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第1章 电子学与设计绪论1

1.1 引言1

1.2 电子学的历史1

1.3 电子系统3

1.3.1 传感器4

1.3.2 执行器4

1.4 电信号和标记法5

1.4.1 模数转换器5

1.4.2 数模转换器6

1.4.3 标记法7

1.5 电子系统的分类8

1.6 电子系统的规范9

1.6.1 瞬态规范9

1.6.2 失真10

1.6.3 频率规范10

1.6.4 直流和小信号规范11

1.7 放大器类型12

1.8 电子系统的设计13

1.9 电子电路的设计15

1.9.1 分析和设计15

1.9.2 工程设计的定义15

1.9.3 电路级设计过程16

1.9.4 从设计的角度进行研究的好处18

1.9.5 设计项目的类型19

1.9.6 设计报告20

1.10 电子器件21

1.10.1 半导体二极管21

1.10.2 双极型晶体管21

1.10.3 场效应晶体管22

1.11 新兴电子24

1.11.1 忆阻器24

1.11.2 有机电子25

1.11.3 生物电子26

参考文献27

习题28

第2章 放大器及频率响应概论30

2.1 引言30

2.2 放大器特性30

2.2.1 电压增益31

2.2.2 电流增益31

2.2.3 功率增益32

2.2.4 对数增益32

2.2.5 输入输出电阻33

2.2.6 放大器饱和33

2.2.7 放大器非线性34

2.2.8 上升时间36

2.2.9 转换速率36

2.3 放大器类型38

2.3.1 电压放大器38

2.3.2 电流放大器39

2.3.3 跨导放大器41

2.3.4 跨阻放大器42

2.4 级联放大器43

2.4.1 级联电压放大器43

2.4.2 级联电流放大器45

2.5 放大器的频率响应46

2.5.1 低通特性47

2.5.2 高通特性49

2.5.3 带通特性51

2.5.4 增益与带宽的关系51

2.6 密勒定理53

2.7 频率响应方法54

2.7.1 低频传递函数方法55

2.7.2 高频传递函数方法56

2.7.3 密勒电容方法57

2.7.4 低频短路方法60

2.7.5 高频零值方法61

2.7.6 中频电压增益63

2.7.7 多级放大器64

2.8 PSpice/SPICE放大器模型64

2.8.1 电压放大器64

2.8.2 电流放大器65

2.8.3 跨导放大器65

2.8.4 跨阻放大器65

2.9 放大器设计65

本章小结68

参考文献68

问题回顾68

习题69

第3章 运算放大器和应用概论77

3.1 引言77

3.2 理想运算放大器的特性77

3.2.1 运算放大器电路模型78

3.2.2 运算放大器频率响应79

3.2.3 共模抑制比80

3.3 运算放大器PSpice/SPICE模型82

3.3.1 直流线性模型83

3.3.2 交流线性模型83

3.3.3 非线性宏模型84

3.4 理想运算放大器的分析85

3.4.1 同相放大器85

3.4.2 反相放大器89

3.5 运算放大器的应用94

3.5.1 积分器94

3.5.2 微分器101

3.5.3 差分放大器105

3.5.4 仪表放大器107

3.5.5 同相求和放大器108

3.5.6 反相求和放大器109

3.5.7 加法-减法放大器110

3.5.8 光耦驱动器113

3.5.9 光电探测器114

3.5.10 电压-电流转换器114

3.5.11 直流电压表115

3.5.12 直流毫伏表115

3.5.13 负阻抗转换器116

3.5.14 恒流源117

3.5.15 同相积分器117

3.5.16 电感模拟器118

3.5.17 交流耦合自举电压跟随器119

3.6 运算放大器电路的设计120

本章小结122

参考文献122

问题回顾122

习题123

第4章 半导体二极管132

4.1 引言132

4.2 理想的二极管132

4.3 二极管电路的转移特性135

4.4 实际二极管136

4.4.1 实际二极管的特性136

4.4.2 二极管常数的确定137

4.4.3 温度效应139

4.5 实际二极管电路的分析140

4.5.1 图解法140

4.5.2 近似法141

4.5.3 迭代法141

4.5.4 数学法142

4.6 实际二极管的模型143

4.6.1 恒压降直流模型143

4.6.2 分段线性直流模型144

4.6.3 低频小信号模型146

4.6.4 PSpice/SPICE二极管模型149

4.7 齐纳二极管152

4.7.1 齐纳稳压器153

4.7.2 齐纳稳压器的设计154

4.7.3 齐纳限幅器157

4.7.4 齐纳二极管的温度效应160

4.8 发光二极管160

