电子电路基础 高性能模拟电路和电流模技术 第2版PDF电子书下载

第1章 集成电路元、器件基础 1

引言 1

1．1 半导体基础知识 1

1．1．1 本征半导体 1

1．1．2 杂质半导体 3

1．1．3 载流子在半导体内的运动 6

1．2 PN结与晶体二极管 7

1．2．2 PN结和晶体二极管的伏安特性与小信号等效模型 8

1．2．1 PN结的动态平衡过程和接触电位差 8

1．2．3 PN结的反向击穿特性与高稳定性埋层齐纳稳压管 12

1．2．4 PN结的结电容特性与变容二圾管 14

1．2．5 PN结的温度特性 15

1．2．6 二极管的主要参数 16

1．3 双极型晶体管(BJT) 16

1．3．1 BJT的工作原理 17

1．3．2 共射BJT的伏安特性曲线 20

1．3．3 共射BJT工作在正向作用区的大信号特性方程 22

1．3．4 BJT的主要特性参数 26

1．3．5 共射BJT的小信号等效模型及等效参数 27

1．3．6 共射BJT的频率参数fβ和fΥ 31

1．4 场效应晶体管(FET) 34

1．4．1 JFET的结构、工作原理和特性 34

1．4．2 JFET的特性曲线和大信号特性方程 36

1．4．3 增强型N沟道MOSFET的结构、工作原理和特性曲线 38

1．4．4 耗尽型NMOS管和增强型PMOS管工作原理 42

1．4．5 MOSFET的大信号特性方程 43

1．4．6 MOSFET亚阈区的传输特性 45

1．4．7 MOSFET的体效应和背栅控制特性 46

1．4．8 FET的小信号等效模型 47

1．4．9 垂直沟道功率MOSFET 51

1．4．10 绝缘栅双极型功率管(IGBJT) 53

小结 55

思考题和练习题 57

第2章 模拟集成基本单元电路基础 59

引言 59

2．1 放大电路的工作原理和图解分析 59

2．1．1 共射放大电路的组成及其交、直流通路 59

2．1．2 图解法与动态工作分析 61

2．2．1 BJT参数的温度特性 64

2．2 集成电路(IC)中的电流源和稳定偏置电路 64

2．2．2 主要镜像电流源 65

2．2．3 对电源电压变化不敏感的偏置电流源 69

2．3 三种基本组态放大电路的特性与分析 71

2．3．1 电阻负载共射放大电路的大信号特性与微变等效分析 71

2．3．2 有源负载共射放大电路的大信号特性与微变等效分析 76

2．3．3 有源负载共射电路带载下的非线性失真、输出功率和效率 79

2．3．4 有源负载射随器的传输特性、波形失真、输出功率和效率 81

2．3．5 射随器的微变等效分析 83

2．3．6 共基放大电路 85

2．3．7 串接放大电路与达林顿组态 87

2．3．8 JFET放大电路 90

2．4 差动放大电路的特性与分析 91

2．4．1 差放的偏置、输入和输出信号及连接方式 91

2．4．2 基本共射差放理想对称时的大信号特性与非线性失真 93

2．4．3 基本共射差放理想对称时的微变等放分析 96

2．4．4 JFET共源差放的大信号特性及差模电压增益 99

2．4．5 有源负载共射差放的大信号特性及微变等效分析 100

2．4．6 实际差放的共模抑制比 103

2．4．7 实际共射差放的输入失调特性 106

2．4．8 超低噪声和超级匹配的单片集成双极型对管 108

2．5 乙类推挽输出级电路与功率放大器 110

2．5．1 乙类推挽输出级的工作原理 110

2．5．2 输出功率、管耗和效率的分析计算 112

2．5．3 实际电路及转换速率SR=1000-15000V／μs的缓冲器 115

2．6 电流模电路基础 119

2．6．1 电流模电路的一般概念 119

2．6．2 跨导线性(TL)的基本概念 120

2．6．3 跨导线性(TL)回路原理 121

2．6．4 由TL回路构成的基本电流模电路 124

2．6．5 电流模电路的特点 129

小结 130

思考题和练习题 131

第3章 放大电路的频率特性 137

引言 137

3．1 放大电路频率特性的基本概念 137

3．1．1 频率特性和通频带 137

3．2．2 频率失真和相位失真 138

3．1．3 增益带宽积 139

3．2 复频域分析法 139

3．2．1 复频域中的网络函数 139

3．2．2 复频率s=σ+jω的物理意义 140

3．2．4 系统波特图的近似绘法 142

3．2．3 网络函数的零点、极点和零极图 142

3．2．5 主极点的概念 148

3．2．6 开路时间常数分析法 149

