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第一篇 电子线路基础 1

第一章 绪论 1

1.1 课程目标 1

1.2 电子信息系统的基本概念 2

1.2.1 系统的基本概念 2

1.2.2 信号与信号处理 2

1.3 电子信息系统 6

1.3.1 电子信息系统的组成 6

1.3.2 模型化分析方法 11

1.3.3 电子信息系统的实现 11

1.4 教材的结构与使用 12

1.4.1 电子线路基础 12

1.4.2 信息系统基础 13

习题 13

第二章 线性网络及电路模型 14

2.1 网络和基尔霍夫定律 14

2.1.1 网络 14

2.1.2 基尔霍夫电流定律(KCL) 14

2.1.3 基尔霍电压定律(KVL) 15

2.2 单口器件、单口网络的电压电流关系及电路定理 16

2.2.1 概述 16

2.2.2 线性电阻 16

2.2.3 理想独立电源 18

2.2.4 短路和开路 19

2.2.5 线性叠加原理 20

2.2.6 非理想独立电源 22

2.2.7 等效电源定理 26

2.3 双口网络的输入、输出及传输特性 32

2.3.1 概述 32

2.3.2 受控源 33

2.3.3 控制与放大 37

2.3.4 反馈 41

2.4 电容和电感 43

2.4.1 正弦信号 43

2.4.2 电容 47

2.4.3 电感 51

2.4.4 RC电路的响应 55

习题 61

第三章 运算放大器 68

3.1 概述 68

3.1.1 运算放大器的电路符号 68

3.1.2 运放的电压传输特性和电路模型 69

3.1.3 理想运算放大器 70

3.1.4 运放的输入方式 70

3.2 运放的线性应用电路 71

3.2.1 运放线性工作条件及分析方法 72

3.2.2 反相放大器和电压跟随器 74

3.2.3 模拟放大器和减法器 75

3.2.4 积分器和微分器 77

3.3 运放的非线性应用电路 81

3.3.1 比较器 81

3.3.2 施密特触发器 84

3.3.3 方波发生器 86

3.4 实际运放 87

3.4.1 失调电压及其源移 87

3.4.2 偏置和失调电流 88

3.4.3 共模抑制比 89

3.4.4 饱和电压和电流 90

3.4.5 转换速率 90

习题 91

第四章 半导体二极管及其应用 95

4.1 PN结 95

4.1.1 本征半导体 95

4.1.2 杂质半导体 96

4.1.3 PN结的形成 98

4.1.4 PN结的特性 99

4.2 半导体二极管 102

4.2.1 二极管的结构和特性 102

4.2.2 二极管大信号模型 103

4.2.3 二极管偏置 103

4.2.4 二极管电阻 104

4.3 二极管的应用电路 106

4.3.1 整流电路与电容滤波 106

4.3.2 限幅电路 111

4.3.3 对数和反对数运算电路 111

4.3.4 稳压电路 112

习题 115

第五章 晶体管及其小信号放大 118

5.1 双极型晶体管(BJT) 118

5.1.1 晶体管的放大工作原理 119

5.1.2 共发射电压电流关系曲线 122

5.2 单极小信号放大 124

5.2.1 单级共射放大电路的工作原理和组成 124

5.2.2 静态工作的估算 128

5.2.3 交流小信号分析 129

5.2.4 单级共静放大电路的频率响应 133

5.2.5 带有RE的共射放大电路 141

5.3 场效应晶体管的工作原理及其放大电路分析 144

5.3.1 MOS 场效应晶体管 145

5.3.4 结型场效应晶体管 149

5.3.3 场效应管放大电路分析 151

5.4 电压跟随器 155

5.5 电流源电路 159

5.5.1 基本电流源电路 159

5.5.2 有源负载放大电路 163

5.6 多级放大电路 164

5.6.1 级间耦合方式 164

5.6.2 多级放大电路的中频增益和输入、输出电阻 166

5.6.3 多级放大电路的频率响应 168

习题 170

