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電子電信技術 電子電信技術 一般性問題
 
 
 
 
 
模擬電子系統設計指南(基礎篇):從半導體•分立元件到ADI集成電路的分析與實現
 叢書名稱: 電子系統EDA新技術叢書
 作  者: 何賓
 出版單位: 電子工業
 出版日期: 2017.10
 進貨日期: 2018/1/9
 ISBN: 9787121326875
 開  本: 16 開    
 定  價: 1035
 售  價: 828
  卡 友 價 : 759
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內容簡介:

本書從最基本的半導體PN 結開始, 以二極體、雙極結型電晶體、金屬氧化物半導體場效應管,以及美國ADI公司的集成運算放大器、集成功率放大器、集成線性低壓降電源晶片、集成開關電源晶片為主線, 系統介紹了半導體和PN結特性、半導體二極體的特性和分析、二極體電路的設計和分析、雙極結型電晶體的特性和分析、雙極結型電晶體放大電路應用、雙極結型電晶體電路回饋原理及穩定分析、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、高速運算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、振盪器的特性和分析、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。


作者簡介:

何賓,著名的嵌入式技術和EDA技術專家,長期從事電子設計自動化方面的教學和科研工作,與全球多家知名的半導體廠商和EDA工具廠商大學計畫保持緊密合作。目前已經出版嵌入式和EDA方面的著作近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、嵌入式系統、片上可編程系統等。典型的代表作有《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》、《模擬與數字系統協同設計*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語言程式設計》。


圖書目錄:

