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電子電路與系統基礎(本科教材) 版權信息
- ISBN:9787302468752
- 條形碼:9787302468752 ; 978-7-302-46875-2
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>>
電子電路與系統基礎(本科教材) 本書特色
本課程是對原“電路原理”“模擬電路”“通信電路”和“數字電路”等課程重構形成的新電路原理課程,體系架構為一條主干四個分支。電路抽象為主干,包括端口或支路抽象下的電路基本定律、定理,電路方程列寫方法和電路基本分析方法,開關抽象、數字邏輯、CMOS門電路,有源、無源等。四個分支為線性電阻電路,包括電阻分壓、電橋、衰減電路,理想變壓、回旋、環行器,理想受控源、負阻、負反饋放大器,噪聲、阻抗、傳輸等;非線性電阻電路,包括二極管、晶體管,反相器、電流鏡、差分對、乘法器,CE、CB、CC組態和cascode結構,運放電路及其正負反饋應用,ADC、DAC,非線性失真,線性化處理方法等;一階動態電路,包括一階RC、RL濾波器時頻分析,半波整流器、張弛振蕩器,開關電容,延時、帶寬等;二階動態電路,包括二階RLC濾波器時頻分析,阻抗匹配與變換電路,高頻放大器,正弦波振蕩器,DC-AC,DC-DC,諧振、匹配等。
電子電路與系統基礎(本科教材) 內容簡介
為了解決膨脹的知識量與有限的學制之間的矛盾,提高教學效率和質量,培養拔尖型創新人才,清華大學電子工程系進行了全面的教學改革。在梳理出電子信息科學與技術知識構架的基礎上,構建起了全新的課程體系。本書是清華大學電子工程系核心課系列教材之一,由清華大學副校長王希勤教授作序推薦。本課程是首次將“電路原理”“模擬電路”“通信電路”“數字電路”及場路整合一體的新電路原理課程。課程以電路抽象為主干,把包括放大器、濾波器、振蕩器、數字門電路及存儲器、能量轉換電路等諸多基本單元電路掛靠在線性電阻電路、非線性電阻電路、一階動態電路、二階動態電路四個分支上。讀者通過本課程學習可在更高層面上理解、分析和設計電路。(1)將晶體管歸類于非線性電阻,使得模擬電路、通信電路課程內容可融合于電路原理新框架中,并增加了對有源、無源、穩定性等內容的討論。(2)將器件、單元電路、系統統一為單端口或多端口網絡,以網絡參量整合線性電路,以非線性的線性化處理整合非線性電路,以電路抽象為主干,以電路分析方法的展開為明線,以基本元件、受控源、負阻、開關的應用為暗線,將多門電路課程內容有機融合于一體。(3)在新框架下重新排布和解讀相關電路定律、定理和電路工作原理。
電子電路與系統基礎(本科教材) 目錄
目錄
第1章緒論1
1.1電路及其功用1
1.2電子系統構成與功能單元電路4
1.3課程內容及課程要求14
1.4習題20
第2章電阻與電源22
2.1基本電量22
2.2系統概念30
2.3端口抽象與網絡33
2.4理想電源和理想電阻41
2.5各種形式的電阻54
2.6各種形式的電源70
2.7習題78
第3章電路基本定律和基本定理85
3.1電路方程列寫的基本方法86
3.2降低方程規模的電路方程列寫方法93
3.3降低分析復雜度的等效電路法102
3.4單端口線性網絡的等效電路109
3.5對偶關系118
3.6線性受控源121
3.7線性阻性二端口網絡的等效電路134
3.8二端口網絡的連接158
3.9系統傳函163
3.10網絡分類171
3.11典型線性阻性網絡及其應用189
3.12列寫電路方程的例子218
3.13習題223
第4章非線性電阻電路237
4.1數值法: 牛頓拉夫遜迭代法238
4.2分段線性化之單端口非線性電阻: 二極管電路246
4.3分段線性化之二端口非線性電阻: 反相器和電流鏡267
4.4局部線性化之單端口非線性電阻: 負阻放大器324
4.5局部線性化之二端口非線性電阻: 晶體管放大器339
4.6解析法: 差分對放大器368
4.7741運算放大器內部電路直流分析和交流分析393
4.8習題404
第5章運算放大器422
5.1電壓轉移特性曲線的分段折線化模型423
