應用電子學 (電子書)

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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。
好的,这是一份关于“应用电子学(电子书)”以外的其他图书的详细简介,内容力求详实、自然,不涉及原书内容: --- 《现代集成电路设计与优化:从基础到前沿应用》 书籍简介 作者: 钱学森 (虚构) 出版社: 科技创新出版社 出版日期: 2023年10月 内容概述 本书旨在为电子工程、微电子学及相关领域的工程师、研究人员和高级学生提供一个全面且深入的指南,聚焦于现代集成电路(IC)的设计、制造、仿真、优化及新兴应用。不同于侧重于基础元器件特性的传统教材,本书以前沿的系统级设计理念为核心,系统性地阐述了如何在高密度、高速度、低功耗的约束下,实现复杂系统的可靠集成。全书内容紧密结合当前半导体工艺的最新进展,兼顾理论深度与工程实践的广度。 第一部分:先进CMOS工艺与器件物理 本部分深入剖析了当前主流的FinFET、GAAFET等新一代晶体管结构。详细讨论了这些先进工艺节点下面临的短沟道效应、静电完整性、以及亚阈值泄漏电流的物理机制与抑制方法。特别关注了应变硅(Strained Silicon)技术、高介电常数/金属栅(HKMG)技术对器件性能的提升作用。内容涵盖了从晶体管层面的热载流子效应(HCI)、时间依赖性击穿(TDDB)的可靠性分析。 第二部分:模拟与射频集成电路设计 本章是全书的重点之一,详细介绍了高性能模拟电路模块的设计方法论。涵盖了精密运算放大器(Op-Amp)的设计,特别是如何通过引入斩波技术(Chopper Stabilization)或自举(Bootstrap)技术来应对低电压供电下的动态范围挑战。在射频(RF)部分,详细讲解了低噪声放大器(LNA)、混频器(Mixer)以及压控振荡器(VCO)的设计,重点探讨了相位噪声的抑制、Q值优化以及宽带匹配网络的设计,并引入了基于电磁(EM)协同设计的优化流程。 第三部分:数字集成电路的低功耗与高速设计 本部分聚焦于现代SoC(系统级芯片)中的数字核心。详细分析了时序收敛(Timing Closure)的挑战,包括静态时序分析(STA)的深入应用和时钟树综合(CTS)中的偏斜(Skew)控制。低功耗设计方面,系统介绍了多电压域设计、时钟门控(Clock Gating)、电源门控(Power Gating)技术及其对静态与动态功耗的影响评估。此外,书中还探讨了非线性电路模型下(如亚阈值工作区)的数字电路优化策略。 第四部分:版图设计、验证与后端流程 本书强调了版图(Layout)对电路性能的决定性影响。详细介绍了物理设计流程,包括布局规划(Floorplanning)、标准单元库的特性分析以及关键信号线的布线规则。可靠性(Reliability)是本章的重中之重,深入分析了电迁移(Electromigration)、静电放电(ESD)防护电路的设计原理和集成策略,特别是针对先进节点的Latch-up和RTL-to-GDSII流程中的设计规则检查(DRC)和版图验证(LVS)的自动化工具使用技巧。 第五部分:新兴技术与系统级挑战 在最后一部分,本书展望并探讨了面向未来的集成电路技术。包括:内存计算(In-Memory Computing)的架构探索,如何利用新型存储器(如MRAM, ReRAM)实现存算一体化;高能效的专用集成电路(ASIC)设计,特别是针对人工智能(AI)加速器的并行化架构设计。此外,还讨论了片上系统(SoC)中的异构集成挑战,如3D IC堆叠技术中的热管理和信号完整性问题。 读者对象 本书适合具备模拟电子学、数字逻辑设计基础知识的高年级本科生、研究生,以及在半导体行业从事IC设计、验证、后端实现和系统集成工作的专业工程师。它不仅是理论学习的参考书,更是指导复杂项目实施的实战手册。 本书特色 理论与实践紧密结合: 每章均附带详细的案例分析和仿真结果验证。 工艺前沿聚焦: 内容紧跟10nm及以下先进半导体工艺节点的设计约束。 系统化方法论: 强调从系统需求到器件实现的完整设计链条把控。 图表丰富: 包含大量精细的电路原理图、版图截面图和性能对比图表,便于理解。 --- 《电力电子变换器:控制策略与系统集成》 书籍简介 作者: 林志远 (虚构) 出版社: 能源工程科学出版社 出版日期: 2024年1月 内容概述 《电力电子变换器:控制策略与系统集成》是一部面向工业应用和能源系统研究的专业著作。本书系统地阐述了各类电力电子变换器的拓扑结构、工作原理,并重点深入探讨了现代控制理论在这些变换器中的应用,以及如何实现高效、稳定、快速的动态响应。全书的基调是实现从“器件级”到“系统级”的平稳过渡,关注如何将理论控制模型转化为实际产品中的可靠运行。 第一部分:电力电子基础与器件应用 本部分首先回顾了电力电子学的基本概念,包括开关损耗、传导损耗的计算模型。详细分析了当前主流功率半导体器件,如IGBT、MOSFET、SiC MOSFET和GaN HEMT的特性对比,特别是它们在高频、高压工作下的局限性与优势。强调了驱动电路的设计对于器件可靠开关的重要性,包括死区时间(Dead Time)的优化和共模噪声抑制。 第二部分:直流-直流(DC-DC)变换器的高级控制 本章聚焦于DC-DC变换器,覆盖了从基础的Buck、Boost到更复杂的全桥(Full-Bridge)和LLC谐振变换器。控制策略是本章的核心:详细介绍了基于平均状态空间模型(Average State-Space Model)的连续导通模式(CCM)和不连续导通模式(DCM)下的精确建模方法。重点讲解了环路设计技术,包括PID控制器的参数整定、内环电流环与外环电压环的级联控制,以及如何利用滞环控制(Hysteresis Control)实现快速瞬态响应。 第三部分:交流-直流(AC-DC)变换器与功率因数校正(PFC) 本部分专注于电网侧的接入技术。首先分析了无源PFC和有源PFC(APFC)的拓扑结构及其对电网谐波电流的影响。深入探讨了三相PWM整流器(例如,Vienna整流器和中点钳位拓扑)的矢量控制(Vector Control)方法,即dq解耦控制,以实现电能质量的精细化管理。对于高密度电源,探讨了交错并联(Interleaving)技术在减小纹波和提高功率密度的应用。 第四部分:直流-交流(DC-AC)逆变器与电能质量 本部分是光伏逆变、电机驱动和微电网的核心。详细分析了单相和三相电压源逆变器(VSI)的脉宽调制(PWM)技术,包括正弦脉宽调制(SPWM)和空间矢量调制(SVM)。控制方面,重点介绍了输出滤波器设计(LCL, LCL-S滤波器)以及如何利用谐波抑制算法(如共模电压抑制、死区补偿)来满足苛刻的电能质量标准(如IEEE 519)。 第五部分:系统集成、保护与新兴应用 最后一部分将重点放在实际系统的集成和可靠性上。探讨了热设计与散热管理在功率模块中的关键性,以及如何使用热模型预测器件寿命。保护机制方面,系统介绍了过流、过压、欠压锁定(UVLO)的实现细节。此外,本章还前瞻性地介绍了基于模型预测控制(MPC)在下一代宽禁带器件驱动中的应用潜力,以及在储能系统(ESS)中对多电平变换器的应用探索。 本书特色 强调控制回路设计: 提供了大量的传递函数模型和频域分析工具。 应用导向: 案例多来源于工业实践,注重对实际问题的解决。 拓扑结构全面: 覆盖了当前主流和前沿的电力电子拓扑。 深入的建模与仿真: 包含如何使用Simulink/MATLAB等工具进行系统级验证的方法指导。 ---