第1章模擬電子技術緒論

1.1電子技術的發展歷史

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模擬電子系統的評價和分析

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電場分佈

2.2.3結電勢分佈

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少子電荷分佈

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章半導體二極體的特性和

分析

3.1二極體的符號和分類

3.1.1二極體的符號

3.1.2二極體的分類

3.2二極體電壓和電流特性

3.2.1測試電路構建和分析

3.2.2查看和分析SPICE網表

3.2.3二極體SPICE模型描述

3.2.4二極體正偏電壓-電流

特性分析

3.2.5二極體反偏電壓-電流

特性分析

3.2.6二極體電壓-電流線性

化模型

3.3二極體溫度特性

3.3.1執行二極體溫度掃描分析

3.3.2繪製和分析二極體溫度

特性圖

3.4二極體頻率特性

3.4.1波特圖工具的原理

3.4.2波特圖使用說明

3.4.3二極體頻率特性分析

3.5二極體額定功率特性

3.6發光二極體及特性

3.7齊納二極體及特性

3.7.1電壓電流特性

3.7.2電源管理器的設計

第4章二極體電路的設計和分析

4.1二極體整流器

4.1.1半波整流

4.1.2全波整流

4.1.3平滑整流器輸出

4.2二極體峰值檢測器

4.2.1二極體峰值檢測器原理

4.2.2包絡檢波器實現

4.3二極體鉗位電路

4.4二極體斬波器

4.4.1二極體斬波器原理

4.4.2二極體斬波器應用

4.5二極體倍壓整流器

4.6壓控衰減器

第5章雙極結型電晶體的特性和

分析

5.1電晶體基本概念

5.2雙極結型電晶體符號

5.3雙極結型電晶體SPICE

模型參數

5.4雙極結型電晶體工作原理

5.4.1雙極結型電晶體結構

5.4.2電壓、電流和電荷控制

5.4.3電晶體的α和β

5.4.4BJT工作區域

5.5雙極結型電晶體輸入和

輸出特性

5.5.1輸入特性

5.5.2輸出特性

5.6雙極結型電晶體電路模型及

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雙極結型電晶體的直流

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發射極電阻回饋偏置

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輸出電阻Ro

5.12達靈頓對電晶體

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雙極結型電晶體電路的

頻率回應

5.14.1高頻模型

5.14.2BJT頻率回應

5.15BJT放大器的頻率回應

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

5.16匹配電晶體

第6章雙極結型電晶體放大電路

應用

6.1BJT多級放大器及頻率

回應

6.1.1電容耦合

6.1.2直接耦合

6.1.3級聯電晶體

6.1.4頻率回應

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採用阻性負載的BJT

差分對

6.3.2採用基本電流鏡有源負載

的BJT差分放大器

6.3.3採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差分放大器頻率回應

第7章雙極結型電晶體電路回饋

原理及穩定分析

7.1放大器回饋機制類型

7.2放大器回饋特性

7.2.1閉環增益係數

7.2.2頻率回應

7.2.3失真

7.3放大器回饋結構

7.3.1串聯-並聯回饋結構

7.3.2串聯-串聯回饋結構

7.3.3並聯-並聯回饋結構

7.3.4並聯-串聯回饋結構

7.4放大器回饋分析

7.4.1串聯-並聯回饋結構

7.4.2串聯-串聯回饋結構

7.4.3並聯-並聯回饋結構

7.4.4並聯-串聯回饋結構

7.5放大器穩定性分析

7.5.1閉環頻率和穩定性

7.5.2瞬態回應和穩定性

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金屬氧化物場效應電晶體

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採用電流源負載的共源極

放大器

8.6.2採用增強型MOSFET負載的

共源極放大器

8.6.3採用耗盡型MOSFET負載的

共源極放大器

8.6.4採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放大器頻率回應

8.10.1MOSFET高頻模型

8.10.2共源級放大器頻率回應

8.10.3共漏極放大器頻率回應

8.10.4共柵極放大器頻率回應

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

頻率回應

9.1.1電容耦合級聯放大器

9.1.2直接耦合放大器

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採用有源負載的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採用阻性負載的耗盡型

MOSFET差分對

9.4.2採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

11.3.1雙運算放大器(雙運放)

配置

11.3.2三運算放大器配置

11.4電流檢測放大器

11.4.1低側電流測量方法

11.4.2高側電流測量方法

11.5全差分放大器

11.5.1全差分放大器的原理

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放大器輸出端直流參數

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總諧波失真加雜訊

12.4放大器的其他指標

12.4.1共模抑制比

12.4.2電源雜訊抑制比

12.4.3電源電流

12.4.4雜訊指標

12.5零漂移放大器

12.5.1自穩零型放大器原理

12.5.2斬波放大器的工作原理

12.5.3兩種技術的混合工作原理

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.


章節試讀:

前言

在即將完成本書編寫之際,感慨頗多。我記得在讀大學本科期間,於1996年第一次系統學習了模擬電子技術課程,講這門課的張誠慶老師在不看講稿的情況下,只用粉筆板書就可以一氣呵成地完成整堂課的教學,並且當我問他問題時也可以把每個細節解釋得非常清楚,他是一位令我尊敬的老師。同樣,需要提起的是現任南京工業大學副校長的張進明教授,他不但給我上過本科的電路原理課程,而且給我上過碩士研究生的課程,是一位學術思想很活躍的老師,也正是他在1998年給我上碩士研究生學位課程時,我才第一次接觸了Multisim Workbench工具,這也是我接觸的第一個電子設計自動化工具。他們兩位,算是我從事電子教學和科研工作的啟蒙者。我的碩士導師劉鳳新教授堪稱模電領域的大師,他是一位學術思想活躍同時也是一位對學術要求很嚴的人,在讀碩士期間他教會了我許多分析電路的方法,在他的指導下,我系統學習了模擬積體電路的測試方法,這些方法至今仍然受用。最後一位需要提及的,也是我最尊敬的一位老師,已經過世10年,是曾經指導過我的韓月秋教授,在我讀博士期間,在他的悉心指導下,我從事電子資訊相關領域研究的能力得到進一步提升。他是一位和藹可親同時也是一位學術造詣很深的大師,在電子界尤其是在雷達領域有著崇高的威望,為我們國家電子資訊事業的發展貢獻了畢生精力。正是在求學期間得到這幾位老師的悉心指導,使得我具備了對電子資訊領域很多問題進行深入理解和分析的能力。

從1996年第一次接觸電子技術到現在,21年過去了。在這21年間,全球半導體技術取得了突飛猛進的發展,一直有條不紊地沿著摩爾定律指明的方向前進。同時,電子設計自動化工具被廣泛地用於半導體和電子系統設計中。

但是,國內在模擬電子技術課程的教學內容和教學方法上,表現仍然乏力。主要體現在,教學手段方法落後,講授內容不能反映最新的半導體技術發展。而模擬電子技術課程的教學品質,直接影響電子資訊類相關專業許多專業課程的教學效果,如控制原理、檢測儀錶、信號與系統、通信電子電路、電力電子等。這些課程連接在一起,將直接關係到國家所培養的電子資訊專業學生的品質。

