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电子学课程指导与实验 图书简介 一、 课程定位与目标 本书旨在为高等院校电子信息类、自动化类、计算机类等专业本科生提供一套全面、深入且高度实用的电子学课程学习指南与实验操作手册。随着现代工程技术对跨学科知识融合的日益强调，传统的理论教学与实践操作之间往往存在一定的脱节。本教材的编写核心目标，便是搭建一座坚实的桥梁，将抽象的电路理论与具体的工程实践紧密结合起来，确保学生不仅理解“是什么”（What），更掌握“为什么”（Why）和“怎么做”（How）。 我们着眼于培养学生的系统思维能力、独立分析问题和解决实际工程挑战的能力。课程内容覆盖了从基础的电路分析到复杂的集成电路应用，强调从器件特性到系统构建的完整认知链条。通过系统的学习和严格的实验训练，学生将能够熟练运用现代电子设计工具，并具备构建、调试和优化电子系统的基本素养。 二、 理论基础与内容架构 本书的理论部分内容翔实，覆盖了大学电子学教学的核心知识点，并以逻辑严谨的方式展开，力求清晰易懂。 第一篇：模拟电子技术基础 本篇聚焦于模拟信号的处理与放大。 半导体器件基础： 深入探讨PN结、二极管（包括稳压管、光敏二极管等）的物理特性、工作原理及其在整流、限幅、钳位电路中的应用。重点分析晶体管（BJT和MOSFET）的结构、工作区划分、输入输出特性曲线，并辅以精密的数学模型分析。 放大电路分析： 详细阐述了共射、共集、共基（以及共源、共漏、共栅）等基本放大组态的直流偏置设计、小信号等效电路的建立与分析。着重讲解频率响应、带宽的确定，以及负反馈在改善电路性能（如提高输入/输出阻抗、降低失真）中的关键作用。 运算放大器（Op-Amp）应用： 作为理想放大器的完美载体，本章系统介绍了理想运放的特性，并拓展至反相/同相放大器、差分放大器、积分器、微分器、有源滤波器（巴特沃斯、切比雪夫等）的设计与实现。 信号源与电源技术： 涵盖了多谐振荡器、文氏桥振荡器等正弦波和非正弦波信号的产生原理。同时，深入剖析了线性电源（串联/并联调整管）和开关电源（Buck, Boost, Buck-Boost）的工作原理、效率分析及纹波抑制技术。 第二篇：数字电子技术基础 本篇侧重于离散信号的表示、逻辑运算以及时序逻辑的设计与应用。 数制与逻辑代数： 讲解二进制、八进制、十六进制等数制间的转换，布尔代数的基本定律、德摩根定律的应用。 组合逻辑电路： 详细分析了译码器、编码器、数据选择器（MUX）、数据分配器（DEMUX）等中规模集成电路（MSI）的功能与应用。重点讲解卡诺图（K-map）和Quine-McCluskey方法在复杂逻辑函数化简中的应用。 时序逻辑电路： 深入解析触发器（RS, D, JK, T）的内部结构和工作特性，包括同步和异步操作。系统讲解寄存器、计数器（行波计数器、级联计数器、可逆计数器）的逻辑设计。 半导体存储器与可编程逻辑器件（PLD）： 介绍RAM、ROM的分类与读写原理。对CPLD/FPGA的基本结构和硬件描述语言（VHDL/Verilog）的基础概念进行初步介绍，以衔接后续的微处理器课程。 三、 实验指导与实践深化 本书最大的特色在于其与理论紧密结合的实验指导模块。实验部分不仅是“照猫画虎”的验证性操作，更是“从零开始”的创新性实践平台。 实验设计原则： 实验从易到难，层层递进，强调动手能力和数据分析能力。我们摒弃了纯粹的“面包板堆叠”，转而推崇使用标准测试设备（如示波器、函数发生器、数字万用表）进行精确测量和误差分析。 重点实验模块举例： 1. 基础器件特性测量实验： 使用LCR表和示波器，精确测量二极管的正向压降、反向击穿电压，以及BJT的$eta$值、输出特性曲线。要求学生自行绘制并分析曲线偏差的原因。 2. 单级放大器设计与调试： 学生需根据给定的增益和负载要求，独立完成偏置电路的设计计算（$R_B, R_C, R_E$），并用万用表和示波器测量其直流工作点、交流电压增益和输入输出波形。 3. 有源滤波器设计实验： 利用运放设计一个二阶巴特沃斯低通滤波器，学生需要计算元件值，搭建电路，并使用函数发生器输入不同频率的正弦波，测量不同频率下的输出电压幅值和相位，绘制实际的频率响应曲线，并与理论值进行对比分析。 4. 数字系统搭建： 利用TTL/CMOS逻辑门芯片（如74系列），搭建一个四位二进制同步加法计数器，并要求加入复位逻辑和异步清零功能。 5. ADC/DAC应用实验： 通过接口实验，学习如何使用模数转换器（ADC）将一个模拟信号（如光敏电阻的输出）数字化，并使用数模转换器（DAC）重构信号，观察量化误差。 四、 学习资源与考核建议 本书为每章理论学习提供了配套的“自测与深化思考题”，涵盖了定性分析、定量计算和电路综合设计三种题型。 实践报告要求： 实验报告不再仅限于记录“做了什么”和“得到什么数据”，而是要求学生包含： 设计思路： 详细的理论推导和元件选型依据。 测试结果： 原始数据记录，并使用专业软件（如Origin或Excel）进行数据拟合与绘图。 误差分析： 讨论实际测量值与理论值之间的差异，归纳系统误差（仪器精度）和随机误差（人为因素）的来源。 改进方案： 针对实验中遇到的问题，提出至少两种可行的优化或替代设计方案。 五、 适用对象 本书适用于电子科学与技术、通信工程、电气工程及其自动化、生物医学工程、仪器仪表等相关工科专业的本科生，作为《模拟电子技术》、《数字电子技术》或《电路原理与实验》课程的配套教材或主要参考书。同时，对自学电子工程技术的爱好者和初级工程师也具有极高的参考价值。
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