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第一章电路的基本概念与基本定律
本章介绍了电路的基本组成和作用,电路的模型及电路的几种工作状态,电位的概念,基尔霍夫定律!
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●1.1电路作用和组成 电路模型
电路由三个环节组成,电源、负载和中间环节; 电路根据作用分类有两大类:电力电路和信号电路; 电位是电路中某点相对于参考点的电压,基尔霍无电流定律是电路中结点电流的关系,基尔霍夫电压定时是电路中回路电压的关系。
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●1.2电压和电流的参考方向
为了方便分析电路,电路中的电压和电流给定的假设方向是参考方向,当参考方向与实际方向相同则为正,相反则为负。
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●1.3电功率和欧姆定律
电路中的功率大于零时,元件为负载吸收功率,电路中的功率小于零时,元件为电源,释放功率。欧姆定律是线性电阻电压与电流之间的关系的定律。
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●1.4电源有载工作、开路、与短路
电路有三种工作状态:电源通路、电源短路和电路开路,每一种工作状态的电压和电流及功率特点是学习重点。
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●1.5基尔霍夫电流定律KCL
基尔霍夫电流定律是指任一瞬间,流过电路中任一结点的电流代数各等于零。
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●1.6基尔霍夫电压定律KVL
基尔霍夫电压定律是指任一瞬间,电路中任一回路循行方向上电压的代数和为零。
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●1.7电路中电位的概念及计算
为了简化电路,引入电位的概念。
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第二章电路分析方法
对具有多个回路的复杂电路而言,采用串并联方法化简,或应用欧姆定律、基尔霍夫定律展开分析,其计算过程往往过于繁复。因此要根据电路的结构特点,寻找分析和计算的简便方法。本章以电阻电路为例,简要讨论几种常用的电路分析方法,其中如等效变换、支路电流法、叠加定理、戴维宁定理、结点电压法及非线性电阻电路的图解法等,都是分析电路的基本原理和方法。
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●2.1电阻串并联联接的等效变换
电阻最简单的连接方式是串联和并联,串联等效电阻等于各电阻之和;并联等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和。
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●2.2电阻星形联结与三角形联结的等效变换
电阻星形联结和三角形联结不能用串、并联来化简,要按照变换公式来计算转化,再进行电阻的等效变换。
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●2.3电压源与电流源及其等效变换
电动势 E 和电阻 R 串联电路可转化为电流Is和电阻R并联。等效变换条件是电压源电动势E =Is X R0电流源电流Is= E / R0。
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●2.4支路电流法
对有n个结点,b个网孔的电路,用KCL能有(n-1)个独立方程,用KVL能有b-(n-1)个独立方程,共求b个支路电流。
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●2.5结点电压法
对具有多个支路,2个结点的电路,不需要列多个方程来求解,可使用结点电压法来求解结点之间的电压。
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●2.6叠加原理
对于线性电路,任何一条支路中的电流,都可以看成各个电源在此支路中所产生的电流的代数和。
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●2.7戴维宁定理与诺顿定理
戴维宁定理是将有源二端线性网络用电动势为E的理想电压源和内阻R0串联的电源来等效代替;诺顿定理是将有源二端线性网络用一个电流为I的理想电流源和内阻R0并联的电源来等效代替。
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●2.8非线性电阻电路的分析
对含有非线性电阻的电路,可以运用图解法来实现对电路的分析和计算。
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第三章电路的基本概念与基本定律
本章介绍了正弦交流电路的基三要素; 分析了电阻、电感和电容元件单一参数的交流电路及电阻、电感和电容的串联电路。分析了电路中功率的特点及提高功率因数的方法!