5.2運放負反饋線性應用430
5.3運放非線性應用452
5.4習題465
第6章電路抽象475
6.1電路抽象原則475
6.2從場到路的抽象482
6.3數字抽象517
6.4習題523
第7章數字邏輯電路524
7.1組合邏輯電路525
7.2時序邏輯電路550
7.3習題567
第8章電容和電感576
8.1電容和電感的特性577
8.2時域分析: 數值法和狀態轉移相圖597
8.3頻域分析: 向量法分析619
8.4習題652
第9章一階動態電路661
9.1一階動態電路的狀態方程661
9.2線性時不變一階動態電路時頻分析662
9.3非線性一階動態電路之分段線性化分析716
9.4習題738
第10章二階動態電路751
10.1線性時不變二階動態電路時域分析753
10.2二階濾波器的時頻分析780
10.3阻抗匹配與變換電路808
10.4二階非線性動態電路之局部線性化: 高頻放大及其穩定性分析844
10.5二階非線性動態電路之準線性化: 正弦波振蕩器分析856
10.6二階非線性動態電路之分段線性化: DCAC,DCDC電路分析905
10.7習題916
附錄A938
參考文獻1028
第1章緒論
1.1電路及其功用
1.1.1電路定義
1.1.2電路功用
1. 對電能量進行處理
2. 對電信息進行處理
1.2電子系統構成與功能單元電路
1.2.1電子信息系統構成
1.2.2完成遠距離信息傳遞的射頻通信系統例
1. 需求分析
2. 系統框架
1.2.3基本功能單元電路
1. 放大器
2. 濾波器
3. 調制器和解調器
4. 振蕩器
5. 模數轉換器和數模轉換器
6. 存儲器
7. 數字信號處理器
8. 整流器
9. 穩壓器
10. 逆變器
11. 變壓器
1.3課程內容及課程要求
1.3.1內容安排
1.3.2課程體系和目標要求
1. 體系框架
2. 目標要求
1.4習題
第2章電阻與電源
2.1基本電量
2.1.1電流
1. 帶電粒子運動形成電流
2. 電流描述
3. 電流參考方向
4. 直流和交流
2.1.2電動勢
1. 電動勢驅動電荷運動
2. 電源提供能量或信號
2.1.3電壓
1. 電壓是對電場能量的描述
2. 電壓參考方向
3. 電位與參考地
4. 電壓與電動勢
2.1.4功率
2.2系統概念
2.2.1電路系統
2.2.2系統屬性
1. 線性與非線性
2. 時變與時不變
3. 記憶與無記憶
2.3端口抽象與網絡
2.3.1端口
1. 端口條件
2. 單端口網絡與多端口網絡
3. 端口描述方程形式
2.3.2端口連接
1. 串聯
2. 并聯
3. 對接
2.3.3有源網絡與無源網絡
2.4理想電源和理想電阻
2.4.1理想電壓源
1. 電路符號
2. 源關聯參考方向與圖解法
3. 恒壓源伏安特性曲線
2.4.2理想電流源
1. 恒流源電路符號和伏安特性曲線
2. 時變與時不變
2.4.3理想線性時不變電阻
1. 電阻器件與電阻元件
2. 歐姆定律
3. 功率與有效值
4. 電導
2.4.4線性內阻電源
1. 戴維南電壓源
2. 諾頓電流源
3. 等效電路
4. 額定功率: *大功率傳輸匹配
2.5各種形式的電阻
2.5.1短路和開路
1. 短路
2. 開路
3. 電路屬性
2.5.2開關
1. 單端口
2. 二端口
3. 基本應用
2.5.3PN結二極管
1. 伏安特性
2. 理想整流模型
3. 二極管半波整流電路圖解法分析
2.5.4N型和S型負阻二極管
1. N型負阻: 0/1狀態存儲器
2. S型負阻: 有記憶的開關
2.5.5晶體管: 二端口非線性電阻
1. NMOSFET電路符號及其伏安特性
2. NMOSFET反相電路分析: 圖解法和解析法
3. 對解的解析: 邏輯求非與反相放大
4. 其他類型的晶體管
2.5.6等效電阻
2.6各種形式的電源
2.6.1交流發電機
2.6.2直流電池
1. 化學電池
2. 太陽能電池
3. 線性化內阻抽象
4. 電源額定功率
2.6.3傳感器等效信號源
1. 光電二極管
2. 接收天線
3. 信號無失真
2.6.4信號發生器
2.6.5噪聲源
1. 電阻熱噪聲
2. 信噪比
2.7習題
