電子學實驗(下) (電子書) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳瓊興 

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深入探索：電路設計與信號處理的理論與實踐 本書旨在為電子工程、通信工程及相關專業的學生和工程師提供一個全麵而深入的理論基礎與實踐指導，重點關注現代電子係統中的核心議題——模擬與數字信號處理、射頻電路基礎、先進半導體器件的應用以及係統級故障診斷方法。我們力求在保持嚴謹性的同時，以清晰、邏輯化的方式闡述復雜概念，確保讀者能夠有效地將理論知識轉化為實際工程能力。 第一部分：高級模擬電路分析與設計 本部分將電子電路的分析提升至一個更專業的層麵，超越基礎元件的簡單組閤，著重探討高頻特性、噪聲抑製以及功耗管理。 1. 運算放大器的深度剖析與非綫性失真 我們將詳細考察運算放大器（Op-Amp）在不同工作點下的動態特性，特彆是大信號輸入時的非綫性失真（Harmonic Distortion）。內容涵蓋： 交越失真（Crossover Distortion）與熱失真（Thermal Distortion）的成因分析：深入研究晶體管的$V_{BE}$非綫性、電流鏡的匹配誤差以及散熱不均如何影響輸齣波形的純淨度。 反饋係統的穩定性分析：引入波特圖（Bode Plot）、尼奎斯特圖（Nyquist Plot）等工具，精確計算相位裕度和增益裕度。探討如何通過補償技術（如米勒補償、前饋補償）來優化瞬態響應，避免振蕩。 低噪聲放大器（LNA）的設計準則：分析熱噪聲、散彈噪聲和閃爍噪聲（$1/f$噪聲）在輸入級的影響。設計環節將側重於噪聲係數（Noise Figure, NF）的最小化，包括對輸入阻抗匹配、晶體管選型（如使用JFET或特定工藝BJT）的權衡取捨。 2. 電源管理與開關模式轉換 現代電子設備對電源的效率和純淨度要求極高。本章聚焦於開關模式電源（SMPS）的設計與優化： PWM 控製器的詳細機製：闡述滯環控製、電壓模式控製和電流模式控製的優劣，並結閤實際的集成控製器芯片（如Boost, Buck, SEPIC拓撲）的內部結構進行講解。 EMI/EMC 問題與濾波策略：探討開關節點的高速dv/dt和di/dt如何産生電磁乾擾。詳細介紹共模和差模扼流圈的設計，以及PCB布局中對地平麵分割和去耦電容選擇的嚴格要求，以滿足EMC標準。 低壓差綫性穩壓器（LDO）的噪聲抑製：分析LDO的電源抑製比（PSRR）隨頻率的變化特性，以及如何利用多級反饋結構進一步降低輸齣電壓紋波。 第二部分：信號處理與數據轉換技術 本部分深入探討如何將真實的模擬信號準確地數字化，以及在數字域中如何高效地進行信息提取與重建。 3. 模數（ADC）與數模（DAC）轉換器的精密設計 數據轉換器的性能直接決定瞭係統的動態範圍和精度。 ADC 的架構對比與選擇：全麵解析逐次逼近型（SAR）、流水綫型（Pipelined）和Sigma-Delta ($SigmaDelta$) 架構的原理、速度與噪聲特性。重點講解$SigmaDelta$調製器中的噪聲整形技術及其在高精度音頻和儀器儀錶中的應用。 DAC 的綫性度與毛刺抑製：討論電流舵和電壓舵 DAC 的非綫性誤差來源（如失配誤差、蠕變）。介紹消除或補償毛刺（Glitch）的技術，例如使用零保持（Zero-and-Hold）電路或補償緩衝器。 采樣定理與時鍾抖動的影響：深入分析時鍾抖動的統計特性（RMS Jitter）如何轉化為ADC的有效位數（ENOB）。講解如何使用高品質晶體振蕩器和抖動降低電路來確保高頻信號的準確采樣。 4. 數字濾波器理論與高速實現 本章側重於數字信號處理（DSP）算法在硬件中的高效映射。 FIR 與 IIR 濾波器的設計與對比：從Z變換齣發，推導Butterworth, Chebyshev, Elliptic等經典模擬濾波器的數字等效實現。重點分析IIR濾波器可能帶來的相位非綫性問題及其在通信接收機中的局限性。 有限字長效應（Finite Word Length Effects）：分析量化噪聲和乘法器截斷誤差在濾波器中的纍積效應。講解抖動係數（Limit Cycling）的産生機製，以及如何通過增加係數精度或采用隨機抖動（Dithering）來改善性能。 高速並行與流水綫結構：探討如何利用FPGA或ASIC資源，設計多速率濾波器和快速捲積算法，以滿足實時處理的需求，例如在軟件定義無綫電（SDR）中的應用。 第三部分：射頻（RF）電路與微波技術基礎 本部分引入瞭時域分析轉嚮頻域分析的重要性，聚焦於高頻信號的傳輸、放大與混頻。 5. 傳輸綫理論與阻抗匹配 在GHz頻率下，導綫錶現為傳輸綫，必須應用集總電路模型以外的理論。 史密斯圓圖（Smith Chart）的實戰應用：詳細解釋$S$參數（散射參數）的物理意義，以及如何利用史密斯圓圖進行高頻元件的分析、阻抗變換和穩定性評估。 無源匹配網絡的設計：提供L-C、Pi型、T型匹配網絡的精確設計步驟，目標是實現最大功率傳輸或最小反射（最大增益）。討論元件的品質因數（Q值）對匹配帶寬的實際影響。 電磁兼容性（EMC）與屏蔽：分析趨膚效應、鄰近效應在高密度互聯（HDI）PCB上的影響。介紹屏蔽罩（Shielding Can）的理論衰減效果及接地技術對高頻信號完整性的關鍵作用。 6. 射頻功率放大器（PA）與非綫性補償 射頻PA的設計是通信係統中最具挑戰性的環節之一，因為它必須在效率和綫性度之間做齣權衡。 PA的工作類彆與效率分析：對比A、B、AB、C類以及D、E、F類開關模式PA的理論效率極限和失真特性。 載波信號的峰均功率比（PAPR）問題：分析高PAPR信號（如OFDM）對PA綫性區間的壓力，及其導緻的帶外輻射（Spectral Regrowth）。 數字預失真（DPD）技術：係統介紹如何通過建立待放大信號的非綫性模型，並在發射端施加一個反嚮的預失真函數，以綫性化PA的輸齣，從而在保持高效率的同時滿足鄰信道功率比（ACPR）的要求。 第四部分：高級半導體器件與係統可靠性 本部分將目光投嚮支撐上述電路的底層材料和器件，以及係統長期穩定運行的關鍵考量。 7. 現代半導體器件特性與建模 超越傳統的BJT和MOSFET，探索更高性能器件的應用。 GaN（氮化鎵）與 SiC（碳化矽）在高功率密度下的優勢：分析其寬禁帶特性帶來的高擊穿電壓、高電子遷移率，以及在電源和射頻功率器件中的顛覆性應用。 MOSFET 的短溝道效應與亞閾值導通：深入探討製造工藝進步帶來的器件物理變化，例如DIBL效應和熱載流子注入，及其對電路閾值電壓穩定性的影響。 半導體封裝與熱阻抗：討論芯片級封裝（CSP）、球柵陣列（BGA）的熱阻抗模型，以及如何通過散熱設計（如熱過孔陣列、熱沉）來確保器件工作在安全結溫之下。 8. 電路係統的故障診斷與可觀測性 從設計層麵構建可測試、易維護的係統結構。 設計可測試性（Design for Testability, DFT）：引入掃描鏈（Scan Chain）和內建自測試（BIST）的概念，確保在芯片製造完成後能快速定位邏輯故障。 瞬態故障與軟錯誤分析：探討由靜電放電（ESD）、電源尖峰或宇宙射綫引起的瞬態故障的機理。介紹鎖存器（Latch-up）的預防措施及在關鍵路徑上設置冗餘校驗的策略。 邊界掃描技術（JTAG）：詳細闡述IEEE 1149.1標準在闆級集成電路互連測試中的應用，及其在係統調試中的重要作用。 本書內容結構嚴謹，理論與實踐並重，旨在為讀者構建一個堅實的、麵嚮現代電子係統挑戰的知識體係框架。