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●3.1正弦交流电压与电流
正弦交流电路的三要素是幅值、角频率和初相位,分别表示交流量的大小、变化快慢及初始值。
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●3.2正弦交流电相量表示法
为了方便计算,用复数表示正弦量称为相量。
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●3.3电阻元件、电感元件与电容元件
本节重点介绍了电阻元件、电感元件和电容元件的特性。
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●3.4电阻元件的交流电路
电阻交流电路中,电压与电流大小符合欧姆定律,相位相同,消耗有功功率。
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●3.5电感元件的交流电路
电感交流电路中,电压与电流大小符合欧姆定律,相位电压超前电流90°,不消耗有功功率,用无功功率表示元件和电源交换功率的大小。
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●3.6电容元件的交流电路
电容交流电路中,电压与电流大小符合欧姆定律,相位电压滞后电流90°,不消耗有功功率,用无功功率表示元件和电源交换功率的大小。
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●3.7RLC串联的交流电路
在RLC串联电路中,电路的性质与元件参数及电路频率有关,电路可能呈感性、阻性或者容性。电压与电流大小符合欧姆定律,感性电路相位电压超前电流,容性电路相位电压滞后电流。有功功率、无功功率和视在功率和电压、电流及功率因数有关。
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●3.8功率因数的提高
在感性负载两端并联电容可以提高功率因数,且不影响电路中负载的工作状态。
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第四章三相电路
三相电路在生产上应用最为广泛,发电和输配电一般都采用三相制。在用电方面最主要的负载是交流电动机,而交流电动机多数是三相的。本章内容主要是:三相电压的有关知识;对称三相负载Y和Δ联结时相线电压、相线电流关系;三相四线制供电系统中单相及三相负载的正确联接方法;对称三相电路电压、电流及功率的计算。
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●4.1三相交流电源
本节学习三相交流电源的三相电压的有关内容。主要内容有:三相交流发电机的原理和基本结构;三相电压的表达方法;三相电压的特点和规律。
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●4.2负载星形联结的三相电路
本节学习负载星形联结的三相电路的有关内容。主要有:三相负载的连接方法和三相负载的联结原则,负载星形联结的三相电路的联结形式和电压、电流的计算。
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●4.3负载三角形联结的三相电路和三相功率
本节主要学习内容有:负载三角形联结时的特点、相线电流及相线电压的计算;对称负载三相电路的三相功率的计算。
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第五章磁路与铁心线圈电路
在很多电工设备,如变压器、电机、电磁铁等中,不仅有电路的问题,同时还有磁路的问题。只有同时掌握了电路和磁路的基本理论,才能对上述各种电工设备作全面分析。本章结合磁路和铁心线圈电路的分析,讨论变压器和电磁铁,作为应用实例。
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●5.1磁路及其分析方法
磁通的闭合路径称为磁路;磁场的基本物理量:磁感应强度B;磁通Φ;磁场强度H;磁导率μ。磁性材料的磁性能有高导磁性、磁饱和性磁滞性;根据磁性物质的磁性能,磁性材料可分为软磁材料、永磁材料、矩磁材料。
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●5.2交流铁心线圈电路
电磁关系,主磁通和漏磁通;电压电流关系,基尔霍夫电压定律;功率损耗,包括铜损耗和铁损耗。
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●5.3变压器
变压器的工作原理,一次绕组二次绕组;电压变换,变比K;电流变换;阻抗变换。变压器的外特性;变压器的损耗与效率;特殊变压器;变压器绕组的极性,同名端;电磁铁。
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第六章半导体器件
“半导体”是在教育、研究、通信、医疗保健、交通运输、能源和其他行业中使用的成百上千万电子设备的关键组件。 当今的个人计算机、智能手机、汽车、数据中心服务器和游戏机都依靠半导体来实现核心运算和高级功能。二极管和双极型晶体管是最常用的半导体器件。它们的基本结构、工作原理、特性和参数是学习电子技术和分析电子电路必不可少的基础,而PN结又是构成各种半导体器件的共同基础。
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●6.1半导体基础知识
半导体导电性能容易受到环境温度的影响,根据PN结的形成,在PN结两端加电压的情况形成单向导电性。
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●6.2半导体二极管
半导体二极管根据材料、结构和用途进行分类,理解二极管的性能指标及学会二极管的测量方法。
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●6.3半导体二极管的应用
根据二极管的单向导电性,基于两种模型的等效分析二极管的实际应用电路。
