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第1部分 半导体器件及其基本应用 1

第1章 半导体材料及二极管 3

1.0 概述 3

1.1 半导体材料及其特性 3

1.1.1 本征半导体 3

1.1.2 杂质半导体 6

1.1.3 漂移电流和扩散电流 7

1.1.4 过剩载流子 9

1.2 PN结 10

1.2.1 在平衡状态下的PN结 10

1.2.2 PN结反向偏置 11

1.2.3 PN结正向偏置 12

1.2.4 在理想情况下电流-电压的关系 13

1.2.5 PN结二极管 14

1.3 二极管电路：直流分析及其模型 17

1.3.1 迭代法和图解法 18

1.3.2 分段线性模型 20

1.3.3 计算机仿真与分析 22

1.3.4 二极管模型概要 23

1.4 二极管电路：交流等效电路 23

1.4.1 正弦分析 23

1.4.2 小信号等效电路 25

1.5 其他类型的二极管 26

1.5.1 太阳能电池 26

1.5.2 光电二极管 27

1.5.3 发光二极管 27

1.5.4 肖特基势垒栅二极管 27

1.5.5 齐纳二极管 29

1.6 小结 30

第2章 二极管电路 37

2.0 概述 37

2.1 整流电路 37

2.1.1 半波整流 38

2.1.2 全波整流 40

2.1.3 滤波器、脉动电压及二极管电路 42

2.1.4 倍压电路 48

2.2 齐纳二极管电路 48

2.2.1 理想基准电压电路 49

2.2.2 齐纳电阻和基准电压变化率 50

2.3 限幅器和钳位电路 51

2.3.1 限幅器 51

2.3.2 钳位器 55

2.4 多二极管电路 57

2.4.1 二极管电路举例 57

2.4.2 二极管逻辑电路 61

2.5 光电二极管和发光二极管电路 63

2.5.1 光电二极管电路 63

2.5.2 发光二极管电路 63

2.6 小结 64

第3章 双极型晶体管 74

3.0 概述 74

3.1 双极型晶体管基础 74

3.1.1 晶体管的结构 74

3.1.2 NPN晶体管：在线性放大状态下的运用 75

3.1.3 PNP晶体管：在线性放大状态下的运用 79

3.1.4 电路符号和约定 80

3.1.5 电流-电压特性 81

3.1.6 非理想晶体管的漏电流和击穿电压 84

3.2 晶体管电路的直流分析 87

3.2.1 共射极电路 87

3.2.2 负载线和工作模式 90

3.2.3 普通双极型电路：直流分析 93

3.3 晶体管的基本应用 101

3.3.1 开关 101

3.3.2 数字逻辑 102

3.3.3 放大器 104

3.4 双极型晶体管的偏置 107

3.4.1 单一基极电阻偏置 107

3.4.2 分压式偏置和偏置稳定性 109

3.4.3 集成电路的偏置 113

3.5 多级电路 114

3.6 小结 117

第4章 基本BJT放大器 128

4.0 概述 128

4.1 模拟信号和线性放大器 128

4.2 双极型线性放大器 129

4.2.1 图解分析法和交流等效电路 130

4.2.2 双极型晶体管的混合π型小信号等效电路 133

4.2.3 包含Early效应的混合π型等效电路 138

4.2.4 混合π型拓展等效电路 141

4.2.5 其他小信号参数和等效电路 141

4.3 晶体管放大器的基本结构 147

4.4 共射极放大器 149

4.4.1 基本共射极放大器电路 149

4.4.2 含射极电阻的电路 151

4.4.3 含射极旁路电容的电路 153

4.4.4 前置共射极放大器的概念 156

4.5 交流负载线分析 157

4.5.1 交流负载线 157

4.5.2 最大对称振幅 160

4.6 共集电极放大器（射极跟随器） 161

4.6.1 小信号电压增益 162

4.6.2 输入和输出阻抗 163

4.6.3 小信号电流增益 165

4.7 共基极放大器 170

4.7.1 小信号电压和电流增益 170

4.7.2 输入输出电阻 171

4.8 三种基本放大器：总结与比较 173

4.9 多级放大器 173

4.9.1 多级分析：串联组态 174

4.9.2 共射-共基组态 177

4.10 功率分析 179

4.11 小结 182

第5章 场效应晶体管 195

5.0 概述 195

5.1 MOS场效应晶体管 195

5.1.1 二端MOS结构 195

