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微型计算机组织与接口技术，ISBN：9787302104254，作者：李保红等编
《电路基础与电子系统设计》 内容简介 本书旨在为读者提供坚实的电子技术理论基础与实用的电路设计能力，内容涵盖从基础的电路分析到复杂的系统集成，侧重于培养工程实践能力与解决实际问题的思维。全书结构严谨，逻辑清晰，适合作为电子工程、通信工程、自动化、仪器仪表等相关专业本科生及研究生教材，亦可作为电子技术领域工程师、技术人员的参考手册。 第一部分：电路理论基础与分析 本部分深入浅出地讲解了电路分析的核心原理与方法，为后续的电子元器件与系统设计奠定理论基石。 第一章：电路的基本概念与元件 本章首先界定电路的基本组成要素——电压、电流、电阻、电容和电感。详细阐述了欧姆定律、基尔霍夫定律（KCL和KVL）在直流和交流电路中的应用。重点分析了电阻、电容、电感这三大无源元件的特性、存储能量机制以及它们在时域和频域中的表现。此外，引入了理想电压源和理想电流源的概念，并探讨了受控源在模型构建中的重要性。对功率和能量的计算与损耗机制进行了详尽的阐述，为理解电路效率打下基础。 第二章：电路的分析方法 本章系统地介绍了分析复杂电路的工具箱。首先讲解了节点电压法和网孔电流法，这是解决多回路电路的常用高效方法。随后，引入了叠加定理、戴维南定理和诺顿定理，这些定理极大地简化了对复杂网络中特定元件的分析。对于包含非线性元件的电路，简要介绍了图论方法在电路拓扑结构分析中的应用。本章通过大量实例，展示如何运用这些工具快速准确地求解电路的稳态和瞬态响应。 第三章：一阶与二阶电路的暂态分析 本部分聚焦于电路的动态特性。对于一阶RLC电路，深入分析了时间常数的物理意义及其对响应速度的影响。讲解了零输入响应、零状态响应和全响应的求解过程。对于二阶电路（RLC串联和并联），分析了特征方程的建立，并详细区分了过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种响应模式，解释了振荡现象的产生机理及其控制方法。本章强调了初始条件在确定瞬态解中的关键作用。 第四章：正弦稳态分析与相量法 本章将分析方法扩展到交流电路。核心内容是相量法的应用，通过将时域信号转换为频域的复数表示，将微分方程求解转化为代数方程求解，极大地简化了分析过程。详细讲解了交流电压、电流的有效值、相位差的概念。重点分析了电阻、电感、电容在正弦激励下的阻抗（Impedance）和导纳（Admittance）特性，并分析了RLC串联和并联谐振电路的现象、带宽和品质因数（Q值），这是滤波器设计的基础。 第二部分：半导体器件与模拟电子技术 本部分深入研究构成现代电子系统的核心有源器件——半导体，并讲解了如何利用这些器件实现信号的放大、滤波和运算。 第五章：半导体物理基础与二极管 本章从能带理论角度概述了导体、半导体和绝缘体的区别，重点介绍了PN结的形成、单向导电性、势垒电压和反向击穿现象（雪崩击穿和齐纳击穿）。详细讨论了二极管的理想模型、大信号模型和精细模型，并分析了其在整流（半波、全波、桥式）、限幅和钳位电路中的应用。同时，介绍了稳压二极管（齐纳管）在简单稳压电路中的应用原理。 第六章：双极性结型晶体管（BJT） 本章详述了BJT的结构、工作原理和基本工作区（截止区、饱和区、放大区）。重点分析了BJT的三种基本组态（共射极、共基极、共集电极），并对每种组态的输入输出阻抗、电流增益和电压增益进行了对比分析。详细讲解了BJT直流偏置电路的设计，特别是分压式偏置电路，以确保晶体管工作在稳定的放大区。随后，引入了BJT的小信号模型（$r_e$模型和混合$pi$模型），用于分析其在不同组态下的频率响应和动态性能。 第七章：场效应晶体管（FET） 本章聚焦于MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的原理和应用。讲解了增强型和耗尽型MOSFET的结构、阈值电压的概念以及其工作特性。重点分析了MOSFET作为放大器件的共源、共栅和共源共漏（源极跟随器）组态的特点。由于其输入阻抗极高，FET在输入级设计中具有不可替代的优势。本章也涵盖了JFET（结型场效应晶体管）的基础知识及其在低噪声放大器设计中的潜力。 第八章：运算放大器（Op-Amp）及其经典应用 本章将运算放大器作为理想器件进行分析，并介绍其实际的非理想特性（如输入阻抗、输出阻抗、开环增益、共模抑制比等）。