电路: 讲解了多谐振荡器(也称为非稳态多谐振荡器)产生方波和三角波的原理,以及单稳态多谐振荡器产生脉冲的电路。 第五部分:功率放大电路与电源 本部分关注大信号的功率放大以及稳定的直流电源的产生。 功率放大器: 介绍了AB类、B类功率放大器的原理,分析了它们在效率和失真方面的权衡。详细讲解了推挽放大器和互补对称放大器,以及它们在音频功率放大器中的应用。 电源电路: 详细介绍了直流稳压电源的设计,包括变压器、整流、滤波和稳压电路的组合。重点介绍了集成稳压器(如78xx系列、79xx系列、LM317等)的工作原理和应用,以及开关电源的基本构成和工作模式。 本书特点 理论严谨,深入浅出: 遵循循序渐进的学习路径,从基本概念到复杂电路,逐步加深读者对模拟电子技术的理解。 内容全面,体系完整: 涵盖了模拟电子技术的主要分支,为读者构建了系统的知识框架。 例题丰富,习题精炼: 大量的例题贯穿全书,帮助读者将理论知识应用于实际问题;精心设计的习题,有助于巩固和检验学习成果。 注重实际应用: 在讲解理论的同时,结合实际电路和器件的特性,引导读者理解模拟电路在实际系统中的作用。 语言清晰,图文并茂: 使用准确的专业术语,配合清晰的电路图和波形图,使内容更易于理解和消化。 适用读者 本书适合于高等院校电子信息工程、通信工程、自动化、电气工程及其相关专业的本科生作为教材或参考书,也可供从事电子产品研发、设计和维修的工程技术人员参考。通过学习本书,读者将能够独立分析和设计各种模拟电子电路,为进一步学习更高级的电子技术打下坚实的基础。