5.1.2 N沟道增强型MOSFET 197

5.1.3 理想MOSFET的电流-电压特性 198

5.1.4 电路符号及约定 202

5.1.5 其他MOSFET结构和电路符号 203

5.1.6 晶体管工作原理小结 207

5.1.7 非理想电流-电压特性 207

5.2 MOSFET直流电路的分析 210

5.2.1 共源极电路 210

5.2.2 负载线和工作模式 214

5.2.3 常见的MOSFET组态：直流分析 215

5.2.4 恒流源偏置 224

5.3 基本MOSFET应用：开关、数字逻辑门及放大器 226

5.3.1 NMOS倒相器 226

5.3.2 数字逻辑门 227

5.3.3 MOSFET小信号放大器 228

5.4 结型场效应晶体管 229

5.4.1 PN JFET和MESFET的工作原理 229

5.4.2 电流-电压特性 233

5.4.3 通用JFET电路的直流分析 235

5.5 小结 240

第6章 基本FET放大器 251

6.0 概述 251

6.1 MOSFET放大器 251

6.1.1 图解分析法、负载线及小信号参数 251

6.1.2 小信号等效电路 254

6.1.3 体效应模型 257

6.2 晶体管放大器的基本组态 258

6.3 共源极放大器 259

6.3.1 共源极电路的基本结构 259

6.3.2 含源极电阻的共源极放大器 262

6.3.3 含源极旁路电容的共源极电路 264

6.4 源极跟随器 266

6.4.1 小信号电压增益 266

6.4.2 输入输出电阻 269

6.5 共栅极结构 271

6.5.1 小信号电压增益和电流增益 271

6.5.2 输入输出电阻 272

6.6 三种基本放大器组态：总结与比较 273

6.7 单级集成电路MOSFET放大器 274

6.7.1 带有增强型负载的NMOS放大器 274

6.7.2 带有耗尽型负载的NMOS放大器 277

6.7.3 带有PMOS负载的NMOS放大器 280

6.8 多级放大器 282

6.8.1 直流分析 282

6.8.2 小信号分析 285

6.9 基本JFET放大器 287

6.9.1 小信号等效电路 287

6.9.2 小信号分析 288

6.10 小结 291

第7章 频率响应 302

7.0 概述 302

7.1 放大器的频率响应 302

7.1.1 等效电路 303

7.1.2 频率响应分析 303

7.2 系统传递函数 304

7.2.1 s域分析 304

7.2.2 一阶函数 306

7.2.3 Bode图 306

7.2.4 短路和开路时间常数 311

7.3 频率响应：含有电路电容的晶体管放大器 314

7.3.1 耦合电容的影响 314

7.3.2 负载电容的影响 320

7.3.3 耦合电容和负载电容 321

7.3.4 旁路电容的影响 324

7.3.5 组合效应：耦合电容和旁路电容 327

7.4 频率响应：双极型晶体管 329

7.4.1 拓展的混合π等效电路 329

7.4.2 短路电流增益 331

7.4.3 特征频率 332

7.4.4 Miller效应和Miller电容 334

7.5 频率响应：FET 337

7.5.1 高频等效电路 337

7.5.2 特征频率 339

7.5.3 Miller效应和Miller电容 341

7.6 晶体管电路的高频响应 343

7.6.1 共射极和共源极电路 343

7.6.2 共基极、共栅极和共射-共基电路 346

7.6.3 射极跟随器和源极跟随器 352

7.6.4 高频放大器的设计 355

7.7 小结 357

第8章 输出级和功率放大器 373

8.0 概述 373

8.1 功率放大器 373

8.2 功率管 374

8.2.1 双极型功率管 374

8.2.2 MOSFET功率管 377

8.2.3 散热片 378

8.3 功率放大器的类型 382

8.3.1 A类功率放大器 382

8.3.2 B类功率放大器 386

8.3.3 AB类功率放大器 389

8.3.4 C类功率放大器 393

8.4 A类功率放大器 393

8.4.1 电感耦合功率放大器 393

8.4.2 具有变压器耦合的共射极功率放大器 394

8.4.3 具有变压器耦合的射极跟随器功率放大器 395

8.5 AB类推挽互补对称输出级电路 397

8.5.1 具有二极管偏置的AB类输出级电路 397

8.5.2 用V BE倍增器提供偏置的AB类功率放大器 399

