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出版者:蓝色畅想

作者:李相银 编

出品人:

页数:408

译者:

出版时间:2005-3

价格:27.40元

装帧:

isbn号码:9787040155686

丛书系列:

图书标签:

• 大学物理
• 物理实验
• 实验教学
• 高等教育
• 理工科
• 物理学
• 实验报告
• 教学参考书
• 大学生
• 实践教学

现代电子学原理与应用：从基础到前沿 本书导论： 在信息技术飞速发展的今天，电子学作为现代工程技术的核心基石，其重要性不言而喻。本书旨在为读者构建一个全面、深入且实用的现代电子学知识体系。我们摒弃了传统教材中过于抽象和孤立的理论讲解模式，转而采用“理论与实践紧密结合”的教学路径，力求让读者在掌握扎实基础知识的同时，能够理解并掌握当前电子系统设计与应用中的关键技术和前沿发展。本书内容覆盖了从基础的半导体器件物理到复杂的集成电路设计与系统集成，力求实现知识的系统性、前沿性和实用性的高度统一。 第一部分：半导体器件的微观世界与宏观特性（器件物理基础） 本部分是理解所有现代电子系统的物理根基。我们首先深入探讨半导体材料的能带理论，清晰阐述本征半导体、N型和P型掺杂的微观机理，为后续理解PN结和晶体管的工作原理奠定坚实的物理基础。 第1章：半导体基础物理 能带理论的再审视： 重点解析导带、价带与禁带的形成机制，区分导体、绝缘体和半导体的物理本质差异。 载流子输运现象： 详细分析漂移电流（依赖电场）和扩散电流（依赖浓度梯度）的数学描述，引入载流子迁移率的概念及其温度依赖性。 杂质与掺杂工艺： 剖析不同类型施主和受主杂质在硅晶格中的行为，解释有效质量与密度梯度对器件特性的影响。 第2章：PN结与二极管 PN结的形成与平衡态： 深入探讨耗尽层、内建电场的形成过程，并精确推导平衡状态下的费米能级。 二极管的伏安特性： 细致分析少子与多子对导电过程的贡献，推导著名的肖克利方程，并重点讨论其局限性与修正模型（如高注入效应）。 实用二极管的应用与限制： 覆盖齐纳二极管（稳压原理）、肖特基二极管（高速应用）和光电二极管（光电转换机制）的特性分析与电路设计考量。 第3章：双极性晶体管（BJT） BJT的物理结构与工作区： 从共源、共基、共射三种组态入手，阐述积极区、截止区和饱和区的物理边界。 Ebers-Moll模型与简化模型： 介绍经典的Ebers-Moll模型用于精确仿真，同时提供适用于电路分析的混合$pi$模型，强调跨导 $g_m$ 和电流增益 $eta$ 的物理意义。 高频特性分析： 引入米勒效应和极点、零点分析，解释BJT在GHz频率下的性能衰减机制，并介绍用于射频电路的$f_T$和$f_{alpha}$参数。 第二部分：场效应晶体管与线性放大电路设计（模拟前端） 本部分聚焦于当前主流的MOSFET器件，并将其应用于构建高性能的模拟放大电路。我们着重于理解MOSFET的亚阈值导电、沟道长度调制等非理想效应，并以此为基础进行精确的偏置和反馈设计。 第4章：金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET） MOS电容器的C-V特性： 详述理想MOS电容器的四种工作状态（积累、耗尽、弱反型、强反型），这是理解MOSFET开关特性的关键。 MOSFET的I-V特性： 深入分析线性区、饱和区的导电机制，并详细剖析短沟道效应（如阈值电压随沟道长度的变化）对器件性能的影响。 CMOS工艺基础： 简要介绍互补金属氧化物半导体（CMOS）的制造流程，解释其在低功耗方面的核心优势。 第5章：单级与多级放大器设计 偏置电路与工作点确定： 教授电流镜（Current Mirror）的精确设计，确保晶体管稳定工作在饱和区，并讨论匹配的重要性。 基本放大电路分析： 对共源极、共栅极和共源共栅（Telescopic Cascode）进行增益、带宽和输入输出阻抗的系统分析。 