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电路与模拟电子技术基础

中国水利水电出版社
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    本书主要介绍电路与模拟电子技术基础课程的内容,全书共10章,主要内容包括:电路的基本概念和基本定律、直流电路的一般分析方法、一阶动态电路的暂态分析、交流正弦稳态电路的分析、常用半导体器件、基本放大电路、集成运算放大器与负反馈放大电路、信号运算与转换电路、直流稳压电源。本书在每章开头设有内容提要,知识点配有问题引导,每章结束后对本章知识点进行了回顾与总结,并配有大量的例题与习题。

    结合作者多年教学和科研实践的经验和体会,全面系统、深入浅出地阐述了模拟电子技术的基本电路理论和电路分析方法。

    每章开头有内容提要,知识点配有问题引导,每章后面附有辅修内容和知识小结,并配有大量的例题与习题,还提供配套的电子课件。

    注重基本概念、基本原理和基本方法论,力求概念准确,原理阐述简明扼要,理论推导简单明了,突出方法应用。内容描述简练,通俗易懂,便于自学。

    本书是针对计算机专业及相关专业编写的电工电子基础教材,与电气电子类专业不同,对于计算机专业的学生既要比较熟练地掌握电工电子技术的方法和应用,又不要求对电路理论作深入研究;但也不同于非电专业只要求掌握电工电子技术的概念,它对于分析和设计还是有一定的要求,以便于掌握计算机相关硬件知识,从事计算机接口电路的分析和设计,对于电机及其控制一般不做要求。因此,计算机专业在实施专业教学的过程中,既不能与电类专业一样按多门课程进行电工电子基础教学,又难以以非电专业的电工电子教学大纲开展教学。同时,新知识与新技术不断涌现,为了适应新的课程体系和课程课时压缩的实际需求,国内大部分高等学校将“电路”与“模拟电子技术”合并设立为一门课程,后续“数字电子技术”或是“数字逻辑基础”仍单独设课,以此完成电工电子基础的教学。正是在这样的背景下,我们根据学科特点和教学要求,总结多年从事电路与电子技术教学工作的丰富的教学经验,针对电路与电子技术课程的基本要求和学习特点,编写了本教材。

    本书共分为10章,第1~4章为电路基础内容,主要介绍基本的电路理论和电路分析方法,先对电路的基本概念和基本定律进行了介绍,在此基础上介绍直流电路的一般分析方法。在本着电路分析够用的前提下,重点介绍了支路电流法和结点电压法、戴维宁定理和诺顿定理,然后对含动态元件的一阶暂稳态电路的分析进行了介绍,最后对交流正弦稳态电路及分析方法进行了介绍,并在此部分增加了电路的频响特性及三相电路的分析。第5~10章为模拟电子技术基础部分,先介绍了半导体器件,着重介绍了器件外部特性,接下来将基本放大电路放在第6章进行讲述,第7章介绍了集成电路以及负反馈放大电路,第8~9主要介绍了信号运算、处理及产生电路,基本上以集成运放为主,第10章介绍了直流稳压电源。

    在编写过程中,编者认真总结了多年教学经验,参照学习了国内同类相关教材及著作。本书以培养学生分析问题和解决问题的能力、提高学生的素质为目的,注重基本概念、基本原理、基本方法论,在每章后面附了辅修内容,既能使学生掌握基础,又能让感兴趣的学生深入学习。全书内容描述简练,通俗易懂,便于自学。

    本书的编写大纲是在中南大学电工电子基础教学中心全体教师讨论的基础上制订的,其中第1、2章由毛先柏老师编写,第3、4章由张婵娟老师编写,第5~7由罗桂娥老师编写,第8~10章由刘献如老师编写。

