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內容簡介

　　本書從*基本的半導體ＰＮ結開始，以二極管、雙極結型晶體管、金屬氧化物半導體場效應管，以及美國ＴＩ公司的集成運算放大器、集成功率放大器、集成綫性低壓降電源芯片、集成開關電源芯片為主綫，係統介紹瞭半導體和PN結特性、半導體二極管的特性和分析、二極管電路的設計和分析、雙極結型晶體管的特性和分析、雙極結型晶體管放大電路應用、雙極結型晶體管電路反饋原理及穩定分析、金屬氧化物半導體場效應管特性和電路分析、金屬氧化物半導體場效應管放大電路應用、運算放大器電路的設計和分析、集成差動放大器的原理和分析、運算放大器的性能指標、運算放大器電路穩定性分析、高速放大器的原理和分析、有源濾波器的原理和設計、功率放大器的分析和設計、振蕩器的特性和分析、電源管理器的原理和應用、模擬-數字轉換器的原理及應用、數字-模擬轉換器的原理及應用等內容。本書的一大特色是將模擬電子係統理論知識和SPICE電路仿真進行係統化融閤，通過理論計算及SPICE仿真結果，詮釋瞭模擬電子係統的本質；本書的另一大特色是通過與美國TI公司和美國NI公司的産、學、研深度閤作，將*新的模擬電子設計理論和設計方法引入書中，使得本書內容能與時俱進，將更精彩的內容呈現給廣大讀者。本書適用於從事模擬係統設計的工程師，尤其適用於從事TI集成電路設計的工程師。同時，本書也可以作為高等學校模擬電子技術基礎課程的教學參考用書。

作者簡介

　　何賓，著名的嵌入式技術和EDA技術專傢，長期從事電子設計自動化方麵的教學和科研工作，與全球多傢知名的半導體廠商和EDA工具廠商大學計劃保持緊密閤作。目前已經齣版嵌入式和EDA方麵的著作近30部，內容涵蓋電路仿真、電路設計、可編程邏輯器件、數字信號處理、單片機、嵌入式係統、片上可編程係統等。典型的代錶作有《Xilinx FPGA設計*威指南》、《Altium Designer13.0電路設計、仿真與驗證*威指南》、《Xilinx FPGA數字設計-從門級到行為級的雙重描述》、《Xilinx FPGA數字信號處理*威指南-從HDL、模型到C的描述》、《模擬與數字係統協同設計*威指南-Cypress集成開發環境》、《STC單片機原理及應用》、《Altium Designer15.0電路仿真、設計、驗證與工藝實現*威指南》、《STC單片機C語言程序設計》。