4.9 额定功率161

4.10 二极管的数据表162

本章小结166

参考文献166

问题回顾166

习题167

第5章 二极管的应用174

5.1 引言174

5.2 二极管整流器174

5.2.1 单相半波整流器175

5.2.2 单相全波中心抽头的整流器181

5.2.3 单相全波桥式整流器186

5.3 整流器的输出滤波器190

5.3.1 L滤波器190

5.3.2 C滤波器192

5.3.3 LC滤波器197

5.4 二极管峰值检测器和解调器199

5.5 二极管斩波器202

5.5.1 并联斩波器202

5.5.2 串联斩波器203

5.6 二极管钳位电路205

5.6.1 固定移位钳位电路205

5.6.2 可变移位钳位电路206

5.7 二极管电压乘法器209

5.7.1 倍压器209

5.7.2 电压三倍器以及四倍器210

5.8 二极管函数产生器211

本章小结213

参考文献214

问题回顾214

习题214

第6章 半导体和pn结特性220

6.1 引言220

6.2 半导体材料221

6.2.1 n-型材料222

6.2.2 p-型材料223

6.2.3 多子和少子223

6.2.4 费米函数223

6.2.5 载流子浓度225

6.3 零偏pn结226

6.3.1 内建结电势227

6.3.2 电场分布227

6.3.3 结电势分布229

6.3.4 空间电荷耗尽区宽度229

6.4 反偏pn结230

6.4.1 击穿条件231

6.4.2 耗尽区宽度232

6.4.3 结电容233

6.5 正偏pn结234

6.5.1 耗尽区宽度234

6.5.2 少子电荷分布235

6.6 结电流密度237

6.7 温度依赖性238

6.8 高频交流模型238

6.8.1 耗尽电容239

6.8.2 扩散电容239

6.8.3 正偏模型240

6.8.4 反偏模型240

本章小结241

参考文献241

问题回顾241

习题242

第7章 金属氧化物半导体场效应晶体管245

7.1 引言245

7.2 金属氧化物场效应晶体管246

7.3 增强型MOSFET246

7.3.1 工作过程247

7.3.2 输出特性和转移特性250

7.3.3 沟道长度调制251

7.3.4 衬底偏置效应252

7.3.5 互补MOS253

7.4 耗尽型MOSFET254

7.4.1 工作过程254

7.4.2 输出和转移特性255

7.5 场效应晶体管模型和放大器256

7.5.1 直流模型257

7.5.2 交流小信号模型257

7.5.3 PSpice模型258

7.5.4 小信号分析259

7.6 MOSFET开关261

7.7 MOSFET的直流偏置262

7.7.1 MOSFET偏置电路263

7.7.2 MOSFET偏置电路的设计264

7.8 共源极放大器267

7.8.1 采用电流源负载的共源极放大器268

7.8.2 采用增强型MOSFET负载的共源极放大器270

7.8.3 采用耗尽型MOSFET负载的共源极放大器271

7.8.4 采用电阻负载的共源极放大器272

7.9 共漏极放大器275

7.9.1 有源偏置的源极跟随器276

7.9.2 电阻偏置的源极跟随器277

7.10 共栅极放大器279

7.11 多级放大器281

7.11.1 电容耦合级联放大器281

7.11.2 直接耦合的放大器282

7.11.3 共源共栅放大器282

7.12 直流电平移位和放大器284

7.12.1 电平移位方法284

7.12.2 电平移位的MOS放大器285

7.13 MOSFET放大器的频率响应289

7.13.1 高频MOSFET模型289

7.13.2 小信号PSpice模型291

7.13.3 共源极放大器292

7.13.4 共漏极放大器295

7.13.5 共栅极放大器297

7.14 MOSFET放大器的设计300

本章小结304

参考文献304

问题回顾305

习题305

第8章 双极型晶体管及放大器319

8.1 引言319

8.2 双极型晶体管320

8.3 BJT的工作原理321

8.3.1 正向工作模式322

8.3.2 截止、饱和与反向有源工作模式324

8.3.3 基区致窄324

8.3.4 饱和电流Is和电流增益βF的物理参数327

8.4 输入输出特性329

8.5 BJT电路模型331

8.5.1 线性直流模型331

8.5.2 小信号交流模型332

8.5.3 小信号混合模型333

8.5.4 PSpice/SPICE模型333

8.5.5 小信号分析334

8.6 BJT开关336

8.7 双极型晶体管的直流偏置337

8.7.1 有源电流源偏置338

8.7.2 单基极电阻偏置339

8.7.3 发射极电阻反馈偏置339