8.5.3 具有输入缓冲器的AB类输出级电路 401

8.5.4 使用Darlington管的AB类输出级电路 404

8.6 小结 405

第2部分 模拟电子技术 415

第9章 理想运算放大器 419

9.0 概述 419

9.1 运算放大器 419

9.1.1 理想参数 420

9.1.2 拓展的理想参数 421

9.1.3 分析方法 422

9.1.4 PSpice模型 423

9.2 反相放大器 423

9.2.1 基本放大器 423

9.2.2 含有T形网络的放大器 425

9.2.3 增益有限的影响 427

9.3 加法器 429

9.4 同相放大器 430

9.4.1 基本放大器 431

9.4.2 电压跟随器 431

9.5 运算放大器的应用 432

9.5.1 电流-电压转换器 433

9.5.2 电压-电流转换器 433

9.5.3 差动放大器 435

9.5.4 仪器放大器 439

9.5.5 积分器和微分器 441

9.5.6 非线性应用 443

9.6 运算放大器电路的设计 444

9.6.1 加法器的设计 444

9.6.2 基准压源的设计 446

9.6.3 差动放大器和桥式电路的设计 448

9.7 小结 450

第10章 集成电路的偏置和有源负载 462

10.0 概述 462

10.1 双极型晶体管电流源 462

10.1.1 双晶体管电流源电路 462

10.1.2 改进的电流源电路 466

10.1.3 Widlar电流源 470

10.1.4 多晶体管电流镜 475

10.2 FET电流源 477

10.2.1 基本双晶体管MOSFET电流源 477

10.2.2 多MOSFET电流源电路 480

10.2.3 独立于偏置的电流源 483

10.2.4 JFET电流源 484

10.3 有源负载电路 486

10.3.1 BJT有源负载电路的直流分析 487

10.3.2 BJT有源负载的电压增益 488

10.3.3 直流分析：MOSFET有源负载电路 489

10.3.4 MOSFET有源负载电路的电压增益 490

10.3.5 讨论 491

10.4 有源负载电路的小信号分析 491

10.4.1 BJT有源负载电路的小信号分析 491

10.4.2 MOSFET有源负载电路的小信号分析 494

10.4.3 小信号分析：改进的MOSFET有源负载 495

10.5 小结 496

第11章 差动放大器和多级放大器 509

11.0 概述 509

11.1 差动放大器 509

11.2 基本的BJT差分对 509

11.2.1 术语和性能描述 509

11.2.2 直流传输特性 512

11.2.3 小信号等效电路分析 516

11.2.4 差模和共模增益 520

11.2.5 共模抑制比 524

11.2.6 差模和共模输入阻抗 525

11.3 基本的FET差分对 529

11.3.1 直流传输特性 529

11.3.2 差模和共模输入阻抗 533

11.3.3 小信号等效电路分析 533

11.3.4 JFET差动放大器 536

11.4 带有有源负载的差动放大器 537

11.4.1 带有有源负载的BJT差动放大器 538

11.4.2 BJT有源负载的小信号分析 539

11.4.3 带有有源负载的MOSFET差动放大器 542

11.4.4 带有串联有源负载的MOSFET差动放大器 545

11.5 BiCMOS电路 547

11.5.1 基本放大器级 547

11.5.2 电流源 549

11.5.3 BiCMOS差动放大器 550

11.6 放大级和简单的输出级 551

11.6.1 复合晶体管对和简单的射极跟随器输出 551

11.6.2 输入阻抗、电压增益和输出阻抗 552

11.7 简单的BJT运算放大器电路 555

11.8 差动放大器的频率响应 558

11.8.1 差模输入的情况 558

11.8.2 共模输入的情况 559

11.8.3 带有发射极负反馈电阻的情况 561

11.8.4 含有源负载的情况 562

11.9 小结 563

第12章 反馈和稳定性 583

12.0 概述 583

12.1 反馈概述 583

12.1.1 负反馈的优点和缺点 584

12.1.2 计算机仿真的应用 584

12.2 基本的反馈概念 584

12.2.1 理想的闭环增益 585

12.2.2 增益灵敏度 587

12.2.3 频带的扩展 587

12.2.4 抗干扰性 589

