機電一體化系列教材·模擬電子技術(shù)

第1章 半導體二極管、晶體管和場效應晶體管

不管在分立元件電路中，還是在集成電路中，半導體二極管、晶體管和場效應晶體管都是應用最為廣泛的半導體器件。掌握這幾種半導體器件的工作原理是學習各種電子電路的基礎。本章首先介紹半導體的基礎知識，在此基礎上介紹半導體二極管、晶體管和場效應晶體管的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和主要參數(shù)。

1.1 半導體的基礎知識

1.1.1 半導體的導電特性

在自然界中屬于半導體的物質(zhì)有很多種，但用來制造半導體器件的材料主要有硅（Si）、鍺（Ge）和砷化鎵（GaAs）。這些半導體在電子技術(shù)中之所以得到廣泛的應用，并不在于它們的導電能力介于導體和絕緣體之間，而是因為它們的導電性會隨外界條件的不同發(fā)生明顯的變化，并可以人為地加以控制。這種獨特的導電性表現(xiàn)在：

（1）熱敏性一些半導體對溫度的反應很靈敏，其導電能力隨環(huán)境溫度升高而明顯增加，利用這種特性可以做成各種熱敏元件。

（2）光敏性有些半導體在受到光照時，導電能力也明顯增強，利用這種特性可以制成各種光電元件。

（3）摻雜性在純凈的半導體中摻入微量的其他元素（稱為雜質(zhì)），就可以使半導體的導電能力大大增加。利用這一特性可以制成各種半導體器件。

半導體為什么具有這些獨特的導電性呢？這是由它內(nèi)部的原子結(jié)構(gòu)和原子之間的結(jié)合方式所決定的。一種物質(zhì)能否導電要看其內(nèi)部有無可以自由移動的帶電粒子，這種帶電粒子稱為載流子。下面首先簡述半導體的原子結(jié)構(gòu)和載流子的形成。

1.本征半導體

用硅或鍺制造半導體器件時，必須形成單晶體。我們把純凈的沒有結(jié)構(gòu)缺陷的半導體單晶稱為本征半導體。2100433B

《機電一體化系列教材·模擬電子技術(shù)(第2版)》和《數(shù)字電子技術(shù)》第2版配套，可作為高等學校機電專業(yè)本科生“電子技術(shù)”課程的理論課教材，也可供其他相關(guān)專業(yè)選用以及從事機電工程的工程技術(shù)人員參考。

《高職高專系列規(guī)劃教材:機電一體化技術(shù)》可作為大專院校的機電一體化、數(shù)控、機械等相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課和專業(yè)選修課教材，也適合于職大、電大、函大等相關(guān)專業(yè)使用，并可供從事機電一體化產(chǎn)品設計、制造和維修的專業(yè)人士參考。

• 內(nèi)容敘述

《模擬電子技術(shù)（第5版）》在內(nèi)容取舍上，以應用為目的，做到少而精、重點突出，淡化理論分析，突出集成電路的應用，適度引入新器件和新技術(shù)；在敘述方法上，抓住重點問題的本質(zhì)，以詳略得當?shù)恼Z言進行說明，做到簡明扼要、深入淺出、層次分明、概念清楚 。

• 教材體系

《模擬電子技術(shù)（第5版）》課程體系以現(xiàn)代電子技術(shù)的基本知識、基本理論、基本技能為主線，突出器件與基本應用相結(jié)合、基本知識與實用技術(shù)相結(jié)合、理論教學與實踐訓練相結(jié)合；各章后均編有應用知識及技能訓練內(nèi)容，并列出技能訓練項目。應用知識有基本技能訓練也有綜合技能訓練，有電路組裝調(diào)試也有虛擬實驗。保留了原教材的基本特色，同時全書采用彩色印刷。

《模擬電子技術(shù)（第5版）》以培養(yǎng)學生綜合應用能力和職業(yè)素養(yǎng)為目的，將課堂講授、課內(nèi)討論、課外自學、習題、自我檢測與技能訓練等有機結(jié)合，形成優(yōu)化的教學體系 。

第1章引論

1.1概述

1.1.1引言

1.1.2機電一體化系統(tǒng)的基本組成要素

1.1.3機電一體化系統(tǒng)的技術(shù)組成

1.1.4機電一體化技術(shù)與其他技術(shù)的區(qū)別

1.2機電一體化系統(tǒng)的設計

1.2.1機電一體化系統(tǒng)的分類

1.2.2機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）開發(fā)的類型

1.2.3機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設計方案的常用方法

1.2.4機電一體化系統(tǒng)設計

1.2.5機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的工程路線

1.3機電一體化的發(fā)展趨勢

1.3.1機電一體化的技術(shù)現(xiàn)狀

1.3.2機電一體化的發(fā)展趨勢

思考題

第2章機電一體化機械系統(tǒng)設計理論

2.1概述

2.1.1機電一體化對機械系統(tǒng)的基本要求

2.1.2機械系統(tǒng)的組成

2.1.3機械系統(tǒng)的設計思想

2.2機械傳動設計的原則

2.2.1機電一體化系統(tǒng)對機械傳動的要求

2.2.2總傳動比的確定

2.2.3傳動鏈的級數(shù)和各級傳動比的分配

2.3機械系統(tǒng)性能分析

2.3.1數(shù)學模型的建立

2.3.2機械性能參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響

2.3.3傳動間隙對系統(tǒng)性能的影響

2.4機械系統(tǒng)的運動控制

2.4.1機械傳動系統(tǒng)的動力學原理

2.4.2機械系統(tǒng)的制動控制

2.4.3機械系統(tǒng)的加速控制

思考題

第3章機電一體化機械設計

3.1無側(cè)隙齒輪傳動機構(gòu)