第六章 晶体管的大信号应用 179

6.1 功率放大电路 179

6.1.1 概述 179

6.1.2 简单的甲类功率放大电路 180

6.1.3 乙类互补对称功率放大电路 182

6.1.4 交越失真 187

6.2 模拟电子开关电路 189

6.2.1 概述 189

6.2.2 BJT模拟开关 190

6.2.3 MOS FET 模拟开关 195

习题 200

第七章 信号发生电路 203

7.1 正弦波发生电路 203

7.1.1 正弦波振荡器的基本原理 203

7.1.2 RC 正弦波振荡器 206

7.1.3 LC 正弦波振荡器 208

7.1.4 石英晶体正弦波振器 213

7.2 非正弦波发生电路 217

7.2.1 方波和三角波发生电路 217

7.2.2 矩形波和锯齿波发生电路 220

习题 221

第八章 模拟乘法器及其应用 226

8.1 模拟乘法器概述 226

8.1.1 模拟乘法器的基本概念 226

8.1.2 模拟乘法器的特性 226

8.2 模拟乘法器在模拟信号运算中的应用 227

8.2.1 除法运算 228

8.2.2 平方和平方根运算 228

8.2.3 均方根运算 229

8.3 模拟乘法器在通信系统中的应用 230

8.3.1 调制和解调的一般概念 230

8.3.2 振幅调制 231

8.3.3 同步检波 232

8.3.4 混频器 233

8.4 模拟乘法器的其他一些应用 234

8.4.1 可控增益放大器 234

8.4.2 绝对值电路 235

8.4.3 压控方波三角波发生器 235

习题 236

第九章 组合逻辑电路 237

9.1 数字信号与数字电路 237

9.1.1 数字信号 237

9.1.2 数字电路 237

9.2 逻辑代数 238

9.2.1 逻辑变量 238

9.2.2 基本逻辑运算 238

9.2.3 逻辑函数 239

9.2.4 逻辑代数的常用公式 240

9.2.5 逻辑函数的化简 241

9.2.6 逻辑函数的最小项 242

9.2.7 逻辑关系的图形表示法：卡诺图 243

9.2.8 不完全定义的逻辑函数 247

9.3 逻辑门电路 248

9.3.1 基本逻辑门电路 248

9.3.2 集成逻辑门 250

9.4 组合逻辑电路 255

9.4.1 组合逻辑电路的分析 256

9.4.2 组合逻辑电路的设计 257

9.5 加法器 257

9.5.1 数制 257

9.5.2 1位二进制加法器 259

9.5.3 多位二进制加法器 260

9.6 数值比较器 261

9.7 编码器 263

9.7.1 BCD 码 263

9.7.2 8421 BCD 码编码器 264

9.7.3 二进制码器 265

9.8 译码器 267

9.8.1 3 线-8 线二进制译码器 268

9.8.2 4 线-16 线二进制译码器 268

9.9 数据选择器 270

9.10 数据分配器 272

9.11 半导体数码显示管和译码驱动电路 273

9.11.1 七段半导体数码管 273

9.11.2 BCD 七段译码器 273

习题 275

第十章 时序逻辑电路 280

10.1 触发器 280

10.1.1 基本触发器 280

10.1.2 时钟触发器 281

10.1.3 J-K 触发器 282

10.1.4 D 触发器 283

10.1.5 T 触发器 285

10.1.6 时钟触发器的直接预置端 285

10.1.7 时钟触发器的时间参数 286

10.2 时序逻辑电路 287

10.2.1 时序逻辑电路的结构和分类 287

10.2.2 时序逻辑电路的分析 288

10.2.3 寄存器 292

10.2.4 移位寄存器 293

10.2.5 计数器 294

10.3 随机存取存储器(RAM) 300

10.3.1 RAM 的结构 300

10.3.2 RAM 的存储单元 300

10.4 只读存储器(ROM) 303

10.4.1 MOS-ROM 303

10.4.2 可编程只读存储器(EPROM) 304

10.4.3 用ROM实现组合逻辑 306

