本書系統(tǒng)論述了模擬電路的基本原理和設(shè)計方法。全書包括12章:半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識、半導(dǎo)體晶體管及其基本電路、場效應(yīng)管與特殊三極管基本應(yīng)用電路、集成運算放大器、放大電路的頻率響應(yīng)、負(fù)反饋放大器、集成運算放大器組成的運算電路、低頻功率放大器、信號檢測與處理電路、波形發(fā)生電路、直流電源、模擬電子線路讀圖與設(shè)計方法。
全書各章均提供了豐富的習(xí)題,這些習(xí)題多改編自高校研究生入學(xué)考試題,針對性極強;全書配有精心制作的教學(xué)課件,便于教師參考使用。本書適合作為普通高等院校電子信息類與電氣信息類的本科生教學(xué)用書,也可作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考圖書。
本書核心理念是將模擬電路設(shè)計中的數(shù)學(xué)邏輯思維、模塊化工程設(shè)計理念、現(xiàn)代設(shè)計新技術(shù)“三位一體”完美結(jié)合并應(yīng)用于教學(xué)實踐。
本教材凝聚了多位教師的一線教學(xué)與科研經(jīng)驗。全書針對普通高等院校“模擬電子技術(shù)”課程,合理安排章節(jié)結(jié)構(gòu),全面闡述基本理論與技術(shù),充分體現(xiàn)當(dāng)代電子技術(shù)發(fā)展的新理論與實踐。
本教材是在參考國內(nèi)外眾多著名院校模擬電子技術(shù)課程的基礎(chǔ)上,通過教學(xué)講義反復(fù)修改、完善、實踐,再編著而成。書中將模擬電路的基本理論、器件結(jié)構(gòu)、經(jīng)典電路、工程實例、課后習(xí)題有機融合,從實用角度系統(tǒng)地呈現(xiàn)給讀者,有利于提高模擬電子技術(shù)的教學(xué)效果。
(1)教材內(nèi)容完整:本書全面涵蓋:經(jīng)典與現(xiàn)代的模擬電路的工作原理、組成結(jié)構(gòu)、工程應(yīng)用實例;先進的模擬電路分析、設(shè)計、仿真的方法與技術(shù)。
(1)課程教學(xué)資源:本書配套提供:①精心制作的教學(xué)課件(PPT);②課程大綱、教學(xué)計劃、授課教案、試題庫、課程設(shè)計資料、模型圖等配套資源;③模擬設(shè)計芯片資料與仿真軟件等實用性資料。
第2版前言
關(guān)于模擬電路學(xué)習(xí)的一點思考及對本書的一點說明
“智能硬件”技術(shù)發(fā)展如日中天,給電子工程領(lǐng)域帶來了全新的內(nèi)容與挑戰(zhàn)。典型例子莫過于2015年AppleWatch正式誕生給電子線路設(shè)計領(lǐng)域帶來的新思維;而Google計劃的“CTARA”模塊化手機更是顛覆了硬件設(shè)計的傳統(tǒng)理念。其思路是給定一個固定的基礎(chǔ)設(shè)計框架,并為用戶提供了正面2個背部8個支持用戶隨意更換的組裝模塊,其兼容多達20~30個不同模塊更是讓人嘆為觀止。當(dāng)代科技需要更新設(shè)計理念,適應(yīng)時代科技需求,我們修著了《模擬電路分析與設(shè)計》(第2版)。編者給予讀者的勸勉是學(xué)好模擬電路要帶著問題學(xué),活學(xué)活用,學(xué)用結(jié)合,急用先學(xué),要在“用”字上做足文章。本書第2版正是本著這樣的思想,從基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、工程實用角度系統(tǒng)重新闡述了模擬電子技術(shù)的基本原理和設(shè)計方法。重點修正的內(nèi)容是各章增加了一些典型習(xí)題,并精修了重點應(yīng)該掌握的內(nèi)容。模擬電路學(xué)習(xí)重在電路分析與工程設(shè)計,本著習(xí)題適量原則。全書包括12章,我們將各章用于基礎(chǔ)教育所應(yīng)選取的內(nèi)容列出來供使用者參考。其他內(nèi)容可以根據(jù)專業(yè)需要自行取舍。本課程默認(rèn)14周,每周4學(xué)時,且面向?qū)W生對象具有電路頻域分析與拉普拉斯變換方面的基礎(chǔ)知識能力,具有電子學(xué)的電路入門分析能力。