目錄

第1章模擬電子技術緒論
1.1電子技術的發展曆史
1.2模擬電子技術的目標
1.2.1模擬電子技術的基礎地位
1.2.2模擬電子技術的知識點結構
1.2.3模擬電子技術的研究角度
1.3模擬電子係統的評價和分析
方法
1.3.1理論分析方法類型
1.3.2理論分析方法的實質
1.3.3實際測試
第2章半導體和PN結特性
2.1半導體材料
2.1.1N型雜質
2.1.2P型雜質
2.1.3多子和少子
2.1.4費米函數
2.1.5載流子濃度
2.2零偏置PN結
2.2.1內建結電勢
2.2.2電場分布
2.2.3結電勢分布
2.2.4空間耗盡區寬度
2.3正偏PN結
2.3.1耗盡區寬度
2.3.2少子電荷分布
2.4反偏PN 結
2.4.1耗盡區寬度
2.4.2結電容
2.5結電流密度
2.6溫度依賴性
2.7高頻交流模型
2.7.1耗盡電容
2.7.2擴散電容
2.7.3正偏模型
2.7.4反偏模型
第3章半導體二極管的特性和
分析
3.1二極管的符號和分類
3.1.1二極管的符號
3.1.2二極管的分類
3.2二極管電壓和電流特性
3.2.1測試電路構建和分析
3.2.2查看和分析SPICE網錶
3.2.3二極管SPICE模型描述
3.2.4二極管正偏電壓-電流
特性分析
3.2.5二極管反偏電壓-電流
特性分析
3.2.6二極管電壓-電流綫性
化模型
3.3二極管溫度特性
3.3.1執行二極管溫度掃描分析
3.3.2繪製和分析二極管溫度
特性圖
3.4二極管頻率特性
3.4.1波特圖工具的原理
3.4.2波特圖使用說明
3.4.3二極管頻率特性分析
3.5二極管額定功率特性
3.6發光二極管及其特性
3.7齊納二極管及其特性
3.7.1電壓電流特性
3.7.2電源管理器的設計
第4章二極管電路的設計和分析
4.1二極管整流器
4.1.1半波整流
4.1.2全波整流
4.1.3平滑整流器輸齣
4.2二極管峰值檢測器
4.2.1二極管峰值檢測器原理
4.2.2包絡檢波器實現
4.3二極管鉗位電路
4.4二極管斬波器
4.4.1二極管斬波器原理
4.4.2二極管斬波器應用
4.5二極管倍壓整流器
4.6壓控衰減器
第5章雙極結型晶體管的特性和
分析
5.1晶體管基本概念
5.2雙極結型晶體管符號
5.3雙極結型晶體管SPICE
模型參數
5.4雙極結型晶體管工作原理
5.4.1雙極結型晶體管結構
5.4.2電壓、電流和電荷控製
5.4.3晶體管的α和β
5.4.4BJT工作區域
5.5雙極結型晶體管輸入和
輸齣特性
5.5.1輸入特性
5.5.2輸齣特性
5.6雙極結型晶體管電路模型及
分析方法
5.6.1直流模型
5.6.2大信號模型
5.6.3厄爾利效應
5.6.4小信號模型
5.7密勒定理及其分析方法
5.7.1密勒定理及其推導
5.7.2密勒定理的應用
5.7.3密勒效應
5.8雙極結型晶體管的直流
偏置
5.8.1有源電流源偏置
5.8.2單基極電阻偏置
5.8.3發射極電阻反饋偏置
5.8.4射極跟隨器偏置
5.8.5雙基極電阻偏置
5.8.6偏置電路設計
5.9共發射極放大器
5.9.1有源偏置共射極放大器
5.9.2電阻偏置共射極放大器
5.10共集電極放大器
5.10.1有源偏置射極跟隨器
5.10.2電阻偏置射極跟隨器
5.11共基極放大器
5.11.1輸入電阻Ri
5.11.2無負載電壓增益Avo
5.11.3輸齣電阻Ro
5.12達林頓對晶體管
5.13直流電平移位和放大器
5.13.1電平移動方法
5.13.2電平移位的直流放大器
5.14雙極結型晶體管電路的
頻率響應
5.14.1高頻模型
5.14.2BJT頻率響應
5.15BJT放大器的頻率響應
5.15.1共發射極BJT放大器
5.15.2共集電極BJT放大器
5.15.3共基極BJT放大器
第6章雙極結型晶體管放大電路
應用
6.1BJT多級放大器及頻率
響應
6.1.1電容耦閤
6.1.2直接耦閤
6.1.3級聯晶體管
6.1.4頻率響應
6.2BJT電流源原理
6.2.1基本電流源
6.2.2改進型基本電流源
6.2.3Widlar電流源
6.2.4共射-共基電流源
6.2.5威爾遜電流源
6.2.6多重電流源
6.2.7零增益放大器
6.2.8穩定電流源
6.3BJT差分放大器原理
6.3.1采用阻性負載的BJT
差分對
6.3.2采用基本電流鏡有源負載
的BJT差分放大器
6.3.3采用改進電流鏡的差分
放大器
6.3.4共射極-共基極差分放
大器
6.3.5差分放大器頻率響應
第7章雙極結型晶體管電路反饋
原理及穩定分析
7.1放大器反饋機製類型
7.2放大器反饋特性
7.2.1閉環增益係數
7.2.2頻率響應
7.2.3失真
7.3放大器反饋結構
7.3.1串聯-並聯反饋結構
7.3.2串聯-串聯反饋結構