10.4.4 用ROM和触发器实现时序逻辑 307

10.5 可编程逻辑器件简介 308

习题 310

第二篇 信息系统基础 315

第十一章 传感器及其应用 315

11.1 概述 315

11.1.1 非电量测量的实现与传感器 315

11.1.2 传感器及其发展概况 315

11.1.3 传感器的分类 316

11.2 温度传感器 317

11.2.1 温度传感器的分类、基本工作原理及其选择 317

11.2.2 三极管温度传感器和IC温度传感器的应用 319

11.2.3 热敏电阻温度传感器的应用 321

11.3 光传感器 324

11.3.1 光传感器的分类、基本工作原理及其选择 324

11.3.2 单一型传感器和复合型光传感器的应用 328

11.4 压力传感器 332

11.4.1 压力传感器的分类、基本工作原理及其选择 332

11.4.2 应变片压力传感器及其应用 333

11.4.3 扩散型半导体压力传感器及其应用 335

11.5 流量传感器 336

11.5.1 流量传感器的分类、基本工作原理及其选择 336

11.5.2 机械流量传感器及其应用 337

11.5.3 超声流量传感器及其应用 338

11.6 位移/加速度传感器 341

11.6.1 位移/加速度传感器的分类、基本工作原理及其选择 342

11.6.2 位移传感器及其应用 344

11.6.3 加速度传感器及其应用 347

11.7 其他非电量传感器 350

11.7.1 光电式表面传感器及其应用 351

11.7.2 电涡流式厚度传感器及其应用 351

11.7.3 超声波传感器及其应用 352

11.7.4 PVDF 心音脉搏传感器及其应用 353

习题 355

第十二章 信号预处理电路 357

12.1 概述 357

12.1.1 信号预处理的性能要求 357

12.1.2 信号预处理电路的组成 358

12.2 信号放大电路 359

12.2.1 差分信号放大电路 359

12.2.2 测量放大器电路 364

12.3 信号滤波电路 366

12.3.1 滤波的基本概念 366

12.3.2 一阶有源滤波器电路 369

12.3.3 二阶有源滤波器电路 370

习题 377

第十三章 数据采集系统 380

13.1 概述 380

13.1.1 数据采集系统及其组成 380

13.1.2 数据采集的理论基础--采样定理 382

13.2 信号的选择输入 382

13.2.1 多路模拟开关在信号选择输入中的应用 382

13.2.2 多路模拟开关的等效电路与参数 383

13.2.3 两种常用的多路模拟开关及其特性 385

13.3 采样-保持 386

13.3.1 采样-保持器的基本原理 386

13.3.2 采样-保持器的参数 387

13.3.3 LF198的主要特性、典型连接和使用 388

13.4 数模转换和模数转换 390

13.4.1 数模转换的基本工作原理 390

13.4.2 R-2R型网络DAC 391

13.4.3 DAC的主要性能指标 393

13.4.4 集成DAC应用举例 394

13.4.5 模数转换的实现步骤及其分类 396

13.4.6 逐次比较型ADC的工作原理 397

13.4.7 双积分型ADC的工作原理 398

13.4.8 ADC的主要性能指标 400

13.4.9 集成ADC应用举例 401

13.5 数据采集系统与微机的接口 403

13.5.1 数据采集系统对微机接口的要求 403

13.5.2 典型数据采集系统的微机接口电路 404

习题 409

第十四章 电子信息系统的设计 412

14.1 设计方法概述 412

14.1.1 系统结构的配置选择 412

14.1.2 典型的模拟输入/输出系统 416

14.1.3 地线布置、电源退耦和计算机总线使用的考虑 417

14.2 设计举例 420

14.2.1 热电偶温度测量系统设计 420

14.2.2 采用Intel 8086 的典型数据采集系统 423

14.2.3 数字化的语音处理系统 428

参考文献 435