8.7.4 射极跟随器偏置340

8.7.5 双基极电阻偏置340

8.7.6 偏置电路设计341

8.8 共射极放大器344

8.8.1 有源偏置共射极放大器345

8.8.2 阻性偏置共射极放大器347

8.9 射极跟随器351

8.9.1 有源偏置射极跟随器352

8.9.2 阻性偏置射极跟随器354

8.10 共基极放大器356

8.10.1 输入电阻Ri357

8.10.2 无负载电压增益A vo358

8.10.3 输出电阻Ro358

8.11 多级放大器360

8.11.1 电容耦合级联放大器360

8.11.2 直接耦合放大器361

8.11.3 级联晶体管放大器361

8.12 达灵顿对晶体管363

8.13 直流电平移位和放大器366

8.13.1 电平移位方法366

8.13.2 电平移位的直流放大器367

8.14 双极型晶体管的频率模型和响应370

8.14.1 高频模型370

8.14.2 小信号PSpice/SPICE模型372

8.14.3 BJT的频率响应373

8.15 BJT放大器的频率响应375

8.15.1 共射极BJT放大器376

8.15.2 共集电极BJT放大器381

8.15.3 共基极BJT放大器384

8.15.4 多级放大器387

8.16 MOSFET与BJT391

8.17 放大器的设计391

本章小结395

参考文献395

问题回顾395

习题396

第9章 差分放大器410

9.1 引言410

9.2 差分放大器的内部结构410

9.2.1 差分放大器的特性411

9.2.2 差分放大器的内部结构412

9.3 MOSFET电流源414

9.3.1 基本电流源415

9.3.2 改进型基本电流源416

9.3.3 多重电流源417

9.3.4 共源共栅电流源418

9.3.5 威尔逊电流源418

9.3.6 有源电流源的设计419

9.4 MOS差分放大器420

9.4.1 NMOS差分对420

9.4.2 采用有源负载的MOS差分对426

9.4.3 共源共栅MOS差分放大器428

9.5 耗尽型MOS差分放大器430

9.5.1 采用阻性负载的耗尽型MOS差分对430

9.5.2 采用有源负载的耗尽型MOS差分对433

9.6 BJT电流源433

9.6.1 基本电流源434

9.6.2 改进型基本电流源436

9.6.3 Widlar电流源437

9.6.4 共射共基电流源441

9.6.5 威尔逊电流源441

9.6.6 多重电流源445

9.7 BJT差分放大器445

9.7.1 采用阻性负载的BJT差分对445

9.7.2 采用基本电流镜有源负载的BJT差分放大器453

9.7.3 采用改进电流镜的差分放大器455

9.7.4 共射共基差分放大器456

9.8 BiCMOS差分放大器458

9.8.1 BJT与CMOS放大器458

9.8.2 BiCMOS放大器459

9.8.3 级联晶体管BiCMOS放大器460

9.8.4 双级联晶体管BiCMOS放大器461

9.9 差分放大器的频率响应463

9.9.1 采用阻性负载的频率响应463

9.9.2 采用有源负载的频率响应463

9.10 差分放大器的设计464

本章小结465

参考文献465

问题回顾465

习题466

第10章 反馈放大器474

10.1 引言474

10.2 反馈475

10.3 反馈的特性476

10.3.1 闭环增益476

10.3.2 增益敏感性477

10.3.3 反馈系数敏感性478

10.3.4 频率响应479

10.3.5 失真480

10.4 反馈拓扑结构481

10.4.1 反馈结构481

10.4.2 反馈关系484

10.5 反馈放大器的分析484

10.6 串联-并联反馈485

10.6.1 理想串联-并联反馈网络的分析486

10.6.2 实际串联-并联反馈网络的分析488

10.7 串联-串联反馈493

10.7.1 理想串联-串联反馈网络的分析494

10.7.2 实际串联-串联反馈网络的分析495

10.8 并联-并联反馈500

10.8.1 理想并联-并联反馈网络的分析501

10.8.2 实际并联-并联反馈网络的分析503

10.9 并联-串联反馈508

10.9.1 理想并联-串联反馈网络的分析509

10.9.2 实际并联-串联反馈网络的分析509

10.10 反馈电路设计512

10.11 稳定性分析517

10.11.1 闭环频率和稳定性517

10.11.2 极点和不稳定性518

10.11.3 瞬态响应和稳定性518

10.11.4 闭环极点和稳定性519

10.11.5 奈奎斯特稳定准则520

10.11.6 相对稳定性521

10.11.7 相位裕度的影响522

10.11.8 采用波特图的稳定性分析523

10.12 补偿技术526