7.3.3並聯-並聯反饋結構
7.3.4並聯-串聯反饋結構
7.4放大器反饋分析
7.4.1串聯-並聯反饋結構
7.4.2串聯-串聯反饋結構
7.4.3並聯-並聯反饋結構
7.4.4並聯-串聯反饋結構
7.5放大器穩定性分析
7.5.1閉環頻率和穩定性
7.5.2瞬態響應和穩定性
7.5.3閉環極點和穩定性
7.5.4奈奎斯特穩定準則
7.5.5相對穩定性判定
7.5.6相位裕度的影響
7.5.7波特圖分析穩定性方法
第8章金屬氧化物半導體場效應
管特性和電路分析
8.1金屬氧化物半導體場效應
管基礎
8.1.1金屬氧化物半導體場效應
管概述
8.1.2金屬氧化物場效應晶體管
符號
8.1.3金屬氧化物場效應管的基本
概念
8.1.4MOSFET的SPICE模型
參數
8.2增強型MOSFET
8.2.1內部結構
8.2.2工作模式
8.2.3工作特性
8.3耗盡型MOSFET
8.3.1內部結構
8.3.2工作模式
8.3.3工作特性
8.4MOSFET低頻模型
8.4.1直流模型
8.4.2小信號模型
8.4.3小信號分析
8.5MOSFET直流偏置
8.5.1MOSFET偏置電路原理
8.5.2MOSFET偏置電路設計
8.6共源極放大器
8.6.1采用電流源負載的共源極
放大器
8.6.2采用增強型MOSFET負載的
共源極放大器
8.6.3采用耗盡型MOSFET負載的
共源極放大器
8.6.4采用電阻負載的共源極
放大器
8.7共漏極放大器
8.7.1有源偏置的源極跟隨器
8.7.2電阻偏置的源極跟隨器
8.8共柵極放大器
8.9直流電平移位和放大器
8.9.1電平移動方法
8.9.2電平移位的MOSFET
放大器
8.10MOSFET放大器頻率響應
8.10.1MOSFET高頻模型
8.10.2共源極放大器頻率響應
8.10.3共漏極放大器頻率響應
8.10.4共柵極放大器頻率響應
第9章金屬氧化物半導體場效應
管放大電路應用
9.1MOSFET多級放大器及
頻率響應
9.1.1電容耦閤級聯放大器
9.1.2直接耦閤放大器
9.1.3共源-共柵放大器
9.2MOSFET電流源原理
9.2.1基本電流源
9.2.2改進型基本電流源
9.2.3多重電流源
9.2.4共源-共柵電流源
9.2.5威爾遜電流源
9.2.6零增益放大器
9.2.7穩定電流源
9.3MOSFET差分放大器原理
9.3.1NMOSFET差分對
9.3.2采用有源負載的MOSFET
差分對
9.3.3共源-共柵MOSFET差分
放大器
9.4耗盡型MOSFET差分放大器
原理
9.4.1采用阻性負載的耗盡型
MOSFET差分對
9.4.2采用有源負載的耗盡型
MOSFET差分對
第10章運算放大器電路的設計
和分析
10.1集成運算放大器的原理
10.1.1集成運放的內部結構
10.1.2集成運放的通用符號
10.1.3集成運放的簡化原理
10.2理想運算放大器模型
10.2.1理想運算放大器的特點
10.2.2放大器“虛短”和
“虛斷”
10.2.3疊加定理
10.3理想運算放大器的分析
10.3.1同相放大器
10.3.2反相放大器
10.4運算放大器的應用
10.4.1電壓跟隨器
10.4.2加法器
10.4.3積分器
10.4.4微分器
10.4.5半波整流器
10.4.6全波整流器
10.5單電源供電運放電路
10.5.1單電源運放
10.5.2運算放大電路的基本
偏置方法
10.5.3其他一些基本的單電源
供電電路
第11章集成差動放大器的原理
和分析
11.1差分放大器的基本概念
11.2差分放大器
11.3儀錶放大器
11.4電流檢測放大器
11.4.1低側電流測量方法
11.4.2高測電流檢測方法
11.5全差分放大器
11.5.1全差分放大器原理
11.5.2差分信號源匹配
11.5.3單端信號源匹配
11.5.4輸入共模電壓
第12章運算放大器的性能指標
12.1開環增益、閉環增益和
環路增益
12.2放大器直流精度
12.2.1放大器輸入端直流參數
指標
12.2.2放大器輸齣端直流參數
指標
12.3放大器交流精度
12.3.1增益帶寬積
12.3.2壓擺率
12.3.3建立時間
12.3.4總諧波失真加噪聲
12.4其他指標
12.4.1共模抑製比
12.4.2電源噪聲抑製比
12.4.3電源電流
12.4.4運放噪聲
12.5精密放大器指標
12.5.1TI精密運算放大器
12.5.2精密放大器選型步驟
第13章運算放大器電路穩定性分析
13.1運放電路穩定性分析方法
13.2Aol和1/β的計算方法
13.3外部寄生電容對穩定性的影響
13.3.1負載電阻影響的瞬態分析
13.3.2負載電阻影響的交流小信號
分析
13.4修改Aol的補償方法
13.4.1電路的瞬態分析
13.4.2電路的交流小信號分析
13.5

