內容簡介
《模擬電路分析與設計基礎(修訂版)》共分9章,主要內容為:半導體材料及二極管;雙極型晶體三極管;晶體三極管放大電路基礎;場效應管及其放大電路;放大器的頻率響應;模擬集成單元電路;負反饋技術;集成運算放大器;集成運放電路的應用與設計。
《模擬電路分析與設計基礎(修訂版)》取材較新、重點突齣、循序漸進,理論與工程計算並重,注重基本功能電路的分析和設計方法。書中例題豐富,每章末均有小結,便於自學。
《模擬電路分析與設計基礎(修訂版)》可作為高等院校電氣、電子信息類等專業電子技術課程的教材,也可作為從事電子技術工作的工程技術人員及電子技術愛好者的參考書。
內頁插圖
目錄
叢書序
前言
第1章 半導體材料及二極管
1.1 半導體材料及其特性
1.1.1 本徵半導體
1.1.2 雜質半導體
1.1.3 半導體中的電流
1.2 PN結
1,2.1 PN結的形成及特點
1.2.2 PN結的單嚮導電特性
1.3 晶體二極管及其應用
1.3.1 晶體二極管的伏安特性
1.3.2 二極管的直流電阻和交流電阻
1.3.3 二極管模型
1.3.4 二極管應用電路
1.3.5 穩壓管及其應用
1.3.6 PN結電容效應及應用
1.3.7 特殊二極管
1.4 Multism仿真實例——半導體二極管伏安特性的研究
1.4.1 創建仿真電路
1.4.2 仿真內容
1.4.3 結論
1.5 小結
復習題
習題一
第2章 雙極型晶體三極管
2.1 BJT工作原理
2.1.1 BJT結構與符號
2.1.2 放大狀態下BJT內部載流子的傳輸過程
2.1 -3放大偏置BJT偏壓與電流的關係
2.2 BJT的靜態特性麯綫
2.2.1 共射輸入特性麯綫
2.2.2 共射輸齣特性麯綫
2.2.3 溫度對BJT特性及參數的影響
2.3 BJT主要參數
2.3.1 直流參數
2.3.2 交流參數
2.3.3 極限參數
2.4 BJT簡化直流模型及工作狀態分析
2.4.1 BJT的簡化直流模型
2.4.2 BJT工作狀態分析
2.5 BJT交流小信號模型
2.6 Multism仿真實例-BJT輸入、輸齣特性麯綫研究
2.6.1 創建仿真電路
2.6.2 仿真內容
2.6.3 結論
2.7 小結
復習題
習題二
第3章 BJT放大電路
3.1 放大電路的基本組成和分析方法
3.2 BJT放大偏置電路
3.3 BJT三種基本組態放大電路交流特性的分析
3.4 多級放大電路
3.5 Multism仿真實例一一單級共射放大電路仿真分析
3.5.1 創建仿真電路
3.5.2 仿真內容
3.5.3 結論
3.6 小結
復習題
習題三
第4章 MOSFET及其放大電路
4.1 N溝道增強型MOSFET的結構和工作原理
4.1.1 結構
4.1.2 工作原理
4.1.3 輸齣特性麯綫
4.1.4 電流一電壓關係
4.2 MOSFET的偏置電路
4.2.1 分離MOSFET電路的直流偏置
4.2.2 集成MOSFET電路的直流偏置
4.3 MOSFET的交流小信號模型
4.3.1 MOSFET的綫性化分析原理
4.3.2 MOSFET的綫性化模型的交流參數
4.3.3 MOSFET的交流小信號綫性模型
4.4 MOSFET放大電路的三種基本組態
4.4.1 共源極放大器
4.4.2 源極跟隨器
4.4.3 共柵極放大器
4.4.4 三種基本放大器組態的總結與比較
4.5 單級集成MOSFET放大器
4.6 MOSFET多級放大器
4.7 其他類型的場效應管
4.7.1 P溝道增強型MOSFET
4.7.2 N溝道耗盡型MOSFET
4.7.3 P溝道耗盡型MOSFET
4.7.4 JEET
4.8 Multism仿真實例——單級共源放大電路仿真分析
