内容简介
《电子技术(非电类 第3版)》作者荣雅君对高等院校电工电子系列课程内容和课程体系进行了研究和实践,针对普通高等院校非电类专业特点,编写了“电子技术”教材。《电子技术(非电类 第3版)》被列为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。
《电子技术(非电类 第3版)》主要内容包括:绪论、半导体器件、放大电路基础、集成运算放大器、放大电路中的反馈、直流稳压电源、逻辑门电路及组合逻辑电路、触发器和时序逻辑电路、电子技术仿真软件EWB及其应用等,主要适用于机械设计、机械制造、机械电子工程、汽车与交通等机械工程学科的各个专业方向,也适用于材料、化工、过程装备等其他非电类专业,同时也是上述学科及其他相关学科工程技术人员很好的实用参考书。
内页插图
目录
前言
第1章 绪论
1.1 电子技术的发展史
1.1.1 电子管阶段
1.1.2 晶体管阶段
1.1.3 集成电路阶段
1.2 电子系统
1.3 信号
1.3.1 模拟信号
1.3.2 数字信号
1.3.3 电子电路
1.4 课程的学习方法
第2章 半导体器件
2.1 半导体二极管
2.1.1 半导体的导电特性
2.1.2 PN结
2.1.3 半导体二极管
2.1.4 特殊二极管
2.2 晶体管
2.2.1 基本结构
2.2.2 电流放大原理
2.2.3 晶体管的伏安特性曲线
2.2.4 主要参数
2.2.5 晶体管电极的判别
2.2.6 场效应晶体管简介
2.3 晶闸管
2.3.1 基本结构
2.3.2 工作原理
2.3.3 伏安特性
2.3.4 主要参数
习题
第3章 放大电路基础
3.1 放大电路的组态及其性能指标
3.1.1 放大电路的基本概念
3.1.2 放大电路的组态
3.1.3 放大电路的性能指标
3.2 共射极放大电路
3.2.1 电路的组成及各元件的作用
3.2.2 电路的静态与动态
3.2.3 放大电路的静态分析
3.2.4 放大电路的动态分析
3.3 共集电极放大电路
3.3.1 共集电极放大电路的组成
3.3.2 共集电极放大电路分析
3.3.3 共集电极电路的应用
3.4 多级放大电路
3.4.1 多级放大电路的级间耦合方式
3.4.2 阻容耦合多级放大电路的分析
3.4.3 直接耦合放大电路及其存在的问题
3.5 差分放大电路
3.5.1 典型差分放大电路的工作原理
3.5.2 差分放大电路的输入输出方式
3.6 功率放大电路
3.6.1 功率放大电路的特点和要求
3.6.2 功率放大电路提高效率的途径
3.6.3 乙类互补对称功率放大电路
3.6.4 甲乙类互补对称功率放大电路
3.7 放大电路的频率特性
3.8 晶体管应用举例
习题
第4章 集成运算放大器
4.1 集成运算放大器的组成及参数
4.1.1 集成运算放大器电路的组成
4.1.2 集成运算放大器的引脚与符号
4.1.3 集成运算放大器的主要参数
4.1.4 理想集成运放的技术指标及符号
4.1.5 集成运算放大器的电压传输特性和分析依据
4.2 模拟信号运算电路
4.2.1 比例运算电路
4.2.2 加法运算电路
4.2.3 减法运算电路
4.2.4 积分运算电路
4.2.5 微分运算电路
4.3 电压比较电路
4.3.1 单门限电压比较电路
4.3.2 双门限电压比较电路
*4.4 信号产生电路
4.4.1 方波产生电路
4.4.2 矩形波发生器
*4.4.3 三角波发生电路
*4.4.4 锯齿波产生电路
*4.5 集成运放的应用
4.5.1 集成运放类型的选择
4.5.2 集成运算放大电路的设计举例
4.5.3 模拟集成电路应用实例
习题
第5章 放大电路中的反馈
