晶体管电路活用技巧PDF电子书下载

第1章 晶体管的放大机理 1

1.1 有效地利用原料 2

1.1.1 IC是由大量的晶体管构成的 2

1.1.2 如果掌握了1～4个器件组合成的电路单元就没有什么可担心的 2

1.2 晶体管梗概 2

1.2.1 双极晶体管的物理结构 3

1.2.2 晶体管擅长的技能——放大 4

1.3 理解二极管的行为 4

1.3.1 只有当VF为正时，才有IF的流动 4

1.3.2 VF与IF的关系 5

1.4 晶体管的基本工作 6

1.4.1 晶体管具有与二极管相同的指数特性，不过电压和电流是分开的 6

1.4.2 稍详细地描述工作状态 8

1.5 使用晶体管的最初的放大 8

1.5.1 放大信号，用电压取出 9

1.5.2 能放大多少倍？ 10

1.5.3 放大倍数与Rc成比例地增大 10

1.5.4 输入信号的偏置电压VOFF与放大倍数 11

1.6 晶体管放大的机理 11

1.6.1 双极晶体管的放大能力与集电极电流成比例 12

1.6.2 解开18mV之谜 13

小结 14

第2章 高明地使用晶体管进行放大的方法 15

2.1 仔细地分析晶体管 15

2.1.1 Ic、IE、IB对于VBE的变化 15

2.1.2 基极电流与集电极电流成比例 16

2.2 从二极管的角度考虑的晶体管的工作 17

2.2.1 二极管的I-V特性 18

2.2.2 晶体管的工作原理 19

2.2.3 电流放大倍数β 20

2.2.4 发射极电流与集电极电流相等 20

2.2.5 晶体管的工作状态 21

2.3 晶体管的等效电路 21

2.3.1 直流工作的晶体管的等效电路 22

2.3.2 小信号解析时使用的晶体管的等效电路 22

2.4 晶体管的弱点 23

2.4.1 容易受偏置电压变化的影响 23

2.4.2 容易受温度变化的影响 26

2.5 高明地使用晶体管进行放大的方法 27

2.5.1 给集电极接入电流源，进行电流偏置 28

2.5.2 给发射极接入电阻，进行电流偏置 29

2.5.3 通过模拟确认发射极电阻的效果 30

2.5.4 插入发射极电阻时，求放大倍数的关系式 31

2.5.5 为什么发射极插入电阻后，抗变化的能力增强了？ 32

2.5.6 用晶体管变换阻抗 32

2.6 能克服这些弱点的差动放大电路 33

2.6.1 输入电压被两个晶体管均等地分配 34

2.6.2 温度或电压发生变动时，差动放大电路可以稳定工作 34

2.6.3 电流偏置是晶体管电路的基本偏置方法 35

小结 36

第3章 用晶体管制作电流源 37

3.1 在与电压源的比较中熟悉电流源的性质 37

3.1.1 电压源——即使输出电流改变，电压也不改变 37

3.1.2 电流源——即使输出电压改变，流过的电流也不改变 39

3.2 用1个晶体管制作电流源 40

3.2.1 输出阻抗的模拟分析 40

3.2.2 得到了ro＝∞Ω的不现实的解析结果 41

3.2.3 晶体管的模拟模型的分析 42

3.2.4 初始效应体现在模型中，再次进行解析 43

3.2.5 通过计算进行确认 44

3.2.6 加进输出电阻后，得到接近实际的晶体管特性的等效电路 44

3.3 电流源在差动放大电路中的应用 44

3.3.1 如果把集电极电阻Rc也置换成电流源，就可以得到非常高的增益 45

3.3.2 电压增益与集电极电流无关 47

3.4 进一步提高电流源的输出阻抗的技巧 47

3.4.1 通过发射极电阻提高输出阻抗 48

3.4.2 通过发射极电阻加反馈，能使集电极电流稳定 49

3.4.3 更精密地控制负反馈——增大回路的放大倍数 49

3.4.4 用模拟的方法确认插入发射极电阻提高输出阻抗的问题 50

3.4.5 用等效电路分析插入发射极电阻提高输出阻抗的问题 50

3.4.6 插入发射极电阻，降低了输出电压范围 52

3.4.7 希望获得更高的输出阻抗时，采用共射共基放大器连接 52

3.4.8 希望进一步提高输出阻抗时——BJT 53

3.4.9 希望获得更高的输出阻抗时——FET 56

小结 57

第4章 复制电流的电流反射镜电路 59

4.1 基本的电流反射镜电路 59

4.1.1 使用晶体管的电流源的改进型 59

4.1.2 通过模拟确认电流反射镜电路的工作 61

4.2 各种电流反射镜电路 62

4.2.1 多输出型电流反射镜电路 62

4.2.2 电流比为1：2的电流反射镜电路 62

4.2.3 电流比为2：1的电流反射镜电路 63

4.2.4 电流比为M：N的电流反射镜电路 64

4.3 电流复制时的误差 65

4.3.1 基极电流引起误差的机理 65

4.3.2 追加晶体管，减小基极电流引起的误差 65