4.8.1 創建仿真電路
4.8.2 仿真內容
4.8.3 結論
4.9 小結
復習題
習題四
第5章 放大器的頻率響應
5.1 放大器的增益函數與轉摺頻率
5.2 轉摺頻率的另一種求法——時間常數法
5.2.1 高頻等效電路——開路時間常數法求wH
5.2.Z低頻等效電路——短路時間常數法求WL
5.3 雙極型晶體管的頻率響應
5.3.1 雙極型晶體管的高頻小信號模型
5.3.2 特徵頻率
5.3.3 Miller效應和Miller電容
5.4 場效應管的頻率響應
5.4.1 場效應管的高頻小信號模型
5.4.2 特徵頻率
5.4.3 Miller效應和Miller電容
5.5 晶體管放大電路的高頻響應
5.5.1 共基極放大器的高頻響應
5.5.2 射極跟隨器的高頻響應
5.6 多級放大器上、下轉摺頻率的計算方法
5.7 Multism仿真實例——單級共射放大電路頻率響應仿真分析
5.7.1 創建仿真電路
5.7.2 仿真內容
5.7.3 結論
5.8 小結
復習題
習題五
第6章 模擬集成單元電路
6.1 集成電流源
6.1.1 雙極型晶體管電流源
6.1.2 場效應管電流源
6.2 有源負載電路
6.2.1 BJT有源負載電路
6.2.2 MOSFET有源負載電路
6.3 差動放大器
6.3.1 BJT差動放大器的組成原理
……
第7章 負反饋技術
第8章 集成運算放大器
第9章 集成運放電路的應用與設計
參考文獻
前言/序言
模擬電路是電子信息工程技術中的重要基礎,主要包括半導體二極管、雙極型晶體三極管(BJT)、場效應管(FET)和集成運算放大器的工作原理及它們所構成的基本電路和應用電路。
本書以放大電路為主,詳細闡述瞭BJT和FET的直流等效模型和交流小信號等效模型,放大電路的直流偏置電路和交流小信號等效電路,放大電路交流性能指標(增益、輸入電阻和輸齣電阻、頻率特性參數等)的分析,以及由性能指標設計放大電路的方法等。對放大電路的頻率特性參數(如轉摺頻率、通頻帶)進行瞭重點分析,討論瞭轉摺頻率和通頻帶的計算方法。在基本的小信號放大電路的基礎上,講述瞭差動放大電路、大信號的功率放大電路和集成運算放大電路。本書還著重分析瞭負反饋技術對改善放大電路性能的作用,討論瞭負反饋放大電路的設計方法。
除瞭放大電路外,本書還介紹瞭二極管的應用電路(如整流電路、限幅電路、穩壓電路等)、電流源電路和由集成運算放大電路構成的多種應用電路。
在內容選擇與編排、重點與難點的闡述方式等方麵,本書力爭體現以下三個特點:
(1)精心選擇教學內容,吸收新的理論成果,重點放在集成電路設計所需要的模擬電路基礎知識上。
近年來,我國集成電路設計與製造工業發展迅速,急需大量的集成電路設計人纔。模擬電路是集成電路設計的基礎,因此本書用較大的篇幅(第4章和第6章)講述構成集成電路的主要元件(MOSFET)和基本單元電路(電流源、有源負載、差動放大電路、功率放大電路)的工作原理、分析方法和設計方法,為集成電路設計打好基礎。
在放大電路頻率特性的分析上,我們抓住頻率特性的關鍵點,將主要的篇幅用於轉摺頻率的分析和計算上。吸收新的理論成果,采用短路或開路時間常數法估算轉摺頻率,分析電路各元件對轉摺頻率的影響。這樣既避免瞭等效電路法和頻域分析法的復雜性,又將讀者的注意力集中在關鍵參數的物理意義上,幫助讀者建立清晰的頻率特性概念。
(2)突齣重點難點內容,分析問題深入透徹,引入大量的例題幫助讀者領會基本概念及基本方法。
在內容編排上,力爭重點突齣,對重點內容進行深入細緻的分析和總結。例如,在BJT、MOSFET和集成電路的直流模型和交流小信號模型的綫性化建模過程中,工程近似是重點內容之一,本書進行瞭詳盡的敘述,使讀者在理論的指導下建立工程近似的概念。再如集成運算放大器的四種主要應用(有源濾波器、振蕩器、施密特觸發器、波形發生器)也是本教材的重點,本書用較大的篇幅闡述瞭這四種應用電路的分析和設計方法。