多级放大器的反馈理论： 引入波特图、相位裕度和增益带宽积（GBW）的概念，教授如何使用负反馈稳定放大器性能并优化瞬态响应。 第6章：运算放大器（Op-Amp）的深入剖析 经典双极性与CMOS运放结构： 详细分析两级推挽结构（如Miller补偿运放）的内部结构，重点讲解补偿电容的作用。 理想与非理想参数： 系统梳理输入失调电压、共模抑制比（CMRR）、电源抑制比（PSRR）以及摆幅（Slew Rate）的物理来源和对电路性能的限制。 关键性能指标的权衡： 讨论在特定应用场景下（如高精度测量、高速数据采集）如何通过结构选择来优化性能指标间的冲突。 第三部分：数字电子系统与逻辑电路（数字核心） 本部分将重点放在数字电路的构建模块——逻辑门，并延伸到更为复杂的组合逻辑和时序逻辑电路的设计与分析，强调低功耗与高速化的设计策略。 第7章：CMOS逻辑门电路 静态CMOS逻辑门： 详细分析NMOS下拉网络（Pull-Down Network, PDN）和PMOS上拉网络（Pull-Up Network, PUN）的设计规则，推导其噪声容限。 传输门与动态CMOS： 介绍传输门（Transmission Gate）在信号切换中的应用，以及对锁存器（Latch）的设计与时序约束。 低功耗数字设计： 探讨亚阈值偏置、电压缩放（Voltage Scaling）以及时钟门控（Clock Gating）技术在降低动态和静态功耗中的作用。 第8章：组合逻辑与可编程逻辑 布尔代数与逻辑优化： 运用卡诺图和Quine-McCluskey方法化简复杂逻辑表达式，强调对竞争与冒险现象的消除。 加法器与数据选择器： 讲解全加器、多比特加法器的串行与并行结构，并分析数据选择器（Multiplexer）作为通用逻辑模块的应用。 可编程逻辑器件（PLD）概述： 简要介绍可编程逻辑阵列（PLA）和现场可编程门阵列（FPGA）的基本结构和设计流程。 第9章：时序逻辑与存储单元 基本触发器： 从SR锁存器到主从式D触发器，阐述其建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的约束条件。 寄存器与移位寄存器： 教授如何利用D触发器构建数据存储单元和高速数据处理结构。 时序逻辑电路分析： 掌握同步时序电路的状态图、状态表绘制方法，以及如何避免亚稳态的发生。 第四部分：电源管理与系统集成（前沿应用） 电子系统的可靠运行离不开稳定、高效的电源管理。本部分聚焦于开关电源技术和系统级的信号完整性问题。 第10章：开关模式电源（SMPS） 线性稳压器（LDO）的局限性： 对比LDO与SMPS在效率、发热和电压调整范围上的根本差异。 核心Buck与Boost变换器： 深入分析Buck（降压）和Boost（升压）变换器的连续导通模式（CCM）和不连续导通模式（DCM）下的工作原理和设计公式。 反馈控制与环路补偿： 介绍如何利用Type II或Type III补偿器对开关电源的输出环路进行补偿，以确保系统稳定性和瞬态响应。 第11章：信号完整性与电磁兼容性（EMC）基础 传输线理论在PCB设计中的应用： 阐述高频信号下的PCB走线不再是简单的导线，而是传输线，并引入特征阻抗匹配的概念。 反射与串扰： 分析阻抗不匹配导致的信号反射，以及相邻走线间的耦合（串扰）对数字信号质量的破坏。 电源完整性（Power Integrity）： 讨论去耦电容的选择原则、布局策略，以及如何最小化电源网络中的电压跌落（PDN Impedance）。 总结与展望： 本书的构建旨在提供一个完整的电子工程知识循环：从微观的半导体物理出发，过渡到电路功能实现（模拟与数字），最终落脚于系统级的高效能与可靠性（电源与信号完整性）。通过对这些核心知识点的深入挖掘和实际案例的穿插，读者将能够从容应对日益复杂化的现代电子系统设计挑战，为未来在集成电路、嵌入式系统或射频通信等领域深造打下坚实基础。