3．3 单级放大电路的频率特性 152

3．3．1 共射差放的高频特性 152

3．3．2 用密勒定理及其近似条件分析BW 153

3．3．3 共基放大电路的频率特性 156

3．3．4 共集放大电路的频率特性 157

3．4．1 两级差动放大器的频率特性分析 159

3．4 多级和集成宽带放大器频率特性分析 159

3．4．2 组合式单片集成宽带放大器的频率特性分析 160

3．4．3 120MHz差动式单片集成宽带放大器频率特性分析 164

小结 168

思考题和练习题 168

第4章 集成运算放大器 172

引言 172

4．1 集成运放的主要技术参数 172

4．1．1 集成运放的主要直流和低频参数 173

4．1．2 集成运放的主要交流参数 175

4．2 模拟集成工艺和集成运放的发展 176

4．2．1 模拟标准双极工艺及其典型运放电路 176

4．2．2 改进和兼容BiMOS模拟双极工艺及其典型运放电路 181

4．2．3 CMOS工艺及其模拟集成电路 186

4．2．4 线性兼容CMOS(LC2MOS)工艺 188

4．2．5 ?≥5GHz的互补双极(CB)工艺及其典型运放电路 188

4．2．6 ?≥3GH2的flash(“闪光”)双极工艺 190

4．2．7 高稳定性的集成电阻 190

4．3．1 放大器的等效输入噪声和最小可分辨信号 191

4．3 超低噪声集成运放 191

4．3．2 超低噪声精密集成运放的设计与制造技术 195

4．3．3 超低噪声超低失真精密宽带集成运放典型电路 196

4．4 超高精度集成运放 199

4．4．1 共射—共基串接差放的共模自举和共模抑制特性 199

5．1．4 负反馈放大器的分类 200

4．4．2 超低失调漂移的版图布局与内部在片动态调零技术 201

4．4．3 外部超低漂移调零网络工作原理 203

4．4．4 偏流抵消电路 205

4．4．5 超高精度集成运放的电路设计与工艺技术小结 205

4．4．6 超高精度单片集成运放典型电路 206

4．4．7 超高精度混合集成运放典型电路 207

4．5 高速和超高速超高频集成运放 210

4．5．1 集成运放时域与频域特性的关系 211

4．5．2 CB工艺电压反馈高速(SR≤600V／μs)集成运放 212

4．5．3 电流反馈超高速集成运放的基本概念 214

4．5．4 CB工艺电流反馈超高速(SR=1000-3500V/μs)集成运放电路与特性 218

4．6 集成运放的等效模型及运算特性 222

4．6．1 理想集成运放及其等效模型 222

4．6．2 实际集成运放的等效模型及运算特性 224

附录A4 高速和超高速双极型集成电压比较器 228

A 4．1 具有锁定功能的精密高速电压比较器 229

A 4．2 超高速集成电压比较器 235

A 4．1 集成电压比较器应用电路 240

小结 247

思考题和练习题 248

5．1．2 理想反馈方块图和基本反馈方程式 253

第5章 放大电路反馈原理与稳定化基础 256

引言 256

5．1 反馈放大器的基本概念 256

5．1．1 反馈极性与反馈形式 256

5．1．3 环路增益和反馈深度 259

5．2．2 输入电阻 263

5．2 负反馈对放大器性能的影响 263

5．2．1 闭环增益的稳定性 263

5．2．3 输出电阻 266

5．2．4 信号源内阻对负反馈放大器性能的影响 269

5．2．5 关于负反馈改善非线性失真的证明及条件 269

5．2．6 负反馈放大电路的噪声特性 271

5．3 负反馈放大器的分析与计算 273

5．3．1 四种类型负反馈放大器的电压增益Avfs 273

5．3．2 深度负反馈时Avfs的计算 273

5．3．3 负反馈放大器的方块图分析法 275

5．4 负反馈对放大器频域和时域特性的影响 283

5．4．1 负反馈对放大器传输函数极零点的影响 283

5．4．2 单极点闭环系统的响应特性 283

5．4．3 具有双极点开环增益函数的负反馈系统 285

5．4．4 具有三极点开环增益函数的负反馈系统 290

5．5 负反馈放大器的稳定性 291

5．5．1 负反馈放大器的自激振荡与稳定条件 291

5．5．2 稳定裕度 293

5．6．1 主极点补偿 294

5．6 相位补偿原理与技术 294

5．6．2 极点分离的密勒电容补偿 295

5．6．3 用R?C?串联网络的极点分离补偿 298

5．6．4 反馈网络零点的宽频带补偿 300

小结 303

思考题和练习题 304

6．1．1 MOS电流源 311