5.1 反馈的基本概念及判断方法
5.1.1 放大电路中的反馈
5.1.2 反馈极性的判断
5.1.3 直流反馈与交流反馈的判断
5.2 负反馈放大电路的组态
5.2.1 交流负反馈的组态
5.2.2 交流负反馈组态的判断
5.3 负反馈对放大电路性能的影响
5.3.1 负反馈放大电路的框图及一般表达式
5.3.2 负反馈对放大电路性能的影响
5.4 正弦波振荡电路
5.4.1 自激振荡的条件
5.4.2 振荡的建立及其稳定
5.4.3 RC正弦波振荡电路
习题
第6章 直流稳压电源
6.1 概述
6.2 单相桥式整流电路
6.3 单相晶闸管可控整流电路
6.3.1 单相半波可控整流电路
6.3.2 单相半控桥式整流电路
6.4 滤波电路
6.4.1 电容滤波电路
6.4.2 RCП形滤波电路
6.5 直流稳压电源
6.5.1 稳压二极管稳压电路
6.5.2 串联型集成稳压电路
6.5.3 W78××系列三端固定式集成稳压电路
习题
第7章 逻辑门电路及组合逻辑电路
7.1 数字信号和常用数制
7.1.1 数字信号和脉冲信号
7.1.2 常用数制
7.1.3 逻辑电平
7.2 逻辑代数及逻辑门电路
7.2.1 逻辑代数及逻辑函数
7.2.2 逻辑运算及逻辑门
7.3 逻辑代数运算及逻辑函数化简
7.3.1 基本运算法则
7.3.2 基本定律
7.3.3 逻辑函数的化简
*7.4 集成逻辑门电路的参数及使用
7.4.1 TTL门电路与CMOS门电路
7.4.2 集成门电路的使用
7.5 组合逻辑电路
7.5.1 组合电路的分析
7.5.2 组合电路的设计
7.5.3 常用的组合电路
习题
第8章 触发器和时序逻辑电路
8.1 RS触发器
8.1.1 基本RS触发器
8.1.2 同步RS触发器
8.2 JK触发器
8.3 D触发器
8.4 T、T′触发器及各种触发器逻辑功能的相互转换
8.4.1 T触发器和T′触发器
8.4.2 触发器逻辑功能的转换
8.5 时序逻辑电路
8.5.1 寄存器
8.5.2 计数器
8.6 555时基电路及其应用
8.6.1 555定时器芯片简介
8.6.2 CC7555组成的单稳态触发器
8.6.3 CC7555组成的多谐振荡器
8.6.4 应用举例
习题
*
第9章 电子技术仿真软件EWB及其应用
9.1 EWB概述
9.2 EWB5.0的基本界面
9.2.1 EWB5.0的主要窗口
9.2.2 EWB5.0的工具条
9.3 EWB5.0的元器件库和仪器仪表库
9.3.1 EWB5.0的元器件库
9.3.2 EWB5.0的仪器仪表库
9.4 EWB5.0的菜单
9.5 EWB5.0的电路分析方法
9.5.1 分析参数的设置
9.5.2 EWB5.0的分析方法
9.6 EWB 5.0 电路图的绘制
9.7 EWB 5.0 电路仿真设计实例
9.7.1 模拟电路的仿真
9.7.2 数字电路的仿真
部分习题参考答案
附录
附录A 半导体分立器件型号命名方法
附录B 常用半导体器件的参数
附录C 集成电路型号命名
附录D 国内外部分集成运算放大器同类产品型号对照表
附录E 几种国产集成运算放大器参数规范表
附录F 音频功率器件D810电路主要技术指标的典型值
附录G 三端式集成稳压器性能参数
附录H 功率场控器件的主要参数
参考文献
前言/序言
在现代化机械设计与制造中,机器的品质与性能几乎无一例外地与电气电子学相关。机械学与电子学贯通交叉的程度往往代表着机械工程师的设计水平。与以往不同,当今的机械工程师对电子学或电工学掌握的程度,已经不再是仅仅停留在能够使用某些专用电气设备,或泛泛地了解一些电子学一般常识的水平上了。一个优秀的机械工程师必须具备这样的条件:不仅能够向电气工程师提出具体的可实现的电气设计技术指标,而且也能够自行设计出基本满足工程需要的电气图。为了获得这样的综合素质,就需要有一本能够完成这种任务的电子学教科书,本书的编写就是以此为宗旨的。
