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引言1

1.1信号1

第1章 电子学简介1

1.2信号频谱2

1.3模拟信号与数字信号5

1.4放大器7

1.4.1信号放大7

1.4.2放大器电路的符号8

1.4.3电压增益8

1.4.4功率增益与电流增益9

1.4.5用分贝表示的增益9

1.4.6放大器电源10

1.4.7放大器饱和11

1.4.8非线性传输特性与偏置12

1.5放大器电路模型15

1.4.9符号含义15

1.5.1电压放大器16

1.5.2级联放大器17

1.5.3其他类型放大器19

1.5.4四种放大器模型之间的关系19

1.6放大器频率响应22

1.6.1放大器频率响应的度量22

1.6.2放大器的带宽23

1.6.3放大器频率响应的计算23

1.6.4单时间常数网络24

1.6.5基于频率响应的放大器分类28

1.7数字逻辑反相器30

1.7.1反相器的功能30

1.7.2电压传输特性（VTC）30

1.7.3噪声容限31

1.7.4理想VTC32

1.7.5反相器的实现33

1.7.6功耗34

1.7.7传播延迟35

1.8SPICE电路仿真37

小结38

习题39

第2章 运算放大器54

引言54

2.1理想运算放大器54

2.1.1运算放大器的端子54

2.1.2理想运算放大器的功能与特性55

2.1.3差模信号与共模信号56

2.2.1闭环增益58

2.2反相组态58

2.2.2有限开环增益的影响59

2.2.3输入与输出电阻60

2.2.4一个重要的应用——加权加法器63

2.3同相组态65

2.3.1闭环增益65

2.3.2同相组态特性66

2.3.3有限开环增益的影响66

2.3.4电压跟随器66

2.4差分放大器68

2.4.1用单级运算放大器构成差分放大器68

2.4.2一个高品质电路——仪表放大器71

2.5有限开环增益与带宽对电路性能的影响75

2.5.1开环增益的频率依赖性75

2.5.2闭环放大器的频率响应77

2.6.2输出电流限制79

2.6.1输出电压饱和79

2.6运算放大器的大信号工作性能79

2.6.3摆率80

2.6.4全功率带宽81

2.7直流不完整性82

2.7.1失调电压82

2.7.2输入偏置与失调电流85

2.8积分器与微分器87

2.8.1具有通用阻抗的反相组态88

2.8.2反相积分器89

2.8.3运算放大器微分器93

2.9运算放大器的SPICE模型与仿真实例95

2.9.1线性宏模型96

2.9.2非线性宏模型100

小结102

习题103

第3章 二极管124

引言124

3.1理想二极管124

3.1.1电流－电压特性124

3.1.2一个简单应用——整流器126

3.1.3另一种应用——二极管逻辑门128

3.2结二极管端口特性130

3.2.1正向偏置区域131

3.2.2反向偏置区域134

3.2.3击穿区域134

3.3二极管正向特性建模135

3.3.1指数模型135

3.3.2利用指数模型的图解分析135

3.3.3利用指数模型的迭代分析136

3.3.4快速分析的需要136

3.3.5分段线性模型137

3.3.6常数压降模型138

3.3.7理想二极管模型139

3.3.8小信号模型140

3.3.9二极管正向压降在稳压器中的应用143

3.3.10总结144

3.4工作在反向击穿区域的二极管——齐纳二极管145

3.4.1齐纳二极管的规范和建模145

3.4.2作为并联稳压器的齐纳二极管147

3.4.3温度效应148

3.4.4最后的说明149

3.5整流电路149

3.5.1半波整流器150

3.5.2全波整流器151

3.5.3桥式整流器153

3.5.4带滤波电容的整流器——峰值整流器154

3.5.5精密半波整流器——超二极管158

3.6限幅电路与钳位电路160

3.6.1限幅电路160

3.6.2钳位电容或直流恢复器162

3.6.3电压倍增器163

3.7极管的物理特性164

3.7.1半导体基本概念164

3.7.2开路条件下的pn结170

3.7.3反向偏置条件下的pn结172

3.7.4击穿区域的pn结174

3.7.5正向偏置条件下的pn结175

3.7.6总结179

3.8特种二极管180

3.8.1肖特基势垒二极管（SBD）180

3.8.4发光二极管181

3.8.2变容二极管181

3.8.3光电二极管181

3.9二极管的SPICE模型与仿真实例182

3.9.1二极管模型182

3.9.2齐纳二极管模型183

小结187

习题187

第4章 MOS场效应晶体管（MOSFET）206