评分☆☆☆☆☆

這本書的文字風格齣乎我的意料，非常流暢自然，讀起來沒有那種傳統教材的枯燥感。作者似乎非常擅長用生動的比喻來解釋抽象的電子概念，比如在描述負反饋的穩定性時，他將電路比作一個有彈性的機械係統，一下子就抓住瞭問題的核心。我特彆喜歡它對半導體器件特性的非綫性分析部分，沒有停留在教科書上簡單的理想模型，而是深入探討瞭溫度漂移和噪聲對性能的影響。然而，在講解功率放大器的偏置電路設計時，我感覺作者的敘述稍顯跳躍。從理論推導直接跳到瞭一個復雜的並聯電路結構，中間缺少瞭必要的簡化步驟和設計決策的考量過程。我得反復迴去看前幾章關於晶體管特性的內容，纔能勉強跟上思路。此外，書中涉及的仿真軟件操作部分，僅僅是提到瞭軟件的名稱和幾個基本的仿真指令，對於初學者來說，幾乎沒有指導意義。我本來期望能看到一些關於ADS或HFSS的具體操作截圖和步驟詳解，畢竟實驗是理論的延伸，軟件操作是現代電子工程不可或缺的一環。這本書的理論深度毋庸置疑，但工程落地性稍顯不足，更偏嚮於“知道為什麼”，而非“怎麼做”。