对于许多机械设计者来说,学习电子学似乎存在着一些难题:电,手摸不到,眼看不着,耳听不见,难以理解等。事实上确有一些教科书存在理论过深、解说太浅的毛玻本书在此方面做了大胆的尝试。为了扫除学习障碍,书中尽量避免深奥的理论论述,力求使用浅显易懂的科普语言形象地解说重要的基本电路原理,使学习者在定性地了解电子电路原理的基础上,能够深入地加以定量地研究,并且于机械设计中灵活地使用现成的电子器件。本书为设计者提供了简单易学的电子电路仿真软件EWB的详细应用说明,为设计电路提供了强有力的基础实践手段。本书共分9章,主要内容包括半导体器件、放大电路基础、集成运算放大器、放大电路中的反馈、直流稳压电源、逻辑门电路及组合逻辑电路、触发器和时序逻辑电路、电子技术仿真软件EWB及其应用等。为便于自学和工程应用,各章选择了一些电子电路的应用实例,每章后均附有相应的习题,并附有部分习题参考答案。以使读者加深对教材内容的理解。书中加*的内容可以根据实际需要删减。
本书的第1、2、3、9章由荣雅君老师编写,第4、7章由杨丽君老师编写,第5章由杨秋霞老师编写,第6章由董杰老师编写,第8章由王云静老师编写。殷桂梁、王珺、杨秋霞老师参加了电子课件的制作工作。全书由荣雅君任主编,完成统稿,杨丽君任副主编。在本书的编写过程中,得到了燕山大学电力工程系全体同仁的帮助,也得到兄弟院校同行的大力支持,在此表示衷心的感谢。由于编者水平有限,缺点和错误在所难免,敬请读者批评指正。
编者
电子技术(非电类 第3版) [Electrotechnology] 内容概述 本书旨在为非电子类专业的读者,如机械工程、材料科学、化学工程、工业自动化、甚至部分管理类等专业的学生及从业人员,提供一套系统、深入且实用的电子技术基础知识。不同于面向电子工程专业读者的专业教材,本书的编写重点在于揭示电子技术的核心原理如何渗透并赋能于各个领域,以及如何利用电子技术解决非电类专业中的实际问题。本书第三版在内容上进行了全面的更新与优化,引入了近年来电子技术发展的最新动态,并更加强调了跨学科的应用前景。 本书特色与亮点 1. “非电”视角下的电子技术: 本书的出发点与众不同,它不从复杂的电路理论和器件模型开始,而是从“我需要用电子技术做什么?”这一实际需求出发。例如,在机械设计中,如何通过传感器精确测量位移、力,如何通过控制器实现精确的运动控制;在化学过程中,如何利用电子技术进行实时监测、数据采集与分析,优化反应条件;在工业自动化中,如何构建智能化的生产线,实现远程监控与故障诊断。本书将抽象的电子概念转化为具象的应用场景,让非电类读者更容易理解其价值和可行性。 2. 精选核心概念,化繁为简: 电子技术涉及面广,内容庞杂。本书严格筛选了对非电类专业至关重要的核心概念,例如: 信号的获取与处理: 传感器的工作原理、信号的线性与非线性转换、模拟信号与数字信号的区别与联系、信号的放大、滤波等基本处理技术。 能量的转换与控制: 电源的类型与选择、DC-DC(直流-直流)和AC-DC(交流-直流)转换的基本原理、功率电子器件(如MOSFET、IGBT)在能量控制中的作用、电机驱动的基本方法。 信息(数据)的存储与传输: 基本的存储原理(如RAM、ROM)、数据编码与解码、通信接口(如UART、SPI、I2C)的工作方式、有线与无线通信的基本概念。 嵌入式系统的构建与应用: 微控制器(MCU)的体系结构与开发流程、外设接口的使用、简单的嵌入式程序设计、人机交互界面的设计。 