應用電子學(第二版)(精裝本) 

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楊善國 
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具体描述

  作者依教學經驗及專業知識,並為兼顧學習內容及學習效果,本書由最基礎的半導體材料及PN接面開始講起,到雙層元件(二極體)、三層元件(電晶體)、四層元件(閘流體)、線性積體電路-OP,到常用的應用電路包括:運算放大器構成之應用電路、電壓調整器、主動濾波器、功率放大器等,使學生可習得電子元件及其構成電路的基礎知識。另修習本科目的學生可能來自不同的專業背景,對電學的觀念及基礎或有所不同,為顧及對電學較生疏學生的需要,特別增加「電學基本概念複習」一章(第零章),使學生具有起碼的電路基礎,以協助學生進入電子電路之領域,並助益往後的教學。 
 
本書特色
 
  1.本書由最基礎的半導體材料及PN接面開始講起,到雙層元件(二極體)、三層元件(電晶體)、四層元件(閘流體)、線性積體電路-OP,到常用的應用電路,使學生可習得電子元件及其所構成電路的基礎知識。
 
  2.修習本科目的學生可能來自不同的專業背景,對電學的觀念及基礎或有不同,特別增加「電學基本概念複習」,使學生具有基礎的電路概念,以協助學生進入電子電路之領域,並助益往後的教學。
 
  3.本書適用大學、科大機械、自動化科系『應用電子學』、『電子學』課程使用。
理论与实践的交汇:当代工程科学前沿探索 本书聚焦于信息技术、能源转化与先进制造等核心领域,旨在为读者构建一个全面、深入且具有前瞻性的工程科学知识体系。全书内容严格围绕最新的学术研究成果和工业应用标准进行组织,力求在理论深度与工程实践之间架起坚实的桥梁。 第一部分:高级信号处理与通信理论的革新 本部分深入探讨了现代通信系统与数据分析背后的数学基础与算法实现。我们首先回顾了经典的傅里叶分析、小波变换在非平稳信号处理中的局限性,随后引入了分数阶微积分在信号建模中的应用。这部分内容详细阐述了如何利用非整数阶导数更精确地描述具有记忆效应和长程依赖性的物理系统,如粘弹性材料的振动模型或复杂电磁环境下的信道衰落。 核心章节集中在自适应滤波与机器学习的融合。我们不仅详述了LMS、RLS等经典算法的优化策略,更着重介绍了基于深度学习的信道均衡技术。具体而言,对递归神经网络(RNN)在动态信道跟踪中的性能优势进行了量化分析,并提出了改进的注意力机制(Attention Mechanism)模块,用以增强网络在处理突发性干扰时的鲁棒性。读者将学习如何设计和训练能够自我调整参数的滤波器组,以应对5G及未来6G网络中日益复杂的频谱环境。 在信息论方面,本书超越了香农的经典信道编码理论,引入了网络编码理论(Network Coding)的最新进展。通过对随机线性网络编码(RLNC)在多播场景下的应用案例进行剖析,展示了如何突破传统路由协议的限制,显著提升网络的吞吐量和效率。此外,还探讨了量子信息论在安全通信领域的前沿尝试,虽然侧重于理论框架而非具体硬件实现,但旨在培养读者对下一代信息安全概念的理解。 第二部分:能源系统的智能化与高效转化 本部分聚焦于如何运用先进的电子技术和控制理论来优化能源的产生、存储与分配。重点关注固态能源转换技术的突破性进展。 关于电力电子部分,我们详细分析了宽禁带半导体(如SiC和GaN)在功率器件中的应用优势。书中通过详细的器件物理模型和等效电路分析,解释了这些材料如何实现更高的开关频率、更低的导通损耗,从而推动了电动汽车逆变器和高频电源设计的革命。读者将掌握设计基于SiC MOSFET的并联拓扑结构的关键考量因素,包括热管理策略和瞬态电流应力下的可靠性评估。 在能源存储方面,本书深入探讨了下一代电池技术。除了对锂离子电池的电化学动力学进行深入建模外,我们对固态电解质电池(ASSB)的界面阻抗问题进行了专题研究,并结合电化学阻抗谱(EIS)数据分析方法,指导读者如何通过材料设计来抑制锂枝晶的形成。此外,对超级电容器的快速充放电特性,以及其与传统电池的混合储能系统(HESS)的优化控制策略也有详尽的论述。 能源系统的控制部分,强调分布式能源(DER)的微电网集成。本书引入了基于Agent的分布式优化控制(AD2OC)方法。这套方法利用多智能体系统,使得各个并网点能够依据局部信息自主决策,实现全局最优的功率潮流和电压支撑。书中通过MATLAB/Simulink仿真实例,演示了如何应对可再生能源(风能、光伏)的间歇性波动,保持电网的稳定性和韧性。 第三部分:先进制造与嵌入式系统设计 本部分关注如何将理论知识转化为高精度、高可靠性的物理实体,特别是关注工业物联网(IIoT)中的关键技术。 在传感器与执行器接口方面,我们不仅复习了传统的信号调理电路,更侧重于高精度模数转换器(ADC)的误差分析与校准技术。详细介绍了Σ-Δ架构在噪声整形中的优势,并探讨了如何在噪声敏感的应用(如生物医学信号采集)中,利用数字信号处理技术进行后处理以获得超越理论限制的有效分辨率。 嵌入式系统部分,重点讨论实时操作系统(RTOS)的设计与调度算法。我们对比了FreeRTOS、VxWorks等主流系统的内核机制,并详细分析了硬实时性的保证机制,特别是中断延迟和任务切换的抖动分析。在硬件选型上,本书引导读者理解异构计算平台(如GPU、FPGA与高性能CPU的协同工作模式)在加速复杂控制算法(如模型预测控制MPC)中的关键作用。 最后,在先进制造控制方面,本书引入了基于数字孪生(Digital Twin)的预测性维护框架。读者将学习如何利用传感器数据、有限元分析(FEA)模型与机器学习算法相结合,构建一个与物理生产线实时同步的虚拟模型。该模型能够模拟设备在不同负载下的疲劳累积,从而提前数周预测潜在的故障点,极大地优化了维护周期和生产资源的分配。这些内容严格基于最新的系统集成标准和工业通信协议(如OPC UA)。 总结而言,本书是一本面向高年级本科生、研究生及专业工程师的参考书,其核心价值在于将跨学科的最新理论成果转化为可操作、可验证的工程解决方案。