引言206

4.1器件结构与物理特性206

4.1.1器件结构206

4.1.2无栅极电压时的工作特性208

4.1.3创建电流沟道208

4.1.4施加一个小电压vDS209

4.1.5vDS增加时的工作特性210

4.1.6iD～vDS关系的推导212

4.1.7p沟道MOSFET215

4.1.8补MOS或CMOS216

4.1.9工作在亚阈区的MOS晶体管216

4.2电流－电压特性216

4.2.1电路符号217

4.2.2iD～vDS特性217

4.2.3饱和时的有限输出电阻220

4.2.4p沟道MOSFET特性223

4.2.5衬底的作用——背栅效应225

4.2.6温度效应226

4.2.7击穿和输入保护226

4.2.8总结226

4.3MOSFET直流电路228

4.4.2传输特性的图解推导234

4.4.1大信号工作的传输特性234

4.4作为放大器和开关的MOSFET234

4.4.3作为开关工作236

4.4.4作为线性放大器工作236

4.4.5传输特性的解析表达式237

4.4.6关于偏置的最后说明241

4.5MOS放大电路的偏置242

4.5.1采用固定VGS的偏置242

4.5.2源极接电阻的固定VG偏置243

4.5.3栅源间接反馈电阻的偏置245

4.5.4恒流源偏置246

4.5.5最后的说明247

4.6小信号工作与小信号模型247

4.6.1直流偏置点248

4.6.2漏极信号电流248

4.6.3电压增益249

4.6.4直流分析和信号分析的分离250

4.6.5小信号等效电路模型250

4.6.6跨导gm252

4.6.7T等效电路模型254

4.6.8衬底效应建模256

4.6.9总结256

4.7单级MOS放大器258

4.7.1基本结构258

4.7.2放大器特性260

4.7.3共源（CS）放大器264

4.7.4接源极电阻的共源放大器266

4.7.5共栅（CG）放大器269

4.7.6共漏或源极跟随放大器272

4.7.7总结和比较275

4.8MOSFET内部电容与高频模型276

4.8.1栅极电容效应277

4.8.2结电容277

4.8.3高频MOSFET模型278

4.8.4MOSFET单位增益频率fT279

4.8.5总结280

4.9CS放大器的频率响应281

9.1三个频段281

4.9.2高频响应282

4.9.3低频响应286

4.9.4最后的说明289

4.10CMOS数字逻辑反相器289

4.10.1电路工作原理290

4.10.2电压传输特性292

4.10.3动态工作特性294

4.10.4电流和功率损耗296

4.10.5总结298

4.11耗尽型MOSFET299

4.12MOSFET的SPICE模型与仿真实例302

4.12.1MOSFET模型302

4.12.2MOSFET模型参数303

小结308

习题309

基本习题328

第5章 双极型晶体管（BJT）330

引言330

5.1器件结构与物理特性331

5.1.1简化结构与工作模式331

5.1.2工作在放大模式下的npn晶体管332

5.1.4埃伯尔斯－莫尔（EM）模型337

5.1.3实际晶体管结构337

5.1.5饱和工作模式339

5.1.6pnp晶体管340

5.2电流－电压特性341

5.2.1电路符号及含义341

5.2.2晶体管特性的图解表示344

5.2.3ic与集电极电压的相关性——厄尔利效应346

5.2.4共发射极特性曲线348

5.2.5晶体管击穿353

5.2.6总结353

5.3作为放大器和开关的BJT355

5.3.1大信号工作——传输特性355

5.3.2放大器增益356

5.3.3图解分析359

5.3.4作为开关工作362

5.4BJT直流电路364

5.5BJT放大器电路的偏置375

5.5.1经典的分立电路偏置点设置376

5.5.2双电源供电的经典偏置设置378

5.5.3集基间接反馈电阻的偏置379

5.5.4恒流源偏置380

5.6小信号工作与小信号模型380

5.6.1集电极电流与跨导381

5.6.2基极电流与基极输入电阻383

5.6.3发射极电流与发射极输入电阻383

5.6.4电压增益384

5.6.5信号量与直流量的分离385

5.6.6混合π模型385

5.6.7T模型386

5.6.8小信号等效电路的应用387

5.6.10描述厄尔利效应的扩充小信号模型393

5.6.9直接在电路图上进行小信号分析393

5.6.11总结394

5.7单级BJT放大器395

5.7.1基本结构395

5.7.2BJT放大器特性396

5.7.3共发射极（CE）放大器400

5.7.4接发射极电阻的共发射极放大器404