學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù),關(guān)鍵掌握兩大部分——晶體管和運放的線性與非線性部分;兩個方法——小信號微變等效分析法與深度負(fù)反饋“虛斷虛短”分析法;兩個觀點——直交流分開分析觀點與工程近似觀點。
工程實踐是本學(xué)科的“王道”。
“智者樂水,仁者樂山。”從數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為工程近似的方法實現(xiàn)是本課程從數(shù)學(xué)、物理的方法中獨立出來的工程標(biāo)志,工程理念要貫徹于教學(xué)過程始終。最后強調(diào)的是要學(xué)好模擬電路,行之有效的方法還是讀書,要詳讀、細(xì)讀、精讀。閱讀對一個人的影響到底有多大?最經(jīng)典的詮釋是這樣一句經(jīng)典的話:“我讀過很多書,但后來大部分都被我忘記了,那閱讀的意義是什么?當(dāng)我還是個孩子的時候,我吃過很多食物,現(xiàn)在已經(jīng)記不起來吃過什么了,但可以肯定的是,它們中的一部分已經(jīng)長成我的骨骼、血肉,甚至靈魂”。
科技給了我們無限的遐想空間。當(dāng)智能硬件設(shè)備逐漸滲透到人們生活的各個領(lǐng)域時,電子技術(shù)行業(yè)已經(jīng)致力于各類智能硬件的定制化開發(fā)設(shè)計,提供給“互聯(lián)網(wǎng)+”研究領(lǐng)域系統(tǒng)級智能硬件解決方案。智能硬件代表電子科技的未來。所以,本書的創(chuàng)新方向是啟迪學(xué)生的硬件設(shè)計理念向模塊化、智能化方向發(fā)展。
編者
序3
前言5
編輯寄語7
常用符號說明11
第1章半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識
科技前沿——PN結(jié)在太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用
1.1電子信息系統(tǒng)
1.1.1電信號
1.1.2模擬信號的概念
1.1.3電子信息系統(tǒng)組成
1.2半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識
1.2.1半導(dǎo)體材料分類
1.2.2本征半導(dǎo)體
1.2.3雜質(zhì)半導(dǎo)體
1.3PN結(jié)
1.3.1PN結(jié)形成過程
1.3.2PN結(jié)及其特性
1.3.3PN結(jié)的電容效應(yīng)
1.3.4PN結(jié)的擊穿特性
1.3.5PN結(jié)的應(yīng)用
1.4太陽能發(fā)電系統(tǒng)簡介
本章小結(jié)
習(xí)題
第2章半導(dǎo)體晶體管及其基本電路
科技前沿——3D晶體三極管制造技術(shù)延伸摩爾定律
2.1半導(dǎo)體二極管
2.1.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型
2.1.2半導(dǎo)體二極管的伏安特性
2.1.3溫度對二極管伏安特性的影響
2.1.4半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)與型號
2.1.5二極管電路的分析方法
2.1.6半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用
2.1.7特殊二極管
2.2晶體三極管及其基本放大電路
2.2.1晶體三極管的結(jié)構(gòu)、類型與三種連接方式
2.2.2晶體三極管的工作狀態(tài)及電流放大作用、伏安特性曲線