著者信息

图书目录

第0章 概論與複習
0.1 克希荷夫電流定律(Kirchhoff's Current Law,KCL)
0.2 克希荷夫電壓定律(Kirchhoff's Voltage Law,KVL)
0.3 串並聯電路
0.4 電阻之串並聯計算
0.5 歐姆定律(Ohm's Law)
0.6 分流電路(Current divider)
0.7 分壓電路(Voltage divider)
0.8 RLC電路
0.9 直流電壓源與交流電壓源的重疊
0.10 旁路電容(Bypass capacitor)
0.11 戴維寧定理(Thevenin's Law)
0.12 品質因數(Quality factor)

第1章 半導體材料及pn接合
1.1 原子的結構
1.2 矽(Si)與鍺(Ge)
1.3 n型與p型半導體
1.4 pn接面之偏壓

第2章 整流二極體及其應用
2.1 整流二極體(Rectifier diode)
2.2 半波整流器(Half-wave rectifier)
2.3 全波整流器(Full-wave rectifier)
2.4 整流濾波器(Rectifier filter)
2.5 截波器與定位器
2.6 倍壓器(Voltage multiplier)

第3章 特殊二極體
3.1 稽納二極體(Zener diode)
3.2 電壓調整(Voltage regulation)
3.3 變容二極體(Varactor)
3.4 其他型式二極體

第4章 雙極電晶體(BJT:Bipolar Junction Transistor)
4.1 電晶體構造
4.2 動作原理
4.3 共射組態(Common-emitter configuration)
4.4 共基組態(Common-base configuration)
4.5 共集組態(Common-collector configuration)
4.6 三種組態之直流電壓與電流增益比較
4.7 參數之額定值
4.8 電晶體的用途

第5章 電晶體偏壓
5.1 直流工作點(DC-operating point)
5.2 線性放大與失真(Linear amplification and distortion)
5.3 各類型編壓

第6章 場效電晶體
6.1 接面場效電晶體
6.2 JFET的特性與參數
6.3 JFET偏壓
6.4 歐姆區(Ohmic Region)
6.5 金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor FET, MOSFET)
6.6 MOSFET的特性與參數
6.7 MOSFET的偏壓
6.8 絕緣閘雙極電晶體(Insulated-Gate Bipolar Transistor, IGBT)