    由于编者水平有限,书中难免存在不足和错误,恳请广大读者批评指正。

    前言
    第1章 电路的基本概念和定律 1
    1.1 电路组成与电路模型 1
    1.1.1 电路的作用和组成 1
    1.1.2 电路模型 2
    1.2 电路分析的常用变量 3
    1.2.1 电流及其参考方向 3
    1.2.2 电压及其参考方向 4
    1.2.3 关联参考方向 5
    1.2.4 功率和能量 6
    1.3 理想无源元件 7
    1.3.1 电阻元件 7
    1.3.2 电容元件 9
    1.3.3 电感元件 11
    1.4 理想有源元件 13
    1.4.1 独立电源 13
    1.4.2 受控电源 16
    1.5 基尔霍夫定律 17
    1.5.1 基尔霍夫电流定律 18
    1.5.2 基尔霍夫电压定律 20
    1.6 电路中电位的计算 22
    本章小结 24
    习题一 24
    第2章 电路的基本分析方法 28
    2.1 一端口电路的等效变换 28
    2.1.1 等效一端口电路的概念 28
    2.1.2 电阻的串并联 29
    2.1.3 电源的等效变换 32
    2.2 支路电流法 37
    2.3 回路(网孔)电流法 38
    2.4 结点电压法 42
    2.5 叠加定理 46
    2.6 等效电源定理 50
    2.6.1 戴维宁定理 51
    2.6.2 诺顿定理 54
    2.6.3 最大功率传输定理 56
    本章小结 58
    习题二 59
    第3章 一阶动态电路的暂态分析 63
    3.1 动态电路方程 63
    3.1.1 动态电路方程的列写 63
    3.1.2 一阶微分方程的求解 65
    3.2 换路定则及其初始条件 68
    3.2.1 换路定则 69
    3.2.2 初始条件确定 69
    3.3 一阶电路零输入响应 71
    3.3.1 一阶RC电路的零输入响应 71
    3.3.2 一阶RL电路的零输入响应 74
    3.4 一阶电路零状态响应 76
    3.4.1 一阶RC电路的零状态响应 76
    3.4.2 一阶RL电路的零状态响应 77
    3.5 一阶电路全响应及三要素法 78
    3.5.1 一阶RC电路的全响应 79
    3.5.2 一阶RL电路的全响应 81
    3.5.3 一阶动态电路分析的三要素法 82
    3.6 辅修内容 87
    本章小结 91
    习题三 92
    第4章 交流正弦稳态电路分析 96
    4.1 正弦量及其相量表示法 96
    4.1.1 周期和频率 97
    4.1.2 幅值和有效值 97
    4.1.3 相位和相位差 98
    4.1.4 正弦量的相量表示与相量图 100
    4.2 正弦量电路中的相量模型 101
    4.2.1 电阻、电容及电感的相量模型 102
    4.2.2 基尔霍夫定律相量模型 104
    4.2.3 阻抗和导纳 105
    4.3 正弦稳态电路分析 107
    4.4 正弦稳态电路的功率 109
    4.4.1 瞬时功率 109
    4.4.2 有功功率及功率因数 109
    4.4.3 无功功率和视在功率 110
    4.4.4 功率因数的提高 113
    4.5 交流电路中的频率特性 114
    4.5.1 滤波特性 115
    4.5.2 串联谐振 118
    4.5.3 并联谐振 122
    4.6 三相交流电路 123
    4.6.1 三相电源和三相负载 124
    4.6.2 对称三相电路的分析 128
    4.6.3 三相负载的功率 131
    4.7 辅修内容 133
    4.7.1 非正弦周期交流稳态电路 133
    4.7.2 不对称三相电路的分析 135
    本章小结 137
    习题四 139
    第5章 常用半导体器件 145
    5.1 半导体器件基础 145
    5.1.1 半导体材料及其导电特性 145
    5.1.2 P型与N型半导体 147
    5.1.3 PN结的形成及其单向导电性 149
    5.2 半导体二极管 151
    5.2.1 二极管的结构与类型 151
    5.2.2 二极管的伏安特性 152
    5.2.3 二极管的主要参数 154
    5.2.4 二极管的等效电路 155
    5.2.5 稳压二极管 156
    5.2.6 二极管应用举例 157
    5.3 双极型晶体三极管 163
    5.3.1 BJT的基本结构与类型 163
    5.3.2 BJT的工作原理与电流分配关系 164
    5.3.3 BJT的共射特性曲线与分区 167
    5.3.4 BJT的主要参数及温度的影响 169
    5.3.5 BJT的简化小信号模型 172
    5.3.6 晶体管分析举例 173
    5.4 场效应管 177
    5.4.1 场效应管的分类 178
    5.4.2 增强型NMOS管的结构原理与伏安特性 178
    5.4.3 耗尽型NMOS管的结构原理与伏安特性 181
    5.4.4 场效应管的主要参数 183
    5.4.5 场效应管的交流小信号模型 184
    5.5 复合管 185
    5.6 辅修内容 187
    5.6.1 半导体器件型号命名及方法 187
    5.6.2 光电器件 187
    本章小结 190
    习题五 192
    第6章 基本放大电路 198
    6.1 放大电路的基本概念及性能指标 198
    6.1.1 放大电路的作用 198
    6.1.2 放大电路的性能指标 199
    6.2 双极型晶体三极管放大电路 203
    6.2.1 单管放大电路基本结构与工作状态 203
    6.2.2 单管共射放大电路分析 205