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●6.4特殊二极管
特殊二极管包括稳压、发光、光电和变容二极管等,每种特殊二极管的符号、工作原理、特性及应用。
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●6.5双极型晶体管基本知识
双极型三极管是一种最重要的半导体器件,它的放大作用和开关作用促使电子技术飞跃发展。
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●6.6双极型晶体管的特性曲线
晶体管的特性是通过特性曲线和工作参数来分析研究,合理地选择偏置电路的参数,设计性能良好的电路。
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第七章基本放大电路
基本放大电路的组成及元件作用; 基本放大电路的静态分析方法和动态分析方法,主要介绍了固定偏置放大电路、分压偏置放大电路、射极输出器、等几种电路的静态参数和动态参数,又介绍了多级放大电路、差动放大电路和功率放大器。
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●7.1基本放大电路的组成
输入回路和输出回路的公共端是发射极,三极管是核心元件,电容是隔直电容,直流电源提供能量,RB电阻是偏置电阻,RC是输出电阻
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●7.2基本放大电路的静态分析
有估算公式法和图解法,估算公式法是在放大电路的直流通路里推导出估算公式。
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●7.3基本放大电路的动态分析
有估算公式法和图解法,估算公式是用交流通路的微变等效电路推导出计算公式。
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●7.4静态工作点的稳定
由于半导体材料的温度不稳定性,用分压偏置和直流反馈的方法稳定静态工作点。
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●7.5射极输出器
对射极输出器放大电路进行静态分析和动态分析,电压放大倍数小于1约等于1,输入电阻大,输出电阻小。
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●7.6多级放大电路
对多级放大电路进行分析,多级放大电路的放大倍数等于每一级放大电路放大倍数和乘积,输入电路等于第一级放大电路输入电阻,输出电阻等于最后一级放大电路的输出电阻。
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●7.7差动放大电路
对差动放大电路进行分析,差动放大电路主要特点是电路结构对称,对共模信息进行抑制对差模信号进行放大。
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●7.8功率放大电路
对功率放大电路进行分析,两个工作在甲乙类的晶体管组成对称互补功率放大电路。
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第八章集成运算放大器
在半导体制造工艺的基础上,把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上,构成具有特定功能的电子电路,称为集成电路。在军事设备、工业设备、通信设备、计算机和家用电器等中都采用了集成电路。在模拟集成电路中,集成运算放大器是其他各类模拟集成电路应用的基础。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
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●8.1集成运算放大器
集成运放是模拟集成电路中应用最为广泛的一种。因为该器件最初主要用于模拟计算机中实现数值运算的缘故,所以被称为运算放大器。实际上,目前集成运放的应用早已远远超出了模拟运算的范围,但仍沿用了运算放大器(简称运放)的名称。集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
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●8.2理想运算放大器
在集成运放的线性应用电路中,集成运放与外部电阻、电容和半导体器件等一起构成深度负反馈电路。此时,集成运放本身处于线性工作状态,即其输出量和净输入量成线性关系,但整个应用电路的输出和输入也可能是非线性关系。因此,一般情况下,在分析估算集成运放的应用电路时,常常将其中的集成运放看成是一个理想运算放大器。
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●8.3比例运算放大器
比例运算电路是运算电路中最简单的电路,其输出电压与输入电压成比例关系。运算放大器在线性比例应用方面,可根据输入信号从反相输入端还是同相输入端分为反相比例和同相比例。
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●8.4加减法运算放大器
运算放大器在线性应用中,不仅可以实现比例运算,还可以组成加法、减法等模拟运算电路。
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●8.5积分微分运算放大器
运算放大器在线性应用中,不仅可以实现比例、加法、减法等模拟运算,根据电路中电容的应用及连接位置,可组成积分、微分电路,除在信号运算外,在控制系统中应用比较广泛。
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●8.6电压比较器
电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的工作在非线性区的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术,也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。