第3章電路基本定律和基本定理
3.1電路方程列寫的基本方法
3.1.1元件約束關系方程
3.1.2元件連接關系方程
1. KCL方程
2. KVL方程
3.1.3支路電壓電流法
3.2降低方程規模的電路方程列寫方法
3.2.1支路電流法
3.2.2回路電流法
3.2.3結點電壓法
3.2.4修正結點電壓法
3.3降低分析復雜度的等效電路法
3.3.1等效電路
1. 等效電路的建立方法
2. 等效電路的描述方法
3. 一些等效電路例
3.3.2替代定理
3.3.3用等效電路簡化電路分析
1. 非線性電阻電路中的線性電阻網絡等效與簡化
2. 動態電路中的線性電阻網絡等效與簡化
3.4單端口線性網絡的等效電路
3.4.1電阻串并聯等效
3.4.2電源串并聯等效
3.4.3單端口電阻網絡的一般性等效方法
1. 加壓求流法/加流求壓法
2. 純阻網絡的純阻等效
3. 含源線性電阻網絡的戴維南源等效
3.4.4疊加定理
3.4.5戴維南諾頓定理
3.5對偶關系
3.6線性受控源
3.6.1受控源元件的引入
3.6.2理想受控源
1. 四種理想受控源
2. 受控源抽象的必要性
3.6.3有源與無源
1. 有源性來源
2. 網絡邊界對有源性的影響
3.6.4含有受控源的線性電阻網絡的戴維南諾頓定理
3.7線性阻性二端口網絡的等效電路
3.7.1戴維南等效: 阻抗參量
1. 戴維南等效
2. 阻抗參量矩陣
3.7.2諾頓等效: 導納參量
1. 諾頓等效
2. 導納參量矩陣
3. 病態網絡
3.7.3戴維南諾頓等效: 混合參量
3.7.4諾頓戴維南等效: 逆混參量
3.7.5傳輸參量
1. 同時加壓加流測試和分別加壓加流測試
2. 傳輸參量與本征增益
3. 逆傳參量
4. 噪聲系數分析例
3.7.6網絡參量之間的相互轉換
1. 轉換表格
2. 轉換公式
3. *適參量
3.8二端口網絡的連接
3.8.1串聯連接: 串串連接
3.8.2并聯連接: 并并連接
3.8.3混合連接
1. 串并連接
2. 并串連接
3.8.4級聯連接
3.9系統傳函
3.9.1傳遞函數
3.9.2輸入阻抗和輸出阻抗
3.9.3特征阻抗
3.10網絡分類
3.10.1阻性網絡和動態網絡
3.10.2線性網絡和非線性網絡
3.10.3互易網絡和非互易網絡
1. 特勒根定理
2. 互易定理
3. 互易網絡和非互易網絡
3.10.4對稱網絡和非對稱網絡
3.10.5有源網絡和無源網絡
1. 有源性定義
2. 有源二端口網絡
3. 功率增益
1) 轉換功率增益
2) 資用功率增益
3) 工作功率增益
4. *大功率增益
5. 有源性與功率增益
3.10.6無損網絡和有損網絡
1. 無損定義
2. 理想環行器: 無損網絡典型例
1) 環行器應用1: 反射型負阻放大器
2) 環行器應用2: 收發分離
3.10.7雙向網絡和單向網絡
1. 單向與雙向
2. 雙向網絡具有阻抗變換功能
3. 基本放大器: 典型的單向網絡
1) 有源性與功率增益
2) 基本放大器單向網絡的隔離作用
3) 單向化條件
4. 弱耦合網絡
3.11典型線性阻性網絡及其應用
3.11.1典型無源網絡之有損網絡
1. 分壓分流與合壓合流及其在ADC/DAC中的應用
2. 衰減器
3. 電橋電路
1) 電阻測量應用
2) 溫度傳感器例: 用電橋檢測外界物理量變化
3.11.2典型無源網絡之無損網絡
1. 理想變壓器: 理想傳輸與阻抗變換
1) 理想傳輸特性
2) 阻抗變換功能
3) 單雙端信號轉換
2. 理想回旋器: 對偶變換
3. 多端口理想變壓器: 信號無損分解與合成
3.11.3典型有源網絡
1. 線性放大器
1) 放大網絡是有源網絡
2) 放大器基本功能
3) 實現放大功能的放大器簡單模型
4) 基本電壓放大器電路符號及等效電路
2. 反饋項的消除: 雙向變單向
3. 添加反饋項: 負反饋放大器
1) 負反饋一般原理
2) 理想受控源需求下的負反饋網絡連接方式選擇
3) 負載效應
4) 線性流壓轉換器設計例
3.12列寫電路方程的例子
3.12.1線性網絡簡化后和非線性網絡對接
3.12.2線性電阻網絡簡化后和動態元件對接
3.13習題
第4章非線性電阻電路