    6.2.3 静态工作点稳定 213
    6.2.4 共集电极放大电路和共基极放大电路 217
    6.3 场效应管放大电路 221
    6.3.1 场效应管放大电路的静态偏置 221
    6.3.2 场效应管放大电路的动态分析 223
    6.4 差动放大电路 225
    6.4.1 差动放大电路结构与抑制零漂的原理 225
    6.4.2 双入差动放大电路基本性能分析 229
    6.5 功率放大电路 234
    6.5.1 功率放大电路的特点与主要性能指标 235
    6.5.2 功率放大电路的类型 236
    6.5.3 乙类互补对称OCL功率放大电路 238
    6.6 多级放大电路 243
    6.6.1 多级放大电路的耦合方式 243
    6.6.2 多级放大电路分析举例 246
    6.7 辅修内容 249
    6.7.1 晶体管电流源电路 249
    6.7.2 集成功率放大电路 252
    本章小结 253
    习题六 255
    第7章 集成运算放大器与负反馈放大电路 261
    7.1 集成运算放大电路 261
    7.1.1 集成运放简介 262
    7.1.2 集成运放的主要性能指标 263
    7.1.3 集成运放的模型及电压传输特性 264
    7.2 理想运放工作区域及特点 266
    7.2.1 理想运放工作在线性区的特点 266
    7.2.2 理想运放工作在非线性区的特点 267
    7.3 反馈的基本概念与分类 267
    7.3.1 基本概念 268
    7.3.2 反馈的类型及其判别 268
    7.3.3 交流负反馈的四种反馈组态 276
    7.4 负反馈放大电路的方框图及一般表达式 276
    7.4.1 负反馈放大电路的方框图 277
    7.4.2 负反馈放大电路的一般表达式 277
    7.4.3 四种组态负反馈放大电路的方框图 278
    7.5 负反馈对放大电路性能的影响 280
    7.5.1 提高放大倍数的稳定性 280
    7.5.2 减小非线性失真 280
    7.5.3 增宽放大电路的通频带 282
    7.5.4 改善输入电阻与输出电阻 283
    7.5.5 放大电路中引入负反馈的一般原则 285
    7.6 深度负反馈放大电路的分析 288
    7.6.1 深度负反馈的实质 288
    7.6.2 深度负反馈条件下闭环增益的估算 290
    7.7 辅修内容 294
    7.7.1 集成运放的使用与注意事项 294
    7.7.2 负反馈放大电路的稳定性 297
    本章小结 300
    习题七 302
    第8章 信号运算与处理电路 307
    8.1 比例运算电路 307
    8.1.1 反相比例运算电路 307
    8.1.2 同相比例运算电路 308
    8.2 求和运算电路 309
    8.2.1 反相求和运算电路 309
    8.2.2 同相求和运算电路 310
    8.3 减法运算电路 311
    8.4 积分运算电路与微分运算电路 314
    8.4.1 积分运算电路 314
    8.4.2 微分运算电路 316
    8.5 模拟乘法器及其应用 318
    8.5.1 模拟乘法器简介 319
    8.5.2 模拟乘法器的应用 319
    8.6 有源滤波电路 323
    8.6.1 滤波电路的基础知识 324
    8.6.2 有源低通滤波器 327
    8.6.3 有源高通滤波器 330
    8.6.4 带通滤波器 331
    8.6.5 带阻滤波器 334
    8.7 辅修内容 336
    8.7.1 对数运算电路与指数运算电路 336
    8.7.2 开关电容滤波器 341
    本章小结 343
    习题八 344
    第9章 波形产生与信号转换 349
    9.1 正弦波产生电路 349
    9.1.1 正弦波振荡电路的起振与平衡条件 349
    9.1.2 RC正弦波振荡电路 352
    9.1.3 LC正弦波振荡电路 357
    9.1.4 石英晶体正弦波振荡电路 365
    9.2 电压比较器 370
    9.2.1 单限比较器 370
    9.2.2 滞回比较器 373
    9.2.3 窗口比较器 379
    9.3 非正弦波产生电路 380
    9.4 信号转换电路 384
    9.4.1 电压-电流转换电路 385
    9.4.2 电压-频率转换电路 386
    9.4.3 精密整流电路 388
    9.5 辅修内容 391
    9.5.1 三角波产生电路 391
    9.5.2 集成锁相环 394
    本章小结 397
    习题九 398
    第10章 直流稳压电源 405
    10.1 直流稳压电源的基本组成 405
    10.2 单相整流电路 406
    10.2.1 单相半波整流电路 406
    10.2.2 单相桥式全波整流电路 407
    10.3 滤波电路 410
    10.3.1 电容滤波电路的工作原理 410
    10.3.2 电容滤波电路的输出特性及主要参数 411
    10.3.3 其他滤波电路 413
    10.4 稳压二极管稳压电路 415
    10.4.1 稳压原理 415
    10.4.2 电路参数选择 416
    10.5 串联型稳压电路 418
    10.6 集成三端稳压器及应用 422
    10.6.1 固定式集成三端稳压器 422
    10.6.2 可调式集成三端稳压器 427
    10.7 辅修内容 431
    10.7.1 倍压整流电路 431
    10.7.2 稳压电路的性能指标 433
    本章小结 434
    习题十 435
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