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第九章电子电路中的反馈
反馈在电子电路中的应用极为广泛,在分压式偏置电路、差分放大电路、运算放大器运算电路及滞回比较器等电子电路中都有反馈。本章内容主要是:反馈的基本概念;放大电路中的负反馈;负反馈对放大电路工作性能的影响。
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●9.1反馈的基本概念
本节学习反馈的基本概念,主要内容有:反馈及正反馈、负反馈的概念;负反馈与正反馈的判别方法——瞬时极性法。
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●9.2放大电路中的负反馈
本节学习放大电路中常见的四种负反馈类型。主要内容有:串联电压负反馈、并联电压负反馈、串联电流负反馈、并联电流负反馈四种负反馈类型的组成方式及特点。
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●9.3负反馈对放大电路工作性能的影响
本节学习负反馈对放大电路六个方面工作性能的影响:降低放大倍数、提高放大倍数的稳定性、改善波形失真、展宽通频带、改变放大电路输入电阻、改变放大电路输出电阻。
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第十章门电路及组合逻辑电路
组合逻辑电路是指在任何时刻,输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合,而与电路以前状态无关,而与其他时间的状态无关。组合逻辑电路的特点归纳如下: 输入、输出之间没有返馈延迟通道;② 电路中无记忆单元。在实际设计工作中,如果由于某些原因无法获得某些门电路,可以通过变换逻辑表达式变电路,从而能使用其他器件来代替该器件。同时,为了使逻辑电路的设计更简洁,通过各方法对逻辑表达式进行化简是必要的。组合电路可用一组逻辑表达式来描述。设计组合电路直就是实现逻辑表达式。要求在满足逻辑功能和技术要求基础上,力求使电路简单、经济、可靠、实现组合逻辑函数的途径是多种多样的,可采用基本门电路,也可采用中、大规模集成电路。
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●10.1数制与码制
进制也就是,是人为定义的带进位的计数方法(有不带进位的计数方法,比如原始的结绳计数法,唱票时常用的“正”字计数法,以及类似的tally mark计数)。 对于任何一种进制---X进制,就表示每一位置上的数运算时都是逢X进一位。 是逢十进一,是逢十六进一,就是逢二进一,以此类推,x进制就是逢x进位。进制转换是人们利用符号来计数的方法。进制转换由一组数码符号和两个基本因素“基数”与“”构成。基数是指,中所采用的数码(数制中用来表示“量”的符号)的个数。位权是指,进位制中每一固定位置对应的单位值。
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●10.2基本门电路
在中,所谓“门”就是只能实现基本逻辑关系的电路。最基本的逻辑关系是与、或、非,最基本的是、和。逻辑门可以用电阻、电容、二极管、三极管等分立原件构成,成为分立元件门。也可以将门电路的所有器件及连接导线制作在同一块半导体基片上,构成集成逻辑门电路。
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●10.3逻辑代数
逻辑代数是一种用于描述客观事物逻辑关系的数学方法,由英国科学家(George·Boole)于19世纪中叶提出,因而又称。逻辑代数有一套完整的运算规则,包括公理、定理和定律。它被广泛地应用于开关电路和数字逻辑电路的变换、分析、化简和设计上,因此也被称为开关代数。随着数字技术的发展,逻辑代数已经成为分析和设计逻辑电路的基本工具和理论基础
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●10.4卡诺图及其化简
卡诺图是的一种图形表示。一个函数的卡诺图就是将此函数的最小项表达式中的各最小项相应地填入一个方格图内,此方格图称为卡诺图。卡诺图的构造特点使卡诺图具有一个重要性质:可以从图形上直观地找出相邻最小项。两个相邻最小项可以合并为一个与项并消去一个。
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●10.5组合逻辑电路的分析与设计
组合逻辑电路中,有两个方面的问题是我们十分关注:第一个是对于给定的组合电路,确定其逻辑功能,即组合电路的分析;第二个是对于给定的逻辑功能要求,在电路上如何实现它,即组合电路的设计。要解决这两方面的问题必须把门电路和逻辑代数的知识紧密地联系起来。
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●10.6常见的组合逻辑电路
上一节所讨论的组合电路一般分析方法通常称为“四步法”,不仅在分析由小规模集成器件(SSI)构成的组合电路时适用,在分析由中规模集成器件(MSI)构成的组合电路时也适用,不论组合电路的结构简单或复杂,均可按这四个步骤分析确定电路的逻辑功能。下面结合常用组合电路的分析,进一步掌握这一分析方法。对于这些常用的组合电路均有中规模集成产品,因此掌握这些电路的工作原理、逻辑功能以及在应用中应该注意的问题才是关键所在。
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第十一章触发器和时序逻辑电路
本章学习了几种类型的触发器,并学习了由触发器组成的寄存器和计数器等时序逻辑电路。
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●11.1基本RS触发器
具有两个稳定状态的电路叫触发器,它具有记录功能。基本RS触发器是组成其它类型触发器的基础。
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●11.2可控RS触发器