6．1 MOS模拟集成基本单元电路 311

引言 311

第6章 MOS模拟集成电路基础 311

6．1．2 MOS单级放大器 313

6．1．3 MOS源耦对与差动放大器 315

6．1．4 CMOS互补输出级 317

6．2 CMOS集成运算放大器 318

6．2．1 简单的CMOS集成运放 318

6．2．2 单片集成微功耗CMOS运放 321

6．2．3 斩波稳零超低漂移单片集成CMOS运放 325

6．3．1 差动输入单片集成CMOS电压比较器 330

6．3．2 高精度自稳零CMOS集成电压比较器 330

6．3 CMOS集成电压比较器 330

6．4 MOS模拟开关 332

6．4．1 MOSFET开关特性与开关等效电路 333

6．4．2 CMOS开关电路 334

6．4．3 CMOS四通道模拟开关(Analog Swithes) 335

6．4．4 CMOS多路模拟转换开关(Multiplexers) 338

6．4．5 高性能模拟开关介绍 339

6．5 开关电容电路(SC) 340

6．5．1 开关电容电路的基本概念 340

6．5．2 基本开关电容电路 350

6．5．3 开关电容滤波器(SCF) 359

6．5．4 单片集成开关电容滤波器介绍 363

小结 365

思考题和练习题 366

第7章 集成运放的高性能组合放大应用技术 370

引言 370

7．1 高压和大电流组合运放 370

7．1．1 高精度或高速度大电流输出的运放 370

7．1．2 高精度或高速高压大电流运放 371

7．1．3 高压大电流运放的应用 373

7．2．1 用运放和模拟开关组成的数控增益放大器 375

7．2 数控增益放大器 375

7．2．2 用运放和数／模转换器构成的数控增益放大器 377

7．3 超低噪声超低漂移组合运放 379

7．3．1 并联式超低噪声超低漂移组合运放 379

7．3．2 斩波稳零双极型集成运放的超低噪声组合运放 385

7．3．3 斩波稳零BiFET运放的超低噪声组合运放 389

7．4 高速高精度组合运放 390

7．4．1 具有直流高精度的高速和超高速组合运放 390

7．4．2 采用前馈技术的高速高精度组合运放 393

7．4．3 直流稳定BW≥100MHz、SR≥2000V/μs的FET输入放大器 399

7．4．4 直流稳定SR≥3000V／μs、BW≥110MHz的电流反馈组合放大器 400

7．5 集成运放的最小相位误差组合应用技术 403

7．5．1 减小相位误差的传统电路设计方法 403

7．5．2 用匹配双运放组成有源反馈补偿的最小相移应用技术 405

7．5．3 用匹配三运放组成有源反馈补偿的最小相移应用技术 407

小结 410

思考题和练习题 410

8．1 模拟乘法器的基本概念 415

8．1．1 基本特性与主要参数 415

引言 415

第8章 模拟集成乘法器及其应用 415

8．1．2 模拟乘法器的直流误差 418

8．2 跨导线性四象限乘法器原理 419

8．2．1 电路组成 419

8．2．2 跨导线性(TL)乘法器单元工作原理及分析 420

8．2．3 差模电压—电流变换器原理及分析 422

8．2．4 差模输出电流—单端输出电压变换器 424

8．2．5 典型通用跨导线性集成四象限乘法器电路 424

8．3 高精度跨导线性集成四象限乘法器 426

8．3．1 跨导线性乘法器的误差分析与计算 426

8．3．2 利用有源负反馈的高精度跨导线性四象限乘法器 430

8．3．3 补偿非线性误差的交叉馈送技术 434

8．4 高速(SR=450V/μs)超高精度单片集成四象限乘法器 435

8．4．1 高速超高精度跨导线性乘法器的技术参数 435

8．4．2 高速超高精度跨导线性乘法器设计与制造技术 436

8．4．3 集成电路原理及传输特性分析 436

8．4．4 高稳定度偏置与分母电压U的内、外部设置电路 438

8．5 DC～(0．5～1)GHz的跨导线性集成四象限乘法器 441

8．5．1 DC-(0．5～1)GHz的电流模放大器／乘法器原理 441

8．5．2 DC-(0．5～1)GUz跨导线性集成乘法器的设计考虑 444

8．5．3 DC～(0．5～1)GHz单片集成四象限乘法器主要特性及基本应用 445

8．6．1 NMOS乘法器原理与特性分析 447

8．6 MOS模拟集成乘法器 447

8．6．2 CMOS线性化电流模乘法器原理 449

8．6．3 CMOS集成四象限乘法器电路分析 450

8．7 模拟集成乘法器的部分应用电路 451