详尽讲解了基于反馈机制的负反馈对放大器性能的改善作用。核心内容包括：理想和实际的反相放大器、同相放大器、电压跟随器、加法器、减法器。接着深入分析了有源滤波器的设计，包括一阶和二阶Sallen-Key滤波器（低通、高通、带通），并讨论了运算放大器在比较器和波形发生电路中的应用。 第三部分：数字电子基础与逻辑电路 本部分转向电子信息处理的核心——数字逻辑，为理解计算机系统的工作原理打下基础。 第九章：数制、编码与布尔代数 本章系统介绍了数字系统中使用的各种数制（二进制、八进制、十六进制）及其相互转换。讲解了数据的表示方法，包括BCD码、格雷码和ASCII码。布尔代数是数字逻辑的数学语言，本章详细讲解了布尔代数的基本定律、公理以及逻辑函数的表示方法（真值表、代数表达式）。引入了标准形式——最小项（SOP）和最大项（POS）的概念。 第十章：组合逻辑电路设计 本章专注于设计不含存储元件的组合电路。首先介绍实现基本逻辑功能的门电路（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）。接着，利用卡诺图（K-Map）系统学习化简布尔代数表达式的方法，这是实现最简电路的关键。随后，介绍标准集成电路芯片，如编码器、译码器、数据选择器（MUX）和数据分配器（DEMUX）的功能与应用。最后，讲解了算术逻辑单元的基础，如半加器和全加器，以及多位加法器的构建。 第十一章：时序逻辑电路与存储元件 本章研究涉及时间依赖性的电路，即具有记忆功能的电路。核心是触发器（Flip-Flop）的分析与设计，包括SR, JK, D, T触发器的状态转移表、特性方程和逻辑图。分析了由触发器构成的寄存器和移位寄存器，它们用于数据的暂时存储和并行/串行转换。重点讲解了异步和同步计数器的设计，包括模N计数器的实现，以及如何利用反馈控制触发器状态来实现特定的计数序列。 第十二章：时序系统的状态图与时序分析 本章将组合逻辑和时序逻辑结合起来，进行系统级的设计。引入了有限状态机（FSM）的概念，并详细讲解了如何使用状态图和状态表来描述和设计复杂的控制逻辑。系统地介绍了Mealy模型和Moore模型，分析了两者在输出产生时机上的区别。同时，对时序电路的可靠性进行了分析，包括建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的要求，以及如何识别和消除竞争冒险（Hazard）现象，确保系统在高速工作下的正确性。 第四部分：接口技术与系统集成 本部分将理论知识应用于实际的输入输出控制和数据采集系统，侧重于如何将物理世界（模拟信号）与信息处理核心（数字系统）进行有效的桥接。 第十三章：数据转换技术 本章是连接模拟世界与数字世界的关键技术。详细介绍了模/数（A/D）转换器的原理和主要类型，包括双积分型、逐次比较型等，分析了它们的分辨率、转换速度和精度。反之，详细讲解了数/模（D/A）转换器的结构，特别是加权电阻型和R-2R梯形网络的工作原理。讨论了采样定理（Nyquist-Shannon）在数据采集中的基础意义，并分析了量化误差和孔径效应等实际问题。 第十四章：数据传输与总线基础 本章探讨了数据如何在不同单元之间可靠传输。系统分析了不同类型的总线结构，如串行通信接口（如UART、SPI、I2C）的协议、时序和硬件实现。详细阐述了并行总线的工作机制，包括地址总线、数据总线和控制总线的仲裁、时序控制和握手协议。重点分析了中断机制的工作流程，包括中断请求的产生、优先级编码和中断服务程序的执行过程，这是高效I/O处理的核心。 第十五章：存储器原理与访问 本章聚焦于电子系统中的信息存储。分析了静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的基本单元结构、读写操作的时序要求和刷新机制。讲解了存储器的译码寻址、容量扩展（位扩展和字扩展）方法。此外，对只读存储器（ROM, PROM, EPROM, Flash Memory）的特性、擦除/写入技术及其在固件存储中的作用进行了比较和分析。 全书通过大量的工程实例和基于标准元器件的分析，确保读者不仅理解“为什么”，更能掌握“如何做”，为从事电子系统设计、嵌入式开发和自动化控制的实践工作打下坚实的基础。
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