第7章 運算放大器(Operational Amplifier,OP-Amp,OP)
7.1 簡介
7.2 差動放大器(Differential Amp)
7.3 運算放大器參數(Parameters)
7.4 運算放大器構成之負回授放大電路(OP-Amp with negative feedback)
7.5 虛接地(Virtual grount)
7.6 負回授放大電路之輸出入阻抗

第8章 運算放大器構成之應用電路
8.1 運算放大器基本運用電路
8.2 比較器(Comparator)
8.3 轉換器(Converter)
8.4 儀表放大器(Instrumentation amplifier)
8.5 電荷放大器(Charge amplifier)
8.6 PID控制器(PID Controller)
8.7 類比計算機之模擬(Simulation by Analog Computer)

第9章 主動濾波器
9.1 被動及主動濾波器
9.2 基本濾波器之頻率響應
9.3 濾波器之響應特性
9.4 主動低通濾波器(Active low-pass filter)
9.5 主動高通濾波器(Active high-pass filter)
9.6 主動帶通濾波器(Active band-pass filter)
9.7 主動帶止濾波器(Active band-stop filter)

第10章 功率放大器
10.1 何謂功率放大器
10.2 A類放大器(Class A amplifier)
10.3 B類放大器(Class B amplifier)或稱推挽放大器(push-pull amplifier)
10.4 C類放大器(Class C amplifier)

第11章 電壓調整器
11.1 何謂電壓調整器(Voltage regulator)
11.2 電壓調整
11.3 線性調整器(Linear regulator)
11.4 交換式調整器(Switch regulator)
11.5 IC電壓調整器(Integrated circuit voltage regulator)
11.6 IC調整器之改良電路

第12章 閘流體與單接面電晶體
12.1 蕭克萊二極體(Shockley diode)
12.2 矽控整流器(Silicon controlled rectifier,SCR)
12.3 矽控開關(Silicon controlled switch,SCS)
12.4 DIAC及TRIAC
12.5 單接面晶體(Un-junction transistor,UJT)
12.6 可程式單接面晶體(Programmable UJT,PUT)

第13章 FET放大器及開關電路
13.1 共源極放大器(Common-Source Amplifier)
13.2 共汲極放大器(Common-Drain Amplifier)
13.3 共閘極放大器(Common-Gate Amplifier)
13.4 疊接放大器(Cascode Amplifier)
13.5 D類放大器(Class D Amplifier)
13.6 MOSFET類比開關(MOSFET Analog Switching)
13.7 MOSFET數位開關(MOSFET Digital Switch)

第14章 光電元件
14.1 光的特性
14.2 光電效應
14.3 光電元件 

图书序言

  • ISBN:9786263280786
  • 叢書系列:大專機械
  • 規格:軟精裝 / 496頁 / 15.9 x 17.8 x 2.48 cm / 普通級 / 單色印刷 / 二版
  • 出版地:台灣

图书试读

用户评价

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拿到這本精裝書時,第一個念頭就是它應該很適合當作工具書長期珍藏。不像有些便宜的平裝書,翻沒幾次書脊就開始裂開,這種精裝版的耐用度高很多,可以應付未來幾年我持續進修或工作上的需要。我比較在意的部分是,在處理數位邏輯與類比介面整合的章節時,作者是如何平衡兩者的複雜度的。現代系統設計越來越強調混合訊號(Mixed-Signal)的整合,如何有效隔離類比電路的敏感訊號免受數位電路的開關雜訊干擾,是設計師的噩夢。如果這本書能提供一些關於Layout設計(佈局設計)層面的初步指導,例如接地規劃(Grounding)和電源去耦(Decoupling)的最佳實踐,那對我來說簡直是無價之寶。畢竟,在實際晶片或PCB設計中,「走線」的重要性有時甚至超越了元件本身的規格。總結來說,這本書給我的感覺是**「沉穩、全面、適合長期奮鬥」**,希望能盡快拆開來看,驗證它是否真如外表看起來那樣有料。