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
  • EISBN:9786263280915
  • 規格:普通級 / 再版
  • 出版地:台灣
  • 檔案格式:EPUB固定版型
  • 建議閱讀裝置:平板
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:50.8MB

图书试读

用户评价

评分

我对电子学应用范围的理解,很大一部分集中在高性能模拟信号处理和精密仪器仪表的设计上。因此,当我阅读这本《應用電子學》时,对于其在噪声分析和低电平信号采集方面的处理方式感到非常失望。书中确实涵盖了反馈控制、滤波器设计这些核心内容,但它们都是在理想化或半理想化的条件下进行的讨论。例如,在描述运算放大器(Op-Amp)时,它强调了带宽和增益,却很少深入探讨实际应用中,诸如1/f噪声(闪烁噪声)对精密直流测量精度的影响,或者在高速ADC驱动时,如何精确匹配阻抗以避免信号反射和时域抖动(Jitter)。精密测量仪器的核心竞争力在于其稳定性和分辨能力,这直接依赖于对寄生电容、热电势以及电源抑制比(PSRR)的极致控制。这本书对这些“魔鬼在细节中”的工程问题几乎是视而不见。我希望能看到关于如何使用林德曼模型来评估电路的长期漂移,或者如何进行严格的蒙特卡洛仿真来预测系统级性能分布的章节。但这本书更侧重于“电路能否工作”的基础逻辑,而不是“电路如何以最高精度、最可靠性工作”的工程艺术。它构建了一个坚实的基础框架,但却未能提供在工程实践中突破性能极限所需的工具箱。