可控RS触发器具有同步可按功能
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●11.3JK触发器
JK触发器是边沿触发控制触发器,无约束条件。具有翻转功能。
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●11.4D触发器、触发器转换
D触发器是边沿触发器; JK触发器和D触发器之间,两个触发器与T触发器和T'触发器之间都可以相互转换。
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●11.5寄存器
寄存器具有寄存数码的功能,分数码寄存器和移位寄存器。
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●11.6二进制计数器
二进制计数器分同步计数器和异步计数器两类。N位触发器可计2的N次方个脉冲。
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●11.7十进制计数器
十进制计数器分同步计数器和异步计数器两类。逢十进一。
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●11.8任意进制计数器
N进制计数器可由二进制计数器或十进制计数器转换而来,有置零法和置数法两种。
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●11.9由555定时器组成的单稳态触发器和无稳态触发器
通过学习555定时器的结构和工作原理,掌握555定时器的应用,会分析由555定时器组成的单稳太电路和多谐振荡电路等。
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第十二章模拟量和数字量的转换
模拟量和数字量的互相转换在电子技术中很重要,数模转换器(ADC)和模数转换器(DAC)是联系数字系统和模拟系统的“桥梁”,是实现数字控制的基础。本章主要介绍数-模和模-数转换的基本概念、基本原理和主要技术指标,对几种典型集成转换器的组成、特点和工作过程进行了简要分析。
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●12.1D/A转换器
D/A转换器有多种,倒T形电阻网络D/A转换器是一种典型的D/A转换器。目前生产的D/A转换器中大多采用这种结构。它由R-2R倒T形电阻网络、电子模拟开关S0~S3和运算放大器等组成。
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●12.2A/D转换器
A/D转换器也有很多种,我们学习目前用得较多的逐次逼近型A/D转换器。逐次逼近型A/D转器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、D/A转换器和电压比较器等几部分组成。
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第十三章实验
电工学是一门理论和实验相结合的技术性专业基础课程,在这一章里共有8个实验,其中4个电工技术实验和4个电子技术实验。
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●13.1电路元件伏安特性测绘
根据伏安特性的不同,电阻元件可以分为线性电阻与非线性电阻。绘制伏安特性曲线通常采用逐点测试法,电阻元件在不同的端电压U作用下,测量出相应的电流I,然后逐点绘制出伏安特性曲线I=f(U),然后根据伏安特性曲线可以计算出电阻元件的阻值。
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●13.2基尔霍夫定律的验证
基尔霍夫定理分为KCL和KVL定理。在电路中,任一结点各个支路电流的代数和恒等于0;任一回路所有支路电压的代数和也恒等于0。通过本次实验验证定理的正确性
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●13.3叠加定理的验证
叠加定理就是对于线性电路,任何一条支路中的电流,都可以看成是由电路中各个电源,就是电压源或者电流源分别作用时,在此支路中所产生的电流的代数和。通过本次实验可以验证线性电路叠加原理的正确性。
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●13.4三相交流电路电压、电流的测量
三相电路是三相电源供电的电路。通过本次实验掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法, 验证相电压及线、相电流之间的关系及中线的作用。
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●13.5晶体管共射极单管放大器
晶体管共射极单管放大器是放大电路的基本电路,学习放大电路的静态工作点的调试和测量对放大电路的正确应用有非常重要的作用。通过实验学生掌握测量静态参数和动态参数和方法,学会利用实验数据得出正确结论。
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●13.6集成运算放大器的基本应用
集成运算放大器是组成运算电路的基本元件,通过本实验,认识由集成运算放大器组成的反相比例运算电路、同相比例运算电路、反相加法运算电路和减法运算电路的结构,并验证电路功能。
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●13.7集成逻辑门电路逻辑功能的测试
集成逻辑门电路是组成数字电子电路的基本组成部分,通过实验,学习逻辑门电路连接方式,及电路的功能。加深对逻辑电路功能的认识。
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●13.8触发器功能测试
触发器是组成时序逻辑电路的基础,常用的有JK触发器和D触发器,通过本实验,学会测试触发器逻辑功能的方法。进一步熟悉集成JK触发器和 D触发器的逻辑功能。