對於難點內容,本書藉助必要的理論和方法,進行深入透徹的分析和總結,通過大量的例題,使讀者在深入理解的基礎上掌握難點內容。例如,在四種反饋放大器的分析過程中,求A電路和B電路的方法是本教材的難點。本書除瞭對此進行瞭詳細的分析外,還進行瞭很好的總結。再如對電流源和有源負載電路的分析和設計,也花瞭較大篇幅講述電流源的重要參數(內阻)的計算和有源負載如何改變放大電路的性能。
(3)注重係統分析方法,藉助電路、信號與係統的分析理論,改進瞭負反饋電路的分析與設計方法。
負反饋技術一直是模擬電路的主要內容之一。大部分教材在講述負反饋的基本原理後,介紹負反饋類型的判定方法,最後介紹深度負反饋的計算。本書采用係統分析法,利用信號與係統的理論,采用方框圖的形式講述四種反饋放大器的簡化模型及模型的建立方法,進而利用電路分析的方法求解一般反饋放大器(而不僅僅限於深度負反饋放大器)的增益、輸入電阻和輸齣電阻等交流參數。這種方法在負反饋電路的設計中更具有普遍的指導意義。
總之,編者力圖給讀者展現一本既體現新技術的基礎內容又將重點難點分析透徹的模擬電路教材。
本書由電子科技大學模擬電路課程首席教師吳援明教授主編和統稿。唐軍老師編寫和校對瞭1~3章的主體內容及1~4章的習題,吳援明教授編寫和校對瞭4~9章的主體內容,麯健副教授編寫和校對瞭5~9章的習題,並對7~9章的主體內容進行瞭初步校對。官安全、張瑉、楊素軍、張頡等同誌參加瞭文稿的錄入工作。在此,嚮他們錶示感謝!
本書在編寫過程中,得到瞭電子科技大學教務處的支持,吸納瞭電子科技大學模擬電路課程組三十多位教師的教研成果和有益建議。在此,謹嚮他們錶示衷心的感謝!
限於編者水平,書中難免有不妥之處,懇請讀者不吝指正。
《模擬電路分析與設計基礎(修訂版)》 內容概要 本書是一部係統性地闡述模擬電路基本原理、分析方法與設計技巧的專業教材。全書以嚴謹的學術態度,結閤豐富的工程實踐經驗,旨在為讀者打下堅實的模擬電路理論基礎,並培養解決實際工程問題的能力。本書內容涵蓋瞭模擬電路領域的核心知識點,從最基礎的元器件模型到復雜的集成電路設計,力求做到深入淺齣,循序漸進。 第一部分:模擬電路基礎元件與模型 本書的開篇,係統迴顧並深入講解瞭構成模擬電路的基本有源和無源元件。 電阻器 (Resistors): 詳細介紹瞭電阻器的種類、材料特性、寄生效應(如電感和電容),以及在不同電路應用中的作用,包括作為負載、分壓器、電流限製器等。理解電阻的非理想性對於精確分析電路至關重要。 電容器 (Capacitors): 闡述瞭電容器的物理結構、電容值的計算、不同電介質材料的特性,以及其在電路中的濾波、儲能、耦閤和旁路等功能。討論瞭電容器的漏電流、等效串聯電阻(ESR)和等效串聯電感(ESL)等寄生參數對電路性能的影響。 電感器 (Inductors): 深入探討瞭電感器的基本原理、不同繞製方式、鐵芯材料的選擇,以及其在能量存儲、濾波、變壓器等方麵的應用。分析瞭電感器的直流電阻、磁芯損耗、互感等非理想特性。 半導體基礎: 重點講解瞭 PN 結的形成、導電機製、特性麯綫(如正嚮導通、反嚮擊穿)以及其在二極管中的具體應用,如整流、穩壓、限幅等。 二極管 (Diodes): 詳細介紹瞭二極管的各種類型,包括理想二極管模型、實際二極管模型(考慮正嚮壓降、反嚮漏電流、結電容等),並深入分析瞭其在整流電路、鉗位電路、續流電路等中的應用。 雙極型結型晶體管 (BJT): 詳盡闡述瞭 BJT 的結構、工作原理(截止區、放大區、飽和區)、輸入輸齣特性麯綫。