前言/序言

本書是《模擬電子係統設計指南（基礎篇）：從半導體、分立元件到TI集成電路的分析與實現》一書的配套實踐用書。模擬電子係統的設計能力取決於對相關理論知識理解的深度和廣度，對理論知識的理解僅從書本上學習是遠遠不夠的，需要通過大量的SPICE電路軟件仿真，以及構建和測試實際硬件電路來積纍大傢通常所說的“設計經驗”。
在編寫本書的過程中，本人的學生參與瞭大量模擬硬件電路的構建、測試和驗證工作，而他們在大學剛開始學習模擬電子技術時，感覺特彆抽象，理解起來很睏難，導緻他們不知道學習模擬電子技術這門課程的目的所在，當然這也是國內大學教師和學生普遍的共識。本人在編寫這本書的6個月的時間裏，通過給學生布置書上所提供的這些設計題目，引導他們有針對性地從實踐中重新學習模擬電子技術知識，而不是像原來一樣僅僅從書本上學習。
在他們完成本人所布置的這些設計題目的過程中，首先要參考本人編寫的《模擬電子係統設計指南（基礎篇）：從半導體、分立元件到TI集成電路的分析與實現》中相關的模擬電路理論知識，然後使用SPICE對要搭建的模擬硬件電路從不同的角度進行初步可行性驗證，最後在麵包闆/萬能闆上構建實際的硬件電路，並通過測試儀器從時域（包含X-Y）和頻域兩個不同的角度研究信號與模擬電子係統各個單元之間的內在關係。經過這個訓練過程，他們從以前感覺模擬電子技術是最難學最不喜歡學的課程，到如今轉變為對模擬電子技術內在所錶現齣深層次“魅力”的濃厚興趣。並且，現在他們可以從整體上將所學習的各門相關專業課程知識點有機地聯係在一起。由此可見，實踐/實驗在模擬電子課程教與學中的重要作用。
全書分為14章，以二極管、BJT、MOSFET、集成運算放大器、功率放大器、電源管理器為主綫，將模擬電子課程中所需要掌握的重要知識點通過實驗進行瞭係統化融閤。本人的學生王中正負責本書第510章實驗內容的設計和驗證，徐佳負責本書第67章實驗內容的設計和驗證，唐思怡負責本書第1114章實驗內容的設計和驗證。此外，湯宗美負責本書教學課件的製作。本人完成對全書的文字整理、實驗結構的確認及審閱工作。本書由王學偉主審。
在編寫本書的過程中，TI大學計劃提供瞭芯片和經費資助；NI大學計劃提供瞭正版Multisim Designer 14.0工具的授權；RIGOL公司大學計劃提供瞭程控電源、信號發生器、數字示波器、頻譜分析儀、數字萬用錶和電子負載。正是由於這些公司的鼎力支持和幫助，使得我能夠高質量地完成本書的編寫工作，在此嚮他們的支持錶示衷心的感謝。通過本書的編寫，使得教育界和産業界能夠更緊密地閤作，並可以全方位地幫助教育界的老師將最新的模擬電子設計軟件工具和硬件平颱介紹給廣大的學生，同時也為産業界培養更多能夠從事相關工作的工程技術人員，這是一種雙贏的閤作。
最後，感謝電子工業齣版社各位編輯對本書齣版給予的幫助和支持，由於本人水平有限，書中難免齣現不足之處，請讀者不吝指齣，幫助本人進一步完善本書的內容。
何賓
2017年4月於北京


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