12.2.5 降低非线性失真 590

12.3 理想反馈的拓扑结构 591

12.3.1 电压串联反馈的结构 592

12.3.2 电流并联反馈的结构 595

12.3.3 电流串联反馈的结构 597

12.3.4 电压并联反馈的结构 598

12.3.5 总结 599

12.4 电压（电压串联负反馈）放大器 600

12.4.1 运算放大器电路 600

12.4.2 分立电路 602

12.5 电流（电流并联负反馈）放大器 605

12.5.1 运算放大器电路 605

12.5.2 简单的分立电路 607

12.5.3 分立电路 607

12.6 跨导（电流串联负反馈）放大器 610

12.6.1 运算放大器电路 611

12.6.2 分立电路 612

12.7 互阻（电压并联负反馈）放大器 615

12.7.1 运算放大器电路 616

12.7.2 分立电路 617

12.8 环路增益 623

12.8.1 基本方法 623

12.8.2 计算机分析 626

12.9 反馈电路的稳定性 628

12.9.1 稳定性问题 628

12.9.2 Bode图：单级、两级和三级放大器 628

12.9.3 Nyquist稳定判据 631

12.9.4 相位裕量和增益裕量 634

12.10 频率补偿 636

12.10.1 基本理论 636

12.10.2 闭环频率响应 637

12.10.3 Miller补偿 638

12.11 小结 640

第13章 运算放大器 654

13.0 概述 654

13.1 一般运算放大器电路的设计 654

13.1.1 一般设计原理 655

13.1.2 电路组件的匹配 656

13.2 双极型运算放大器电路 656

13.2.1 电路介绍 656

13.2.2 直流分析 659

13.2.3 小信号分析 664

13.2.4 频率响应 670

13.3 CMOS运算放大器电路 672

13.3.1 MC14573 CMOS运算放大器电路 672

13.3.2 折叠式共源-共栅CMOS运算放大器电路 675

13.3.3 CMOS电流镜运算放大器电路 677

13.3.4 CMOS共源-共栅电流镜运算放大器电路 678

13.4 BiCMOS运算放大器电路 679

13.4.1 BiCMOS折叠式共射-共基运算放大器 679

13.4.2 CA3140 BiCMOS电路介绍 680

13.4.3 CA3140运算放大器直流分析 682

13.4.4 CA3140运算放大器小信号分析 683

13.5 JFET运算放大器电路 686

13.5.1 混合FET运算放大器，LH002/42/52系列 686

13.5.2 混合FET运算放大器，LF155系列 687

13.6 小结 688

第14章 非理想运算放大器电路 698

14.0 概述 698

14.1 实际的运算放大器参数 698

14.1.1 实际运算放大器参数的定义 698

14.1.2 输入和输出电压受限 700

14.2 有限的开环增益 702

14.2.1 反相放大器闭环增益 702

14.2.2 同相放大器闭环增益 704

14.2.3 反相放大器的闭环输入电阻 705

14.2.4 同相放大器闭环输入电阻 707

14.2.5 非零输出电阻 708

14.3 频率响应 710

14.3.1 开环和闭环频率响应 710

14.3.2 增益带宽乘积 711

14.3.3 转换速率 712

14.4 失调电压 715

14.4.1 输入级失调电压的影响 716

14.4.2 失调电压补偿 722

14.5 输入偏置电流 726

14.5.1 偏置电流影响 726

14.5.2 偏置电流补偿 727

14.6 其他非理想因素的影响 729

14.6.1 温度影响 729

14.6.2 共模抑制比 729

14.7 小结 730

第15章 集成电路的应用与设计 740

15.0 概述 740

15.1 有源滤波器 740

15.1.1 有源网络的设计 740

15.1.2 一般的双极点有源滤波器 742

15.1.3 双极点低通Butterworth滤波器 743

15.1.4 双极点高通Butterworth滤波器 746

15.1.5 高阶Butterworth滤波器 746

15.1.6 开关电容滤波器 748

15.2 振荡器 751

15.2.1 振荡器的基本原理 751

15.2.2 相移振荡器 752

15.2.3 Wien桥振荡器 754