4.1數值法: 牛頓拉夫遜迭代法
4.1.1非線性電阻保護電路例解
4.1.2牛頓拉夫遜迭代法
4.2分段線性化之單端口非線性電阻: 二極管電路
4.2.1微分電阻
4.2.2PN結二極管
1. 非線性伏安特性
2. 分段折線電路模型
3. 二極管混頻器
4. 二極管整流器
5. 二極管門電路
6. 二極管ESD保護電路
7. 二極管限幅器
4.2.3齊納二極管穩壓器
4.3分段線性化之二端口非線性電阻: 反相器和電流鏡
4.3.1晶體管分類
1. 雙極型和單極型
2. 場效應和勢效應
4.3.2MOSFET分段線性化
1. NMOS結構與端口伏安特性
1) 場效應結構及其受控機制
2) 伏安特性的三個分區
3) 元件約束方程
4) PMOS是NMOS的互補
2. NMOSFET分段線性化電路模型
1) 截止區電路模型
2) 歐姆區電路模型
3) 開關模型
4) 恒流區電路模型
5) 通過直流偏置使MOSFET工作于恒流區
6) 二極管連接方式: 恒流區
3. MOS電流源
1) 二極管提供直流偏置: 電流鏡結構
2) 電阻分壓電路提供直流偏置
3) 穩定恒流輸出: 電流鏡和負反饋
4) 厄利效應影響被忽略不計
4. MOS反相器
1) 線性/非線性偏置電阻: 圖解法
2) 線性/非線性偏置電阻: 分段折線法
3) NMOS反相器工作原理
4) CMOS反相器
5) 不同電阻偏置比較: 有源的負載
6) 反相器基本應用: 邏輯求非與反相放大
4.3.3BJT分段線性化
1. BJT結構與端口伏安特性
1) BJT結構及其伏安特性分區特點
2) NPNBJT和NMOSFET伏安特性分區對應關系
3) NPNBJT有源區端口描述方程
4) PNPBJT和NPNBJT是互補的
2. NPNBJT分段線性化電路模型
1) 截止區電路模型
2) 飽和區電路模型
3) 開關模型
4) 有源區電路模型
3. 分壓偏置電路
1) 三種典型偏置電路比較
2) 靈敏度分析
3) 兩種負反饋偏置的靈敏度分析
4. BJT電流源
1) 有源區恒流源等效
2) 分壓偏置: 串聯負反饋結構
3) 二極管偏置: 電流鏡結構
5. BJT反相器
4.4局部線性化之單端口非線性電阻: 負阻放大器
4.4.1局部線性化原理
1. 泰勒展開線性項
2. 交直流分析
3. 先直流非線性分析獲得直流工作點
4. 再在直流工作點上做交流小信號分析
5. 交直流分析不同于疊加定理
4.4.2負阻放大器
1. 交直流分析
2. 耦合電容和射頻扼流圈
3. 直流功率到交流功率的轉換
4. 線性度描述: 總諧波失真與1dB線性范圍
4.5局部線性化之二端口非線性電阻: 晶體管放大器
4.5.1局部線性化原理
1. 泰勒展開與交直流分析
2. 有源區晶體管交直流分析電路模型
1) BJT電路模型
2) MOSFET電路模型
3. 交直流分析的一般工作流程
4.5.2晶體管放大器
1. CE組態放大器交直流分析例
2. CE組態晶體管理想跨導器模型
3. 放大器的二端口網絡抽象
4. 有源性來源
5. 負反饋分析
6. 有源負載
7. 三種組態
1) CE組態: 跨導器模型
2) CB組態: 電流緩沖器模型
3) CC組態: 電壓緩沖器模型
4) 三種組態小結
8. 典型雙晶體管跨導器
1) cascode結構(CSCG級聯)
2) CCCB雙管組合結構
3) CCCE級聯結構
4) Darlington復合管
電子電路與系統基礎(本科教材) 作者簡介
李國林,清華大學電子工程系副教授。于1993年、2002年獲得清華大學電子工程系電磁場與微波技術專業學士、碩士和博士學位。2002年入職清華大學電子工程系電路與系統研究所至今,主要從事電路與系統、電子醫療、人機交互等方面的研究工作。2003年至今,本科生專業基礎課程“通信電路”主講教師之一,該課程于2009年、2010年分獲清華大學、北京市和國家精品課稱號。2011年至今,教改課程本科生專業核心課“電子電路與系統基礎”課程負責人和主講教師,2014年獲清華大學第5屆“清韻燭光我最喜愛的教師”稱號。
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