8．7．1 带宽50—100MHz的直接耦合乘法器和三变量乘除器 452

8．7．2 精密测量电路 456

8．7．3 精密和宽带模拟信号变换器 459

8．7．4 20～80MHz的压控放大器(VCA) 462

8．7．5 精密和宽带AGC环路 465

8．7．6 线性压控频带通用有源滤波器 467

8．7．7 压控正交振荡器和精密宽带VFC 469

8．7．8 频率变换应用电路 471

8．8 平衡调制器／解调器及其应用 472

8．8．1 压控吉尔伯特乘法器原理 472

8．8．2 MC1596在频率变换中的应用举例 473

8．8．3 多功能高精度平衡调制器／解调器电路原理及特性 477

8．8．4 精密增益为±1、±2和±10的对称增益放大器 480

8．8．5 精密增益为+1、+2、+3和+4的多路模拟转换开关 482

8．8．6 精密增益为±1、±2和±10的平衡调制器／解调器 483

8．8．8 精密LVDT和AC桥路信号调节器 484

8．8．7 精密AC-DC变换器 484

8．8．9 动态范围100dB的锁定放大器 486

小结 487

思考题和练习题 487

第9章 应用电流模技术的部分模拟电路 494

引言 494

9．1 电流反馈数据放大器 494

9．1．1 集成运放对称组装式数据放大器 494

9．1．2 电流反馈数据放大器原理及分析 500

9．1．3 高精度单片集成有源电流反馈数据放大器原理及分析 504

9．1．4 数据放大器的部分典型应用 508

9．2 电流传输器及其模拟功能电路 513

9．2．1 电流镜、基本电流传输器及其应用电路 513

9．2．2 由运放及电流镜构成的电流传输器及其应用电路 518

9．2．3 运放电源中的信号电流检测及其应用电路 520

9．3 对数、指数和对数比放大器 522

9．3．1 基本对数放大器原理 523

9．3．2 具有160dD电流输入范围的实用高精度对数放大器 527

9．3．3 具有80dB电压输入范围的实用高精度对数放大器 531

9．3．4 实用高精度指数放大器 533

9．3．5 高速高精度对数放大器 534

9．3．6 具有8个数量级电流输入范围的实用高精度对数比放大器 535

9．3．7 高精度实时模拟计算单元(ACU) 538

9．4 应用跨导线性(TL)回路原理的模拟变换器 540

9．4．1 一象限精密和宽带?或?电路 541

9．4．2 高精度宽带RMS-DC变换器 543

9．4．3 矢量求和电路 546

9．4．4 BW=30MHz的精密对数—反对数乘法器 547

小结 549

思考题和练习题 549

10．1 串联调整式线性稳压电源基础 554

10．1．1 串联调整式线性稳压器工作原理 554

引言 554

第10章 稳压电源及其高精度和高效率技术 554

10．1．2 稳压电源的主要电参数 556

10．2 高精度基准稳压电源 558

10．2．1 具有温度补偿的齐纳基准电源 558

10．2．2 高精度能隙基准电源 559

10．2．3 以埋层齐纳管为参考的超高精度基准电源 562

10．2．4 高精度基准电源的部分典型应用电路 567

10．3 高效率开关稳压电源 571

10．3．1 Buck-Boost型开关变换器原理及分析 572

10．3．2 超高效率Buck—Boost型低压DC—DC变换器 575

10．3．3 变压器隔离Buck-Boost型单端反激式变换器原理 579

10．3．4 应用电流模PWM器的高效率单端反激式开关稳压电源 582

10．3．5 Buck型开关变换器原理及分析 590

10．3．6 实用超高效率Buck型低压DC—DC变换器 592

10．3．7 变压器隔离Buck型单端正激式变换器原理 595

10．3．8 应用电流模PWM器的高效率单端正激式开关稳压电源 597

10．3．9 Boost型开关变换器原理及分析 600

10．3．10 高效率Boost型开关稳压电源 603

10．3．11 半桥式隔离变换器原理及分析 605

10．3．12 实用高效率半桥式开关稳压电源 607

10．3．13 效率9096以上半桥式9-30V到5V20A的变换器 611

10．4 高效率串联调整式线性稳压电源 612

10．4．1 低压差线性集成稳压器原理及特点 613

10．4．2 超低压差线性稳压器模块 614

10．4．3 超高效率线性稳压电源 615

小结 616

思考题和练习题 616

主要参考文献 622

汉英名词术语对照 624