15.2.4 其他振荡器 757

15.3 Schmitt触发器 759

15.3.1 比较器 759

15.3.2 基本的反相Schmitt触发器 762

15.3.3 其他的Schmitt触发器结构 764

15.3.4 带有限幅器的Schmitt触发器 768

15.4 非正弦波振荡器和定时电路 769

15.4.1 Schmitt触发器振荡器 769

15.4.2 单稳多谐振荡器 771

15.4.3 555电路 773

15.5 集成电路功率放大器 778

15.5.1 LM380功率放大器 778

15.5.2 PA12功率放大器 781

15.5.3 桥式功率放大器 782

15.6 稳压电源 783

15.6.1 基本稳压电源 783

15.6.2 输出电阻和电流调整率 784

15.6.3 简单的串联通路稳压电源 785

15.6.4 正稳压电源 786

15.7 小结 790

第3部分 数字电子学 803

第16章 MOSFET数字电路 805

16.0 概述 805

16.1 NMOS倒相器 805

16.1.1 重述N沟道MOSFET 805

16.1.2 NMOS倒相器传输特性 808

16.1.3 噪声裕量 817

16.1.4 体效应 821

16.1.5 NMOS倒相器的暂态分析 822

16.2 NMOS逻辑电路 824

16.2.1 NMOS“或非”门和“与非”门 825

16.2.2 NMOS逻辑电路 827

16.2.3 扇出 828

16.3 CMOS倒相器 829

16.3.1 复习P沟道MOSFET 829

16.3.2 CMOS倒相器的直流分析 831

16.3.3 功率损耗 836

16.3.4 噪声裕量 837

16.4 CMOS逻辑电路 839

16.4.1 基本的CMOS“或非”和“与非”门 840

16.4.2 复合CMOS逻辑电路 842

16.4.3 扇出和传输延迟时间 844

16.5 钟控CMOS逻辑电路 845

16.6 传输门 848

16.6.1 NMOS传输门 848

16.6.2 NMOS传递网络 851

16.6.3 CMOS传输门 853

16.6.4 CMOS传递网络 855

16.7 时序逻辑电路 855

16.7.1 动态移位寄存器 855

16.7.2 R-S触发器 857

16.7.3 D触发器 858

16.7.4 CMOS全加器电路 860

16.8 存储器：分类和结构 861

16.8.1 存储器的分类 861

16.8.2 存储器的结构 862

16.8.3 地址译码器 862

16.9 RAM存储器单元 863

16.9.1 NMOS SRAM单元 864

16.9.2 CMOS SRAM单元 865

16.9.3 SRAM读／写电路 868

16.9.4 动态RAM（DRAM）单元 870

16.10 只读存储器 872

16.10.1 ROM和PROM单元 872

16.10.2 EPROM和EEPROM单元 873

16.11 小结 875

第17章 双极型数字电路 892

17.0 概述 892

17.1 射极耦合逻辑（ECL） 892

17.1.1 差动放大器电路回顾 892

17.1.2 基本的ECL逻辑门 894

17.1.3 ECL逻辑电路特性 897

17.1.4 电压传输特性 900

17.2 改进的ECL电路结构 901

17.2.1 低功率ECL 901

17.2.2 选择ECL逻辑门 903

17.2.3 串行门 905

17.2.4 传输延迟时间 908

17.3 晶体管-晶体管逻辑 909

17.3.1 基本二极管-晶体管逻辑门 910

17.3.2 TTL的输入晶体管 912

17.3.3 基本TTL“与非”电路 914

17.3.4 TTL输出级和扇出 916

17.3.5 三态输出 919

17.4 Schottky晶体管-晶体管逻辑 920

17.4.1 Schottky钳位晶体管 920

17.4.2 Schottky TTL“与非”门 922

17.4.3 低功率Schottky TTL电路 923

17.4.4 改进的Schottky TTL电路 925

17.5 BiCMOS数字电路 926

17.5.1 BiCMOS倒相器 926

17.5.2 BiCMOS逻辑电路 927

17.6 小结 928

附录A 941

附录B 942

附录C 948

附录D 959

附录E 962

参考文献 970