评分☆☆☆☆☆

這本書的結構布局體現瞭一種嚴密的邏輯性，章節間的過渡非常平滑，從低頻到高頻，從綫性到非綫性，層次分明。它在探討射頻電路的功率增益和噪聲匹配時，詳細闡述瞭S參數的物理意義，這一點做得非常到位，幫助我徹底理解瞭網絡分析儀的輸齣數據。但當我翻到後半部分關於電磁場理論在電路設計中的應用時，發現深度有所下降。作者似乎將重心完全放在瞭電路功能實現上，而對電磁場的耦閤效應著墨不多。例如，在雙工器（Duplexer）的設計中，交叉耦閤的抑製是一個關鍵指標，但我沒有找到關於耦閤係數與物理間隔之間定量關係的詳細討論。這本書更像是一本優秀的“電路設計指南”，而非“電磁兼容性設計手冊”。我希望作者能在下一版中，加入更多關於三維電磁仿真對電路性能影響的案例分析，特彆是對於大型模塊間的串擾問題，這在現代高密度電路闆設計中是無法迴避的挑戰。總而言之，它是一本優秀的入門或中級參考書，但對於前沿的電磁設計和集成化趨勢，其深度仍有待加強。

评分☆☆☆☆☆

我購買這本書主要是衝著它在傳感器接口電路方麵的專題論述。我對低噪聲放大器（LNA）的設計流程非常感興趣，希望能找到一套係統化的設計流程圖。這本書確實提供瞭LNA設計所需的噪聲係數計算、增益分配等關鍵步驟的數學模型，這一點非常專業。不過，當我嘗試將這些公式應用於一個實際項目中時，遇到瞭睏難，因為書中缺少對所用模型的實際適用範圍的明確界定。例如，在處理高頻下的集膚效應時，書中的公式是基於理想導體的，這在實際PCB走綫上顯然不準確，但作者並未給齣修正係數或參考文獻指導。另外，關於數據采集係統中的量化噪聲和抖動（Jitter）分析，內容也相對膚淺。我希望看到的是如何通過選擇閤適的ADC架構（如Sigma-Delta與流水綫式）來最小化這些誤差源，而不是泛泛而談。這本書的排版清晰，公式推導過程詳盡，對於理解底層物理機製非常有幫助，但它更像是給已經有紮實基礎的研究生準備的，對於本科生來說，門檻略高，需要大量的背景知識儲備纔能完全吸收其精華。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計很有意思，那種深沉的藍色調，配上簡潔的白色字體，給我的第一印象是專業和嚴謹。我當時在找一本能夠係統梳理高頻電路設計的參考書，希望能找到一些實用的案例和深入的理論分析。翻開目錄，前幾章內容涵蓋瞭從基礎的傳輸綫理論到復雜的濾波器設計，這正是我所期待的。作者在引言部分就強調瞭實踐的重要性，提到理論知識必須與實際測量相結閤，這點非常吸引我。不過，坦白說，我對其中關於微波集成電路（MIC）部分的介紹略感不足，希望能夠有更詳盡的阻抗匹配網絡設計實例。特彆是關於電磁兼容性（EMC）的章節，雖然提到瞭幾個基本原則，但缺乏對實際PCB布局中常見問題的深入剖析，比如地平麵分割和迴流路徑控製的優化策略，這些在實際工作中至關重要。總體來說，這本書的理論框架搭建得很紮實，適閤作為進階學習的教材，但對於追求工程實踐細節的工程師來說，可能需要結閤其他資料進行補充。它更像是一份高質量的學術報告，而非一本工程實操手冊。我花瞭不少時間去消化其中關於Smith圓圖的應用，作者的圖示清晰明瞭，有助於理解復雜的反射和匹配過程，這是我非常欣賞的一點。

评分☆☆☆☆☆

從裝幀和印刷質量來看，這本書的錶現中規中矩，紙張的剋數適中，不會透墨。我主要關注的是其關於電路故障診斷和排除（Troubleshooting）的章節。這部分內容是我最看重的，因為在實驗中，實際電路的失敗率往往高於理論預期。書中列舉瞭幾種常見的振蕩模式和其對應的波形特徵，這很有啓發性。例如，它用圖形清晰地展示瞭不同位置的寄生電容如何引起特定頻率的尖峰。然而，在講解實際調試工具的使用時，筆墨顯得有些吝嗇。比如，如何精確地使用示波器的探頭衰減設置來避免負載效應，以及如何利用頻譜分析儀進行EMI預掃描的幾個核心技巧，書中都沒有涉及。這讓我感到有些遺憾，畢竟“工欲善其事，必先利其器”，工具的使用水平直接決定瞭診斷的效率和準確性。這本書在理論層麵提供瞭堅實的理論基石，但就像一個沒有提供工具箱的建築藍圖，你需要自己去摸索如何把藍圖變成現實。我更期待看到一個“實戰經驗談”的章節，而不是純粹的數學證明。