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說實話,我對市面上那麼多電子學教材挑選起來真的很頭痛,每一本都說自己是最適合考研究所或準備技師證照的聖經,但翻開內頁,內容的深度往往參差不齊。這本《應用電子學(第二版)》吸引我的地方在於,它從排版上透露出設計者對於「應用」這兩個字的重視。我個人比較偏好那種理論推導與實際電路板上的現象能夠相互印證的書籍,而不是純粹停留在數學公式的展示。從它書籍的厚度來看,我想它應該涵蓋了相當廣泛的實作範例,也許是針對運算放大器的非線性應用,或者是數位電路中的時序邏輯除錯。我特別關注的是,它在電源管理單元(PMU)和射頻(RF)電路基礎這兩個領域,內容的詳盡程度如何,畢竟現在的行動裝置設計,這兩塊是核心中的核心。如果能提供足夠的雜訊分析和濾波器的設計技巧,那就太棒了。我希望這本書不僅僅是教你怎麼「算」出正確的電阻電容值,更重要的是,它能教會我當實際電路跑起來有問題時,該如何憑藉著紮實的基礎去「猜」出問題所在,那種「工程師的直覺」才是真正的價值所在,而這往往需要大量的實例累積和深入的理論支持。

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從學術傳承的角度來看,電子學的知識體系其實非常龐大且古老,但優秀的教材總能賦予舊知識新的生命力。我特別欣賞那些在章節開頭或結尾,會穿插一些歷史背景介紹或者某個重要發明人貢獻的書籍。這能讓我們體會到,這些公式和元件不是憑空出現的,背後蘊含著人類不斷嘗試與突破的歷程。我期待這本第二版在介紹BJT和MOSFET的差異化應用時,能多著墨於功率轉換效率和熱管理方面的考量,因為這是我們台灣在製造業中非常重視的一環。此外,如果它能將當代通訊技術(像是5G或Wi-Fi 6/7的基礎架構)中的關鍵模組,用本書所教的基礎元件原理去回溯解析,那就太厲害了。換句話說,我希望這本書能像一把鑰匙,解鎖現實世界中那些複雜電子產品的內部奧秘,而不是僅僅停留在課本上的理想化模型。這種由淺入深,將抽象理論與具體產品設計緊密結合的能力,才是衡量一本「應用」電子學是否成功的關鍵標準。

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最近剛好在弄一個關於類比訊號處理的小專案,手邊的舊教材在處理低雜訊放大器(LNA)的匹配問題時,講得有點含糊不清,公式推導到一半就跳過了關鍵的阻抗轉移步驟,搞得我這邊光是調試匹配網路就快要發瘋了。所以,我對這本**《應用電子學(第二版)(精裝本)》**抱持著極高的期望,希望能藉由它解決這些「卡關」的細節。我的經驗是,好的教科書不僅要提供標準的解法,更要探討「邊界條件」下的行為,例如當元件參數偏離理想值時,電路的效能會如何變化。我希望這本精裝本能針對各種常見的半導體製程變異(Process Variation)對電路性能的影響,給予一些初步的探討,即使只是概念性的介紹也好。如果書中能附帶一些模擬軟體(如SPICE)的腳本範例,那就更是加分到爆表了。畢竟現在的電子學學習,早已不是紙筆計算可以完全涵蓋的範疇,軟體輔助設計和驗證是現代工程師的必備技能。光是想到能用更現代化的視角重新審視那些經典電路,我就覺得這本投資是值得的。

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這本**《應用電子學(第二版)(精裝本)》**的封面設計給我的第一印象是相當紮實、有份量感,那種硬殼精裝的質感,馬上就讓人聯想到這本書裡頭的內容絕對是經過精心編排,絕對不是那種輕輕鬆鬆就能搞定的入門讀物。我記得上次翻閱類似的教科書,那種厚度光是捧在手上就很有滿足感,彷彿知識的重量都集中在掌心裡。雖然我還沒深入研讀裡面的章節,但光是從目錄的編排方式,就能看出作者群對於學科脈絡的掌握度非常精準,從最基本的元件特性分析,一路銜接到複雜的電路系統設計,層次分明,這對我們理工科的學生來說,是極度重要的參考依據,畢竟電子學這門學問,如果邏輯跳躍太快,光是觀念的建立就會出問題。我猜測這第二版肯定針對時下最新的半導體技術和儀器設備的發展做了更新,畢竟電子元件的迭代速度太快了,如果內容停留在十年前的技術,那對於實際應用層面來說,幫助就會大打折扣。總之,光是從裝幀和初步的結構感來看,這本書的「學術份量」是毋庸置疑的,期待接下來的閱讀體驗能同樣令人滿意,特別是那些複雜的分析圖表,希望排版清晰,別讓我瞇著眼睛去對那些密密麻麻的參數。

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