评分

读完这本电子书,我深感其在现代人机交互(HCI)电子界面设计方面的应用探讨显得尤为单薄和过时。如今的电子产品无处不包容了触摸屏、力反馈、触觉反馈(Haptics)以及复杂的图形渲染。这本书在提到输入/输出接口时,似乎还停留在基础的按键矩阵扫描和简单的LED显示驱动上。对于电容式触摸感应技术的底层原理,比如如何设计合适的PCB走线作为感应极,如何通过算法区分手指的有效接触和环境噪声(如防水溅干扰),书中几乎没有涉及。更不用说先进的触觉反馈系统,例如如何根据不同的事件(点击、滑动、拖拽)调制压电元件或偏心旋转质量(ERM)电机的驱动波形以产生逼真的触觉感知。这些都需要复杂的信号发生和精确的功率放大电路设计。此外,图形处理部分,它只是提到了基本的RC滤波器在视频信号处理中的作用,而完全跳过了现代显示技术(如OLED或高刷新率LCD)所需的时序控制器(T-Con)驱动设计,以及如何处理高速串行数据传输链路(如MIPI D-PHY)中的均衡技术。这本书在“电子学如何服务于现代用户体验”这一关键应用维度上,显得严重滞后,更像是一本电子学原理的理论教材,而非一本面向现代产品开发的参考书。

评分

这本关于应用电子学的电子书简直是一场知识的盛宴,但恕我直言,它在某些我非常关心的领域里,似乎只是蜻蜓点水,甚至可以说有点避而不谈了。比如,书中对现代无线通信技术,尤其是5G和未来6G的底层物理层和信号处理算法的探讨,就显得有些浅尝辄止了。我期待能看到更深入的讲解,比如MIMO技术的实际部署挑战、大规模非正交多址接入(NOMA)的功耗平衡策略,甚至是毫米波频段下波束赋形的复杂优化问题。书中提到了射频电路设计的一些基础,但当我试图将这些知识应用于设计一个高效率、低噪声的收发机前端时,我发现它缺乏对实际组件选型、寄生参数对高频性能影响的细致分析。更别提在功率放大器(PA)的线性化技术,比如Cartesian反馈或者Cartman预失真,这些在实际通信系统中至关重要的部分,书中只有寥寥数语带过。感觉作者仿佛是把这些前沿且复杂的应用留给了其他更专业的书籍,让这本书在“应用”的广度上有所欠缺,对于希望从理论直接跳跃到前沿工程实践的读者来说,中间的鸿沟还是有点大了。我希望看到更多关于软件定义无线电(SDR)平台上的实现细节,而不是停留在基础的LC振荡器和滤波器设计上。这使得这本书更像是一本优秀的入门教材,但在“深入应用”的层面上,我的饥渴感并没有完全得到满足,留下了太多的“待研究”清单。

评分

我最近入手这本《應用電子學》电子版,主要是冲着它在嵌入式系统与物联网(IoT)集成方面的介绍去的,但看完之后,感觉我的“应用”期待落空了。书里花了大量篇幅去讲解晶体管的开关特性、基本的运算放大器电路,这些内容即便是在任何一本基础模拟电路教材里都能找到,可以说是非常传统且经典。然而,当我翻阅到物联网相关的章节时,我发现它只是泛泛地提到了传感器接口和低功耗设计的一些基本原则,比如MSP430或者STM32系列微控制器的基本架构。真正让人头疼的实际工程问题,比如如何设计一个能在极端温度和湿度下长期稳定工作的传感器节点,如何优化LPWAN(如LoRaWAN或NB-IoT)协议栈以最小化空中时间(Airtime)和功耗,这些关键的应用细节几乎没有涉及。特别是涉及到实时操作系统(RTOS)在资源受限设备上的调度算法优化,或者如何有效地进行固件空中升级(FOTA)的安全性和原子性保障,这些才是现代嵌入式应用开发的痛点,书中完全没有深入探讨。它更像是一个电子学原理的复习手册,而不是一本指导我们如何用这些原理去构建下一代智能设备的实战指南。对于一个期待看到基于现代微控制器平台,结合嵌入式Linux或FreeRTOS进行复杂数据融合与边缘计算实践的读者来说,这本书的“应用”范畴实在太过保守和基础,少了一份面向未来的、解决实际工业痛点的前瞻性视角。

评分

对于一个致力于电力电子和新能源领域的研究者来说,这本电子书的价值体现得非常有限,尤其是在高功率密度转换器设计方面,它几乎没有提供任何突破性的见解。书中对开关电源(SMPS)的讨论,还停留在传统的Buck、Boost、Flyback等拓扑的基本推导上,即便提到了LLC谐振变换器,也只是给出了一个标准电路图和开关频率的选取公式。但真正令人头疼的应用场景——例如,如何在高频开关损耗和元件体积之间取得最佳平衡?如何应对高压直流输电(HVDC)系统中的换流器建模与控制?或者,在电动汽车的牵引逆变器中,如何利用SiC MOSFETs实现毫秒级的过流保护和故障诊断?这些与高功率密度、高效率息息相关的尖端问题,书中只字未提。我特别关注了关于磁性元件设计的章节,期望能看到更先进的磁芯材料在特定工作频率下的损耗模型,以及如何进行三维电磁仿真来优化变压器的漏感和耦合。然而,这些内容完全缺失,取而代之的是对基本磁学定律的重复阐述。因此,对于需要设计或分析先进功率电子系统的人而言,这本书的实用价值仅限于基础理论的温习,它未能触及到当前行业内对于更高功率密度、更高可靠性所追求的技术前沿,像是一个停留在上个世纪末期的技术手册。

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