重點介紹瞭 BJT 的各種偏置電路(固定偏置、發射極自偏置、分壓偏置),分析瞭其作為放大器的基本工作方式,包括共射、共集、共基放大電路的電壓增益、電流增益、輸入輸齣阻抗和頻率響應。 場效應晶體管 (FET): 涵蓋瞭結型場效應晶體管 (JFET) 和金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 的原理、結構和特性。詳細介紹瞭 JFET 的夾斷機製、MOSFET 的增強型和耗盡型工作模式,以及它們的輸齣特性麯綫。本書重點講解瞭 FET 作為放大器的偏置方法和電路構成,包括共源、共漏、共柵放大電路,並對它們的增益、阻抗和頻率響應進行瞭分析。 第二部分:模擬電路基本放大器分析 在掌握瞭基本元件的特性之後,本書係統性地講解瞭各種模擬放大器電路的分析與設計。 單級放大器: 深入分析瞭共射、共集、共基放大電路(針對 BJT)以及共源、共漏、共柵放大電路(針對 FET)的直流和交流小信號分析。詳細講解瞭如何計算電壓增益、電流增益、輸入阻抗、輸齣阻抗,並分析瞭這些參數如何受到負載、信號源內阻、元件參數以及偏置電路的影響。 多級放大器: 探討瞭級聯放大器的設計原理,包括直接耦閤、RC 耦閤、變壓器耦閤等。重點分析瞭多級放大器整體的電壓增益、輸入輸齣阻抗以及各級之間相互影響的穩定性問題。 反饋放大器: 這是模擬電路設計中的核心內容。本書詳細介紹瞭反饋的四種基本組態(電壓並聯、電壓串聯、電流並聯、電流串聯),並分析瞭反饋對放大器增益、輸入輸齣阻抗、帶寬和失真的影響。特彆強調瞭反饋在提高電路穩定性和綫性度方麵的重要作用。 功率放大器: 介紹瞭不同類型的功率放大器,如 A 類、B 類、AB 類、C 類和 D 類功率放大器。詳細分析瞭它們的電路結構、工作原理、效率和失真特性,以及在音頻功率放大、射頻功率放大等領域的應用。 第三部分:頻率響應與噪聲分析 模擬電路的性能在不同頻率下會有顯著變化,因此本書專門闢齣一章來討論頻率響應。 高頻響應: 講解瞭電路在高頻下的寄生參數(如結電容、引綫電感)對放大器增益和帶寬的影響。介紹瞭使用各種方法(如米勒效應的減小、阻抗匹配)來改善高頻性能。 低頻響應: 分析瞭耦閤電容和旁路電容在低頻下對放大器增益的影響,以及如何通過選擇閤適的電容值來確定放大器的下限截止頻率。 頻率響應的穩定性: 深入探討瞭多級放大器在有反饋條件下的穩定性問題,介紹瞭根軌跡、奈奎斯特圖、伯德圖等分析工具,用於判斷放大器的振蕩臨界條件。 噪聲分析: 講解瞭模擬電路中常見的噪聲源,如熱噪聲、散彈噪聲、閃爍噪聲等,以及這些噪聲如何疊加和放大。分析瞭如何通過選擇低噪聲器件、優化電路結構來降低電路的噪聲水平,提高信噪比。 第四部分:集成運放及其應用 運算放大器(Op-Amp)是現代模擬電路設計中的基石。本書對集成運放進行瞭深入剖析。 理想運放模型: 介紹瞭理想運放的基本特性,如無窮大的開環增益、無窮大的輸入阻抗、零的輸齣阻抗、無窮大的帶寬以及零的輸入失調電壓。 實際運放模型: 考慮瞭實際運放的非理想特性,如有限的開環增益、有限的輸入阻抗、非零的輸齣阻抗、有限的帶寬、輸入失調電壓、輸入偏置電流、共模抑製比(CMRR)、功率抑製比(PSRR)等,並分析瞭這些參數對電路性能的影響。 基本運放電路: 詳細講解瞭各種基於運放的綫性電路,包括同相放大器、反相放大器、電壓跟隨器、加法器、減法器、積分器、微分器等。 濾波器設計: 重點介紹瞭各種模擬濾波器(低通、高通、帶通、帶阻)的設計方法,包括巴特沃斯、切比雪夫、貝塞爾等幾種典型響應類型,以及使用運放實現有源濾波器的設計。 振蕩器: 講解瞭 RC 振蕩器、LC 振蕩器、晶體振蕩器等基本振蕩器電路的工作原理和設計,以及反饋在振蕩電路中的作用。 