可编程逻辑控制器(PLC)基础: PLC在工业自动化中的核心地位,指令集、输入/输出模块、基本编程梯形图逻辑。 这些概念被用通俗易懂的语言进行解释,并辅以大量贴近实际的案例,避免了深奥的数学推导和理论细节,让读者能够快速掌握关键知识点。 3. 案例驱动,应用导向: 本书的最大特点在于其丰富的案例研究。这些案例并非凭空捏造,而是来源于真实的工业生产、科学研究和日常生活中的应用。例如: 机械领域: 智能机器人末端执行器的位置反馈与闭环控制;高精度测量设备的信号调理与数据采集;工业机器人视觉引导的路径规划。 材料领域: 电子显微镜的信号处理与图像增强;电化学传感器在材料性能监测中的应用;电子阻抗谱在材料特性分析中的原理。 化工领域: 反应釜温度、压力、流量的在线监测与PID控制;色谱仪、质谱仪的数据采集与分析系统;危险品气体泄漏检测与报警系统。 生物医学领域(部分): 生物电信号的采集与放大(如心电图、脑电图的基础);非侵入式传感器在生理参数监测中的应用。 每个案例都详细阐述了应用场景、遇到的电子技术挑战、解决方案的设计思路、关键元器件的选择以及最终达成的效果。通过这些案例,读者可以直观地感受到电子技术在不同领域的强大支撑作用,激发自身运用电子技术解决专业问题的灵感。 4. 实用技能培养: 本书不仅传授理论知识,更注重培养读者的实际动手能力和解决问题的能力。 元器件选型指导: 针对不同应用场景,提供选择合适传感器、驱动器、控制器、通信模块等的实用建议。 基本电路分析与调试: 教授如何识别和分析简单的电子电路,以及使用万用表、示波器等基本仪器进行故障排查。 嵌入式开发入门: 通过简单的实例,引导读者体验微控制器编程,理解程序控制硬件的逻辑。 数据分析与处理初步: 介绍如何对采集到的电子信号进行初步的数据处理和分析,提取有用的信息。 5. 面向未来的视野: 第三版特别关注了当前电子技术发展的前沿方向,并展望了其在未来非电类专业中的潜力。 物联网(IoT)技术: 介绍传感器网络、无线通信协议(如Wi-Fi, Bluetooth, LoRa)以及数据云平台在实现设备互联互通中的作用,如何将传统设备智能化。 人工智能(AI)与机器学习(ML)在信号处理中的应用: 简要介绍如何利用AI/ML对传感器数据进行模式识别、预测性维护,以及实现更高级的智能控制。 新能源与储能技术的基础电子知识: 简要涉及太阳能逆变器、电池管理系统(BMS)等与新能源相关的电子原理。 工业4.0与智能制造: 电子技术在构建智能工厂、柔性生产线、数字孪生等方面的作用。 适用读者 在校大学生: 机械工程、材料科学、化学工程、环境工程、食品科学、生物工程、工业设计、自动化(偏工艺控制)、物理(实验方向)、地质学、以及部分生命科学等专业的学生,需要在其专业领域内理解和应用电子技术。 在职工程师与研究人员: 需要将电子技术应用于产品开发、工艺改进、实验研究等非电类领域的专业人士。 技术爱好者: 对跨学科技术融合感兴趣,希望了解电子技术如何赋能其他科学技术领域。 阅读本书,您将能够: 理解电子技术的“语言”: 掌握电子技术中常用的基本概念、术语和工作原理。 识别应用机会: 能够从自身专业领域的需求出发,发现电子技术可以发挥作用的环节。 进行初步方案设计: 针对具体问题,能够构思出可行的电子技术解决方案,并对关键元器件有基本的选型能力。 有效沟通: 能够与电子工程师进行更有效的沟通,清晰地表达技术需求。 拓展技术视野: 了解电子技术的前沿发展,为个人和团队的技术创新提供新的思路。 本书不仅仅是一本教材,更是一本连接不同学科的桥梁,它将帮助非电类专业的读者跨越技术壁垒,拥抱电子技术的无限可能,在日益复杂的科技环境中,成为一名更具综合竞争力的复合型人才。