10.12.1 增加主极点526

10.12.2 改变主极点528

10.12.3 密勒补偿和极点分裂529

10.12.4 调整反馈路径531

本章小结534

参考文献534

问题回顾534

习题535

第11章 功率放大器547

11.1 引言547

11.2 功率放大器的分类548

11.3 功率晶体管549

11.4 A类放大器551

11.4.1 射极跟随器551

11.4.2 基本的共射极放大器554

11.4.3 采用有源负载的共射极放大器556

11.4.4 变压器耦合负载共射极放大器557

11.5 B类推挽放大器559

11.5.1 互补推挽放大器559

11.5.2 变压器耦合负载推挽放大器564

11.6 互补AB类推挽放大器567

11.6.1 转移特性568

11.6.2 输出功率和效率568

11.6.3 采用二极管的偏置568

11.6.4 采用二极管和有源电流源的偏置570

11.6.5 采用VBE乘法器的偏置571

11.6.6 准互补AB类放大器574

11.6.7 变压器耦合AB类放大器575

11.7 C类放大器576

11.8 D类放大器578

11.9 E类放大器580

11.10 短路和热保护582

11.10.1 短路保护583

11.10.2 热保护583

11.11 功率运算放大器584

11.11.1 功率放大器IC584

11.11.2 桥式放大器586

11.12 热考虑587

11.12.1 热阻587

11.12.2 热沉和热流588

11.12.3 功耗与温度588

11.13 功率放大器的设计590

本章小结590

参考文献590

问题回顾591

习题592

第12章 有源滤波器597

12.1 引言597

12.2 有源滤波器与无源滤波器597

12.3 有源滤波器类型598

12.4 一阶滤波器601

12.5 双二次函数603

12.6 巴特沃斯滤波器606

12.6.1 巴特沃斯函数（n＝1）607

12.6.2 巴特沃斯函数（n＝2）607

12.6.3 巴特沃斯函数（n＝3）608

12.6.4 高阶滤波器的巴特沃斯函数608

12.7 传递函数的实现610

12.8 低通滤波器610

12.8.1 一阶低通滤波器610

12.8.2 二阶低通滤波器612

12.8.3 巴特沃斯低通滤波器616

12.9 高通滤波器618

12.9.1 一阶高通滤波器618

12.9.2 二阶高通滤波器619

12.9.3 巴特沃斯高通滤波器621

12.10 带通滤波器624

12.10.1 宽带通滤波器624

12.10.2 窄带通滤波器626

12.11 带阻滤波器628

12.11.1 宽带阻滤波器628

12.11.2 窄带阻滤波器630

12.12 全通滤波器631

12.13 开关电容滤波器632

12.13.1 开关电容电阻632

12.13.2 开关电容积分器634

12.13.3 通用开关电容滤波器634

12.14 滤波器设计准则636

本章小结636

参考文献636

问题回顾637

习题637

第13章 振荡器642

13.1 引言642

13.2 振荡器原理642

13.2.1 振荡条件643

13.2.2 频率稳定性644

13.2.3 幅度稳定性645

13.3 音频振荡器645

13.3.1 相移振荡器645

13.3.2 正交振荡器648

13.3.3 三相振荡器650

13.3.4 文氏桥振荡器651

13.3.5 环形振荡器654

13.4 射频振荡器656

13.4.1 科耳皮兹振荡器656

13.4.2 Hartley振荡器661

13.4.3 两级MOS振荡器663

13.5 晶体振荡器666

13.6 有源滤波调谐振荡器669

13.7 振荡器设计671

本章小结672

参考文献672

问题回顾672

习题672

第14章 运算放大器676

14.1 引言676

14.2 运放的内部结构676

14.3 实际运放的参数和特性677

14.3.1 输入偏置电流677

14.3.2 输入失调电流679

14.3.3 输入失调电压681

14.3.4 电源抑制比682

14.3.5 热电压漂移682

14.3.6 确定热电压漂移683

14.3.7 失调电压调整685

14.3.8 共模抑制比686

14.3.9 输入电阻687

14.3.10 输出电阻688

14.3.11 频率响应688

14.3.12 转换速率691

14.4 CMOS运放692

14.4.1 基本CMOS运放692

14.4.2 CMOS运放MC14573693

14.4.3 CMOS运放TLC1078696

14.5 BJT运放698

14.5.1 BJT运放LM124698

14.5.2 BJT运放LM741699