其他運放應用: 探討瞭運放作為比較器、電壓比較器(滯迴)、信號發生器、電源穩壓器等方麵的應用。 第五部分:數據轉換器與電源電路 數據轉換器: 簡要介紹瞭數模轉換器 (DAC) 和模數轉換器 (ADC) 的基本原理、類型(如逐次逼近型、Σ-Δ 型)和關鍵性能指標(如分辨率、轉換速率、綫性度),以及它們在數字控製和信號處理中的重要作用。 電源電路: 講解瞭綫性穩壓器和開關穩壓器的工作原理,包括整流、濾波、穩壓等環節,以及如何設計穩定可靠的電源供應。 第六部分:實際工程設計考量 本書的最後部分,將理論知識與工程實踐相結閤。 電路布局與布綫: 討論瞭 PCB 布局和布綫對模擬電路性能的影響,包括信號完整性、接地設計、屏蔽等。 元器件選擇: 強調瞭在實際設計中選擇閤適元器件的重要性,考慮瞭參數精度、溫度穩定性、功耗、成本等因素。 電磁兼容性 (EMC): 介紹瞭提高電路電磁兼容性的基本原則和方法,以避免電路之間的乾擾。 電路調試與故障排除: 提供瞭實際工程中進行電路調試和故障排除的指導。 總結 《模擬電路分析與設計基礎(修訂版)》以其全麵、深入、實用的特點,為讀者提供瞭一個係統學習模擬電路的寶貴資源。無論是高等院校的學生,還是從事電子工程的專業人士,都能從中獲益。本書的修訂更加關注瞭現代模擬電路設計的發展趨勢,並加入瞭更多最新的技術和工程實踐的考量,使其理論與實踐更加緊密結閤,能夠有效地幫助讀者掌握模擬電路的核心知識,為更高級的電路設計和係統集成打下堅實的基礎。
這本書,我斷斷續續地讀瞭快一個月瞭。當初選擇它,是因為它的名字——《模擬電路分析與設計基礎(修訂版)》。我總覺得,模擬電路這東西,雖然有些古老,但卻是整個電子世界運轉的基石。沒有模擬電路,就沒有那些精妙的數字處理,也就沒有我們現在享受的各種便利。所以,我下定決心要好好地把它啃下來。 翻開書,最先映入眼簾的是它紮實的理論基礎。從最基本的電阻、電容、電感元件,到晶體管、運算放大器等有源器件,書中都做瞭詳盡的介紹。作者並沒有簡單地羅列公式,而是花瞭大量篇幅去解釋這些元件的工作原理,以及它們在電路中扮演的角色。例如,在講解二極管的特性麯綫時,作者不僅給齣瞭公式,還結閤瞭實際的PN結結構,從微觀層麵解釋瞭正嚮導通和反嚮截止的原因,這讓我對二極管的理解更加深刻。 接著,便是電路的分析方法。書中係統地介紹瞭節點電壓法、網孔電流法等經典的電路分析技巧,並且對各種方法的適用條件和解題思路進行瞭清晰的闡述。我尤其喜歡作者講解疊加定理和戴維寜定理的部分,他用瞭很多生動形象的比喻,將抽象的理論變得易於理解。比如,在講解疊加定理時,作者將復雜的電路想象成一個“多路輸入”的係統,各個信號源各自發揮作用,最後再將它們的影響疊加起來,這樣的比喻讓我一下子就抓住瞭核心。 然後,就是本書的核心——模擬電路的設計。從簡單的放大電路到濾波器、振蕩器等復雜電路,作者都給齣瞭詳細的設計步驟和實例。他不僅告訴我們“怎麼做”,更重要的是告訴我們“為什麼這麼做”。比如,在設計一個二階低通濾波器時,作者會先分析不同類型濾波器的優缺點,然後根據應用場景選擇閤適的拓撲結構,再逐步推導齣元件的取值。他還會提到一些在實際設計中需要考慮的細節,比如元件的容差、寄生參數的影響等,這讓我覺得這本書不僅僅是一本教材,更像是一位經驗豐富的工程師在傳授自己的設計心得。 總的來說,《模擬電路分析與設計基礎(修訂版)》是一本非常優秀的參考書。它內容全麵,講解深入淺齣,理論與實踐相結閤。雖然閱讀過程中會遇到一些挑戰,需要反復推敲和練習,但每當剋服一個難點,都會有一種豁然開朗的感覺。這本書為我打下瞭堅實的模擬電路基礎,讓我對電子世界的理解上升瞭一個新的颱階。我會把它作為我電子學習道路上的一本常備工具書,時不時翻閱,溫故知新。