在當前具有豐富教學資源和教育手段的條件下,模擬電子技術課程仍然成為國內所有本科、高職和中專電子資訊類相關專業最難學習的課程之一,也是學生反映最為強烈的一門課程。在我從教12年來,我的學生不斷向我抱怨,課程抽象難學,且難以理解,然後他們就發現後面的很多專業課程沒法學懂。當我們培養的這些學生畢業後,在不同的公司和科研機構從事相關工作時,他們面對的是力不從心,甚至無從下手的設計和技術支持工作。這也引起我深刻的思考,我在反復不斷地思索這個問題,是不是我們在模擬電子技術課程方面的教學真的出問題了?是不是到了我們應該好好更新一下這門課程的教學手段和教學方法的時候了?在很多年前,我一直計畫重新編寫能反映最新模擬電子系統設計理論和設計方法的相關書籍。

ADI公司(納斯達克代碼: ADI)又名亞德諾半導體技術(上海)有限公司,這是一家在高性能模擬、混合信號和數字信號處理積體電路設計、製造和行銷方面世界領先的企業,產品涉及幾乎所有類型的電子電氣設備。 在本書編寫過程中,得到了美國ADI公司大學計畫及負責ADI大學計畫高威先生的鼎力支持,在經費、晶片及文檔技術資料方面給予了幫助。

此外,美國國家儀器公司大學計畫也提供了Mutlisim正版軟體工具的支持。Microelectronic circuits analysis and design一書的作者Muhammad H.Rashid教授,非常熱情地提供了教學資源和仿真測試原始檔案,並解答我提出的一些問題。

在編寫本書的過程中,我的本科大四學生唐思怡、王中正全程參與,並構建硬體電路對本書所有章節的關鍵設計實例進行驗證。在本書編寫中,他們的作用之所以非常重要,就是因為通過與他們的溝通和交流,真正將教育心理學準確地應用到本書的編寫中。此外,我的本科學生湯宗美為本書製作了教學課件和相關的資料。

在本書編寫過程中,我有一些體會想在此和廣大讀者進行分享。

(1)模擬電子技術是所有電子資訊類相關專業最核心的課程,是這些專業的學生可以高質量學習後續課程內容的重要保證,所以必須有充足的課時來保證教師有足夠時間高質量地完成課程的教學任務,任何單純縮減模擬電子技術課程課時的做法都是不明智的。教師的授課任務是講授關鍵知識點和電路設計的思路,因此需要正確把握課程的主線。

(2)由於模擬電子技術涉及的理論知識點有很多,教師在講授該課程時,要突破傳統的理論教學模式,即通過Multisim提供的SPICE仿真工具,將這些抽象的理論知識點通過圖表和數據直觀地顯示出來,做到理論和實際融會貫通,引導學生思考問題,這樣將有利於學生對這些理論知識的理解。

(3)任何理論的講解和仿真工具都不能代替硬體實驗,在講授課程時需要在關鍵知識點設計相關的實驗,讓學生通過實驗真正建立電子元件和電子系統的“物理概念”。通過實驗,培養學生獨立思考問題和解決問題的能力,這將有助於他們學習後續課程的內容。

(4)隨著半導體技術的不斷發展,要求教師能從“系統級角度”講授模擬電子電路課程,雖然在國內高校一直沿用模擬電子技術基礎這一名稱,但更重要的是正確認識模擬電子技術課程所講授的各個模組在整個模擬電子系統中的作用。

為了方便讀者學習,本書配有相關的硬體設計案例、SPICE仿真設計案例,以及公開教學視頻等學習資源。

可以這樣說,本書的順利完稿是產、學、研合作的典範,編寫本書的目的在於解決教育界和工業界供需側矛盾,使得教育界培養出來的模擬電子設計人才可以真正滿足工業界的需求,真正地“接地氣”。

最後,感謝電子工業出版社各位編輯對本書出版給予的幫助和支持,由於我的水準有限,書中難免出現不足之處,請讀者不吝指出,幫助我進一步完善本書的內容。


編著者2017年4月於北京

 
 
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