14.6 LM741运放分析701

14.6.1 直流分析701

14.6.2 小信号交流分析706

14.6.3 频率响应分析713

14.6.4 小信号等效电路713

14.7 BiCMOS运放714

14.7.1 BiCMOS运放CA3130714

14.7.2 BiCMOS运放CA3140716

14.7.3 BiCMOS运放LH0022717

14.7.4 BiCMOS运放LF411720

14.7.5 BiCMOS运放LH0062722

14.7.6 BiCMOS运放LH0032723

14.8 运放的设计725

本章小结725

参考文献726

问题回顾726

习题727

第15章 数字电路概论731

15.1 引言731

15.2 逻辑状态731

15.3 逻辑门732

15.4 逻辑门的性能参数733

15.4.1 电压转移特性734

15.4.2 噪声容限735

15.4.3 扇出与扇入736

15.4.4 传输延迟737

15.4.5 功耗739

15.4.6 延迟-功耗积740

15.5 NMOS反相器741

15.5.1 带增强型负载的NMOS反相器741

15.5.2 带耗尽型负载的NMOS反相器747

15.5.3 NMOS反相器比较753

15.6 NMOS逻辑电路754

15.6.1 NMOS传输门754

15.6.2 NMOS或非门755

15.6.3 NMOS与非门755

15.7 CMOS反相器756

15.8 CMOS逻辑电路759

15.8.1 CMOS传输门759

15.8.2 CMOS或非门和与非门761

15.8.3 CMOS系列762

15.9 CMOS和NMOS门的比较762

15.10 BJT反相器763

15.10.1 电压转移特性763

15.10.2 开关特性764

15.11 晶体管-晶体管逻辑门768

15.11.1 标准TTL门768

15.11.2 高速TTL与非门774

15.11.3 肖特基TTL与非门777

15.12 发射极耦合逻辑或/或非门779

15.13 BiCMOS反相器785

15.14 逻辑门接口787

15.14.1 TTL驱动CMOS787

15.14.2 CMOS驱动TTL789

15.15 逻辑门对比789

15.16 逻辑电路设计790

本章小结793

参考文献793

问题回顾793

习题794

第16章 模拟集成电路及应用803

16.1 引言803

16.2 采用运放和二极管的电路803

16.2.1 最大正信号检测器804

16.2.2 精密峰值电压检测器804

16.2.3 精密半波整流器805

16.2.4 精密全波整流器806

16.2.5 精密钳位电路807

16.2.6 固定电压限幅器808

16.2.7 可调电压限幅器809

16.2.8 齐纳电压限幅器813

16.2.9 硬限幅器814

16.3 比较器817

16.3.1 比较器与运放817

16.3.2 输出侧连接818

16.3.3 阈值比较器818

16.4 过零检测器820

16.5 施密特触发器820

16.5.1 反相施密特触发器821

16.5.2 同相施密特触发器823

16.5.3 带参考电压的施密特触发器824

16.5.4 迟滞对输出电压的影响825

16.6 方波发生器827

16.7 三角波发生器829

16.8 锯齿波发生器832

16.9 压控振荡器834

16.9.1 充电模式835

16.9.2 放电模式835

16.9.3 电路实现835

16.9.4 NE/SE-566压控振荡器836

16.10 555定时器839

16.10.1 原理框图839

16.10.2 单稳态多谐振荡器840

16.10.3 单稳态多谐振荡器的应用841

16.10.4 非稳态多谐振荡器843

16.10.5 非稳态多谐振荡器的应用845

16.11 锁相环849

16.11.1 相位检测器850

16.11.2 集成电路PLL851

16.11.3 565 PLL的应用851

16.12 电压-频率和频率-电压转换器855

16.12.1 V/F转换器855

16.12.2 F/V转换器859

16.13 采样-保持电路862

16.13.1 SAH运放电路863

16.13.2 SAH集成电路864

16.14 数-模转换器865

16.14.1 加权电阻D/A转换器865

16.14.2 R-2R梯形网络D/A转换器866

16.14.3 集成电路D/A转换器868

16.15 模-数转换器871

16.15.1 逐次逼近型A/D转换器871

16.15.2 集成电路A/D转换器873

16.16 使用模拟集成电路的电路设计874

本章小结875

参考文献875

问题回顾875

习题876

部分习题答案881