5.7.5共基（CB）放大器407

5.7.6共集电极（CC）放大器或射极跟随器410

5.7.7总结和比较414

5.8BJT内部电容与高频模型416

5.8.1基极电荷或扩散电容Cde416

5.8.2发射结结电容Cje417

5.8.3集电结结电容Cμ417

5.8.4高频混合π模型417

5.8.5截止频率418

5.8.6总结420

5.9共发射极放大器的频率响应420

5.9.1三个频段420

5.9.2高频响应422

5.9.3低频响应426

5.9.4最后的说明431

5.10基本BJT数字逻辑反相器431

5.10.1电压传输特性431

5.10.2饱和与非饱和BJT数字电路433

5.11BJT的SPICE模型与仿真实例434

5.11.1BJT的SPICE埃伯尔斯－莫尔模型434

5.11.2BJT的SPICEGummel-Poon模型435

5.11.3BJT的SPICE模型参数435

5.11.4SPICE中BJT模型参数BF和BR436

小结440

习题442

第6章 单级集成电路放大器471

引言471

6.1集成电路设计原则471

6.2MOSFET与BJT的比较472

6.2.1MOSFET参数典型值472

6.2.2集成BJT参数典型值473

6.2.3重要特性的比较474

6.2.4MOS晶体管与双极型晶体管的结合——BiCMOS电路484

6.2.5MOSFET平方律模型的有效性484

6.3集成电路中的偏置——电流源、镜像电流源及电流导向电路484

6.3.1MOSFET基本电流源485

6.3.2MOS电流导向电路487

6.3.3BJT电路488

6.4.1高频增益函数492

6.4高频响应——通论492

6.4.2确定3dB频率fH493

6.4.3利用开路时间常数估算fH495

6.4.4米勒定理497

6.5有源负载共源和共射放大器501

6.5.1共源电路501

6.5.2共源放大器的CMOS实现502

6.5.3共发射极电路505

6.6CS与CE放大器的高频响应506

6.6.1利用米勒定理进行分析507

6.6.2利用开路时间常数进行分析507

6.6.3精确分析508

6.6.4CE放大器公式的改写512

6.6.5Rsig较小的情况513

6.7.1共栅放大器516

6.7有源负载共栅和共基放大器516

6.7.2共基放大器524

6.7.3最后的说明527

6.8cascode放大器527

6.8.1MOS管cascode放大器527

6.8.2MOS管cascode放大器的频率响应531

6.8.3BJT管cascode放大器535

6.8.4cascode电流源537

6.8.5两级cascode放大器538

6.8.6折叠型cascode放大器538

6.8.7BiCMOS cascode放大器539

6.9源极（射极）接负反馈的CS和CE放大器540

6.9.1源极接电阻的CS放大器540

6.9.2射极接电阻的CE放大器543

6.10.1源极跟随器545

6.10源极跟随器与射极跟随器545

6.10.2源极跟随器的频率响应547

6.10.3射极跟随器549

6.11一些实用的晶体管对放大器550

6.11.1CD-CS,CC-CE及CD-CE组态550

6.11.2达林顿组态554

6.11.3CC-CB与CD-CG组态554

6.12改进型镜像电流源电路557

6.12.1cascodeMOS镜像电流源557

6.12.2带基极电流补偿的BJT镜像电流源558

6.12.3Wilson镜像电流源558

6.12.4WilsonMOS镜像电流源559

6.12.5Widlar电流源560

6.13SPICE仿真实例562

小结570

习题572

第7章 差分放大器与多级放大器595

引言595

7.1MOS差分对595

7.1.1共模电压输入下的工作特性596

7.1.2差模电压输入下的工作特性598

7.1.3大信号工作特性599

7.2MOS差分对的小信号工作特性603

7.2.1差模增益603

7.2.2共模增益与共模抑制比（CMRR）606

7.3BJT差分对609

7.3.1基本工作原理610

7.3.2大信号工作特性611

7.3.3小信号工作特性614

7.4.1MOS差分对的输入失调电压623

7.4差分放大器的其他非理想特性623

7.4.2极型差分对的输入失调电压626

7.4.3双极型差分对的输入偏置和失调电流628

7.4.4共模输入范围628

7.4.5最后的说明629

7.5有源负载差分放大器629

7.5.1差分输出到单端输出的转变629

7.5.2有源负载MOS差分对629

7.5.3有源负载MOS差分对的差模增益631