2.2.3晶體三極管的主要參數(shù)以及溫度對晶體三極管參數(shù)的影響
2.2.4晶體三極管的型號與選用原則
2.3放大的概念及放大電路的性能指標(biāo)
2.3.1放大的基本概念與放大電路的主要性能指標(biāo)
2.3.2共發(fā)射極放大電路的組成及工作原理
2.3.3放大電路的直交流通路與圖解分析法
2.4放大電路的微變等效電路分析法
2.4.1晶體三極管的低頻小信號微變等效模型
2.4.2共發(fā)射極放大電路的分析
2.5分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路
2.5.1溫度對靜態(tài)工作點的影響
2.5.2分壓式射極偏置穩(wěn)定電路
2.5.3帶旁路電容的射極偏置穩(wěn)定電路
2.6共集電極放大電路
2.6.1基本共集電極放大電路分析
2.6.2自舉式射極輸出器
2.7共基極放大電路
2.7.1共基極放大電路分析
2.7.2三種基本組態(tài)放大電路的比較
2.7.3共射放大器仿真分析
本章小結(jié)
習(xí)題
第3章場效應(yīng)管與特殊三極管基本應(yīng)用電路
科技前沿——功率模塊與功率集成電路
3.1結(jié)型場效應(yīng)管
3.1.1結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及類型
3.1.2結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理
3.1.3結(jié)型場效應(yīng)管的伏安特性
3.2絕緣柵場效應(yīng)管
3.2.1增強型MOS管
3.2.2耗盡型MOS管
3.2.3場效應(yīng)管的主要參數(shù)
3.2.4場效應(yīng)管與晶體三極管的性能比較
3.2.5MOS場效應(yīng)晶體管使用注意事項
3.3場效應(yīng)管放大電路
3.3.1場效應(yīng)管放大電路的直流偏置與靜態(tài)分析
3.3.2場效應(yīng)管放大電路的動態(tài)分析
3.4特殊場效應(yīng)三極管與應(yīng)用電路
3.4.1絕緣柵雙極型晶體管
3.4.2光電三極管及其應(yīng)用電路
3.4.3單結(jié)晶體管及其應(yīng)用電路
3.4.4晶閘管及其應(yīng)用電路
本章小結(jié)
習(xí)題
第4章集成運算放大器
科技前沿——集成電路高新制造技術(shù)領(lǐng)域焦點
4.1多級放大電路
4.1.1多級放大電路級間耦合方式
4.1.2多級放大電路的分析方法
4.1.3組合多級放大電路
4.2集成運放中的電流源
4.2.1鏡像電流源
4.2.2微電流源
4.2.3多路輸出電流源
4.2.4電流源用作有源負(fù)載
4.3差動放大電路
4.3.1差分式放大電路基本概念
4.3.2基本差分式放大電路
4.3.3射極耦合差動放大電路分析
4.3.4差分式放大電路的傳輸特性
4.4集成運算放大器原理與應(yīng)用分析
4.4.1集成運算放大器概述
4.4.2IOA典型結(jié)構(gòu)的內(nèi)部電路
4.4.3IOA使用注意事項
4.5長尾式差分放大電路仿真分析
4.5.1靜態(tài)工作點仿真
4.5.2動態(tài)性能仿真
本章小結(jié)
習(xí)題
第5章放大電路的頻率響應(yīng)
科技前沿——窗函數(shù)頻響法設(shè)計FIR濾波器
5.1頻率特性概述
5.1.1放大電路的基本概念與研究方法
5.1.2單時間常數(shù)RC電路的頻率特性
5.2三極管的高頻小信號等效電路
5.2.1三極管混合П型等效電路與其參數(shù)
5.2.2三極管混合П型等效電路的簡化
5.2.3三極管混合П型的簡化電路
5.2.4三極管頻率特性
5.3單管共射放大電路的頻率特性
5.3.1單管共射放大電路的中頻響應(yīng)
5.3.2單管共射放大電路的低頻響應(yīng)
5.3.3單管共射放大電路的高頻響應(yīng)
5.3.4單管共射放大電路的全頻域響應(yīng)
5.3.5放大電路的增益帶寬積
5.4多級放大電路的頻率特性