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阅读《大学物理实验》的过程中，我产生了一种强烈的“求知欲”，这得益于其章节间逻辑的严密构建和知识体系的层层递进。它不是孤立地介绍各个实验，而是将它们有机地串联起来，形成一个完整的物理知识网络。例如，在学习完电磁感应定律的实验后，后续的交流电特性分析实验便能水到渠成地展开，读者能够清晰地看到新知识是如何建立在旧知识基础上的。这种结构设计，极大地增强了知识的迁移能力。对我而言，最惊喜的是书中对“模型假设”的坦诚讨论。作者从不回避物理模型的局限性，比如在简谐振动实验中，会明确指出空气阻力、弹性形变的非理想性等因素是如何偏离理论模型的。这种坦诚不仅增加了科学的真实感，更重要的是，它启发我们去思考：如何通过更复杂的实验或更精密的数学工具来逼近真实的物理世界。这种对科学本质的深入探讨，让这本书的价值远超一本简单的实验指导用书。

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这本书的装帧设计和排版风格也值得称赞，它在保证专业性的同时，兼顾了阅读的舒适度和学习的愉悦感。相较于以往那些只有黑白文字和简陋线条图的教材，这本《大学物理实验》采用了高质量的彩色插图和清晰的示意图，特别是那些涉及三维空间力学和光学折射的图示，色彩分明，立体感十足，极大地降低了空间想象的难度。此外，书中的“拓展阅读”部分，虽然不属于核心实验内容，却提供了许多与现代科技发展相关的物理实验案例，比如对新型传感器的应用，这让我看到了基础物理实验知识在未来科技领域中的无限潜力。它成功地架起了一座从经典物理通往现代科技的桥梁，让我意识到我们所学的每一个基本原理，都可能在未来的某个高精尖领域中发挥关键作用。总而言之，这是一本集严谨性、实用性、启发性于一身的优秀教材，是物理实验学习者的理想伙伴。

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这本书的实用性简直无懈可击，从实验室的设备选择到安全规范的强调，都体现了编者对教学一线经验的深刻洞察。我特别喜欢它在介绍复杂仪器操作时的那种“手把手”的细致程度。比如在处理高精度电位差计时器时，书中不仅配有清晰的实物图，还标注了各个接口的功能和注意事项，避免了许多新手在实际操作中因为误操作而浪费时间甚至损坏仪器的窘境。相比之下，我之前用的那本实验指导书，只是一味地要求我们“连接电路”，却从不解释为什么这个连接方式是最佳的，导致我总是感到战战兢兢。而这本《大学物理实验》的讲解，总是带着一种“预判”的智慧，它仿佛知道学生在哪个环节会感到困惑，并提前给出了解答或警示。这种前瞻性的编辑思路，极大地提升了实验课的流畅度和效率，让课堂时间真正聚焦于物理概念的理解和数据的分析，而不是被繁琐的设备调试所占据。

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这本《大学物理实验》实在是让我大开眼界，它不仅仅是一本枯燥的实验手册，更像是一把开启物理世界奥秘的钥匙。初翻开来，我就被其中详实而严谨的步骤深深吸引。比如关于测量误差的分析部分，作者没有简单地罗列公式，而是通过几个非常贴近实际的例子，把“不确定度”这个概念讲得深入浅出。我记得我以前在中学做实验时，总是对那些小数点后的数字感到困惑，总觉得是多余的计算，但读了这本书，我才明白精度的背后蕴含着对物理规律的敬畏和对测量工具的深刻理解。那些关于数据处理的章节，排版清晰，图表制作精良，即便是初次接触这些复杂计算的学生，也能循着清晰的逻辑链条，一步步掌握如何从原始数据中提炼出有意义的物理结论。更让我欣赏的是，它在每个实验的介绍部分，都会回顾相关的基本物理理论，确保我们不仅仅是“动手做”，更是“动脑想”，真正理解我们正在验证或探索的是什么物理原理。这种理论与实践完美结合的编排方式，极大地提升了学习的效率和兴趣，让我对物理实验不再抱有畏惧心理，而是充满了探索的欲望。

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我必须承认，我对物理实验的理解，在接触到这本《大学物理实验》之前，还停留在机械重复和简单记录的阶段。这本书的价值在于，它彻底颠覆了我对“实验”的刻板印象，将其提升到了科学研究的入门高度。我尤其欣赏书中对实验设计和结果讨论部分的侧重。它不像有些教材那样，只是提供一个标准答案，而是引导读者思考“如果条件改变会怎样？”、“如果我们的测量方法有缺陷，会对结果产生多大影响？”。在关于洛伦兹力的演示实验中，书里详细分析了几种不同的线圈形状可能带来的系统误差，这迫使我们必须跳出预设的框架去审视实验的每一个细节。这种批判性思维的培养，远比记住几个实验步骤来得重要。它教会我的，是如何像一个真正的研究者那样去思考问题，如何设计一个能够排除干扰、最大化信息产出的实验方案。这种思维方式的转变，对于任何理工科学生来说，都是一笔无价的财富，它让实验从“任务”变成了“课题”。

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谁是不是也嚷嚷抄实验报告是浪费生命？

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