7.5.4共模增益和CMRR633

7.5.5有源负载双极型差分对634

7.6差分放大器的频率响应640

7.6.1纯阻负载MOS放大器的分析640

7.6.2有源负载MOS放大器的分析643

7.7.1两级CMOS运算放大器647

7.7多级放大器647

7.7.2双极型运算放大器654

7.8SPICE仿真实例661

小结667

习题668

第8章 反馈685

引言685

8.1反馈放大器的基本结构686

8.2负反馈的一些性质687

8.2.1降低增益灵敏度687

8.2.2扩展带宽688

8.2.3降低噪声688

8.2.4减小非线性失真690

8.3.2电流放大器691

8.3.1电压放大器691

8.3四种基本的反馈拓扑结构691

8.3.3互导放大器693

8.3.4互阻放大器693

8.4串联－并联反馈放大器694

8.4.1理想情况694

8.4.2实际情况696

8.4.3总结698

8.5串联－串联反馈放大器701

8.5.1理想情况701

8.5.2实际情况703

8.5.3总结705

8.6并联－并联与并联－串联反馈放大器708

8.6.1并联－并联结构708

8.6.2重要说明712

8.6.3并联－串联结构713

8.6.4总结718

8.7环路增益的确定720

8.7.1另一种确定Aβ的方法720

8.7.2基于反馈环路的电路等效721

8.8稳定性问题722

8.8.1反馈放大器的传输函数722

8.8.2奈奎斯特图723

8.9反馈对放大器极点的影响724

8.9.1极点的位置与稳定性724

8.9.2反馈放大器的极点725

8.9.3单极点放大器的响应726

8.9.4极点放大器的响应726

8.9.5三极点或多极点放大器730

8.10.1增益裕量与相位裕量731

8.10基于波特图的稳定性分析731

8.10.2相位裕量对闭环响应的影响732

8.10.3另一种稳定性分析方法733

8.11频率补偿735

8.11.1原理735

8.11.2实现736

8.11.3米勒补偿与极点分离737

8.12SPICE仿真实例740

小结743

习题744

第9章 运算放大器与数据转换电路757

引言757

9.1两级CMOS运算放大器757

9.1.1电路757

9.1.2共模输入范围与输出摆幅758

9.1.3电压增益759

9.1.4频率响应761

9.1.5摆率763

9.2折叠cascode CMOS运算放大器767

9.2.1电路767

9.2.2共模输入范围和输出电压摆幅769

9.2.3电压增益769

9.2.4频率响应771

9.2.5摆率771

9.2.6提高共模输入范围：轨对轨输入773

9.2.7增加输出电压范围：宽摆幅镜像电流源774

9.3741运算放大器电路775

9.3.1偏置电路777

9.3.2短路保护电路777

9.3.3输入级777

9.3.4第二级777

9.3.5输出级778

9.3.6器件参数779

9.4741运算放大器的直流分析780

9.4.1偏置参考电流780

9.4.2输入级偏置780

9.4.3输入偏置电流和失调电流783

9.4.4输入失调电压783

9.4.5共模输入范围783

9.4.6第二级偏置783

9.4.7输出级偏置784

9.4.8总结785

9.5741运算放大器的小信号分析785

9.5.1输入级785

9.5.2第二级790

9.5.3输出级791

9.6.1小信号增益795

9.6741运算放大器的增益、频率响应和摆率795

9.6.2频率响应796

9.6.3简化模型797

9.6.4摆率798

9.6.5ft和SR的关系799

9.7数据转换器——导论800

9.7.1信号的数字化处理800

9.7.2模拟信号采样800

9.7.3信号量化801

9.7.4作为功能模块的A/D和D/A转换器802

9.8D/A转换器电路803

9.8.1采用二进制权电阻的基本电路803

9.8.2 R-2R梯形电路804

9.8.3实际的电路实现804

9.8.4 电流开关805

9.9.1反馈类型的转换器806

9.9 A/D转换器电路806

9.9.2双斜A/D转换器807

9.9.3 并行或快速转换器809

9.9.4 电荷重分配转换器809

9.10 SPICE仿真实例811

小结816

习题816

附录A VLSI制造技术824

附录B 二端口网络参数836

附录C 一些有用的网络定理842

附录D 单时间常数电路847

附录E s域分析——极点、零点和波特图862

附录F 参考文献868

附录G 标准电阻值与单位前缀870

附录H 部分习题答案872