3.1.1直齒圓柱齒輪傳動機構(gòu)

3.1.2斜齒輪傳動機構(gòu)

3.1.3錐齒輪傳動機構(gòu)

3.1.4齒輪齒條傳動機構(gòu)

3.2滑動螺旋傳動

3.2.1滑動螺旋傳動的特點

3.2.2滑動螺旋傳動的形式及應用

3.2.3螺旋副零件與滑板連接結(jié)構(gòu)的確定

3.2.4影響螺旋傳動精度的因素及提高傳動精度的措施

3.2.5消除螺旋傳動的空回的方法

3.3滾珠螺旋傳動

3.3.1滾珠螺旋傳動的特點

3.3.2滾珠螺旋傳動的結(jié)構(gòu)形式與類型

3.3.3滾珠螺旋副的精度

3.4滑動摩擦導軌

3.4.1導軌的基本要求

3.4.2滑動摩擦導軌的類型及結(jié)構(gòu)特點

3.4.3導軌間隙的調(diào)整

3.4.4驅(qū)動力的方向和作用點對導軌工作的影響

3.4.5溫度變化對導軌間隙的影響

3.4.6導軌的剛度計算

3.4.7提高導軌耐磨性的措施

3.4.8導軌主要尺寸的確定

3.5滾動摩擦導軌

3.5.1滾珠導軌

3.5.2滾柱導軌和滾動軸承導軌

3.6靜壓螺旋傳動與靜壓導軌簡介

3.6.1靜壓螺旋傳動

3.6.2靜壓導軌

思考題

第4章機電一體化檢測系統(tǒng)

4.1概述

4.1.1檢測系統(tǒng)的組成

4.1.2傳感器的概念及基本特性

4.1.3信號傳輸與處理電路

4.2位移檢測

4.2.1模擬式位移傳感器

4.2.2數(shù)字式位移傳感器

4.3速度、加速度的檢測

4.3.1直流測速機速度檢測

4.3.2光電式轉(zhuǎn)速傳感器

4.3.3加速度傳感器

4.4力、扭矩和流體壓強檢測

4.4.1力、力矩檢測

4.4.2流體壓強傳感器

4.5傳感器前級信號處理

4.5.1測量放大器

4.5.2程控增益放大器

4.5.3隔離放大器

4.6傳感器接口技術(shù)

4.6.1傳感器信號的采樣/保持

4.6.2多通道模擬信號輸入

4.7傳感器非線性補償處理

思考題

第5章計算機控制及接口技術(shù)

5.1概述

5.1.1計算機控制系統(tǒng)的組成

5.1.2計算機在控制中的應用方式

6.1.3典型的機電一體化控制系統(tǒng)

5.2工業(yè)控制計算機

5.2.1工業(yè)控制計算機的特點及要求

5.2.2單片微型計算機

5.2.3可編程序控制器（PC）

5.2.4總線工控機

5.3計算機接口技術(shù)

5.3.1接口、通道及其功能

5.3.2I/O信號的種類

5.3.3計算機和外部的通信方式

5.3.4I/O控制方式

5.3.5I/O接口的編址方式

5.4計算機接口設計

5.4.1I/O接口與系統(tǒng)的連接

5.4.2I/O接口擴展

5.4.3模擬量的采樣與處理

5.4.4輸入/輸出通道

5.5D/A轉(zhuǎn)換器

5.5.1并行D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理

5.5.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)

5.5.38位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832

5.5.412位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210

5.6A/D轉(zhuǎn)換器

5.6.1A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理

5.6.2A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)

5.6.38位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809

5.6.412位A/D轉(zhuǎn)換器AD574

5.6.5A/D轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)的連接及舉例

思考題

第6章伺服控制系統(tǒng)

6.1概述

6.1.1伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

6.1.2伺服系統(tǒng)的分類

6.1.3伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求

6.2執(zhí)行元件

6.2.1執(zhí)行元件的分類及其特點

6.2.2直流伺服電動機

6.2.3步進電動機

6.2.4交流伺服電動機

6.3電力電子變流技術(shù)

6.3.1開關(guān)器件特性

6.3.2變流技術(shù)

6，4PWM型變頻電路

6.4.1SPWM波形原理

6.4.2單相SPWM控制原理

6.4.3三相SPWM控制原理

6.4.4SPWM逆變電路的調(diào)制方式

6.4.5SPWM型變頻器的主電路

思考題

第7章抗干擾技術(shù)

7.1產(chǎn)生干擾的因素

7.1.1干擾的定義

7.1.2形成干擾的三個要素

7.1.3電磁干擾的種類

7.1.4干擾存在的形式

7.2抗干擾的措施

7.2.1屏蔽

7.2.2隔離

7.2.3濾波

7.2.4接地

7.2.5軟件抗干擾設計

7.3提高系統(tǒng)抗干擾能力的措施

7.3.1邏輯設計力求簡單可靠

7.3.2硬件自檢測和軟件自恢復的設計

7.3.3從安裝和工藝等方面采取措施以消除干擾

思考題

……

第8章自動化制造系統(tǒng)

參考文獻2100433B