4.3.3 既能减小基极电流引起的误差又提高了稳定性的威尔森电流反射镜电路 66

4.3.4 基极电流误差以外的复制误差 67

4.3.5 与差动放大电路组合，可以无拘束地输入输出电流 67

4.4 复杂的电流反射镜电路 68

4.4.1 基于零增益放大器的电流源 68

4.4.2 任意倍率的电流反射镜电路 69

41.5 电流反射镜的应用：D-A转换器 70

4.5.1 D-A转换器的结构 70

4.5.2 电流输出型D-A转换器的工作 72

小结 73

第5章 复制电压的射极跟随器电路 75

5.1 复制电压 75

5.1.1 电压复制电路必备的性质 76

5.1.2 电压复制电路的基本应用 77

5.2 用晶体管复制电压 77

5.2.1 输入输出电压的关系 79

5.2.2 射极跟随器 79

5.2.3 输出电压的变动 80

5.2.4 阻抗变换 81

5.2.5 最大供给电流 82

5.3 射极跟随器的应用电路 83

5.3.1 简易型恒压源电路 83

5.3.2 使用齐纳二极管的恒压源电路 84

5.3.3 达林顿连接 84

5.3.4 不同极性的达林顿连接 85

5.3.5 反向达林顿连接 86

5.3.6 对吸入和吐出都没有限制的推挽射极跟随器 87

5.3.7 菱形电路 88

5.3.8 失真补偿型跟随器 89

小结 90

第6章 OP放大器的基础与负反馈的机构 91

6.1 OP放大器概要 91

6.1.1 OP放大器的三个性质 92

6.1.2 加上负反馈，OP放大器接近理想的放大器 93

6.2 认识OP放大器的第一步——负反馈的作用 93

6.2.1 理解人工OP放大器中负反馈的机构 94

6.2.2 人工OP放大器的响应 94

6.2.3 负反馈动作 96

6.3 OP放大器的增益与负反馈后电路的性能 96

6.3.1 如果OP放大器的增益大，非反转输入端与反转输入端的电压就变得相等 97

6.3.2 在OP放大器的增益小的情况下，输入输出增益不是1/β 98

6.3.3 在OP放大器的增益大的情况下，加负反馈后的增益接近1/β 98

6.4 OP放大器对交流信号的响应 98

6.4.1 使用晶体管的OP放大器的响应速度 99

6.4.2 当响应过于快时，有时会发生振荡 99

6.5 加负反馈后的性能由环路增益决定 99

6.5.1 负反馈电路的输入输出关系的一般表达式 100

6.5.2 环路增益越大，输入输出增益越接近1/β 100

小结 101

第7章 用晶体管制作的OP放大器：基础篇 103

7.1 一个晶体管的OP放大器 104

7.2 基于差动对和电阻负载的OP放大器 106

7.3 基于差动对和电流反射镜负载的OP放大器 109

7.4 基于差动对、电流反射镜、发射极接地电路的OP放大器 110

7.5 基于差动对、电流反射镜、发射极接地电路、电压缓冲器的OP放大器 112

7.6 转换速率 113

7.6.1 通过模拟确认 113

7.6.2 发生转换的原因 115

7.6.3 改善转换速率的方法 117

7.6.4 基于发射极退化改善转换速率的缺点 119

小结 119

第8章 用晶体管制作的OP放大器：应用篇 121

8.1 折叠共射共基型OP放大器 121

8.1.1 折叠共射共基连接 121

8.1.2 折叠共射共基型的OP放大器 123

8.1.3 折叠共射共基型OP放大器的模拟 124

8.2 基于折叠共射共基和共射共基自举的OP放大器 125

8.3 电流反射镜型的OP放大器 128

8.4 高转换速率的OP放大器 128

8.4.1 OP放大器内部的电流源限制转换速率 128

8.4.2 高转换速率OP放大器的设计 130

8.4.3 高转换速率OP放大器的模拟 132

8.5 基于缓冲器和电流反射镜的电流反馈型OP放大器 133

8.5.1 GB积由外部的反馈电阻值决定 134

8.5.2 确定电流反馈型OP放大器的反馈电阻值的方法 135

8.5.3 电流反馈型OP放大器的模拟 136

小结 138

第9章 处理乘法运算的乘法电路 139

9.1 基于对数变换的乘法电路 139

9.2 基于差动放大电路的乘法电路 140

9.2.1 差动放大电路实际上也是乘法电路 140

9.2.2 乘法运算的状态 141

9.2.3 由于差动放大电路的传输特性是tanh函数，所以乘法运算不能得到正确的结果 143

9.3 吉伯（Gilbert）增益单元 143

9.3.1 用tanh-1产生失真后输入 144

9.3.2 tanh-1电路的结构 144

9.3.3 追加了tanh-1电路的电流模式乘法电路 145

9.3.4 直线性得到大幅度的改善 147

9.3.5 能够从属连接的宽频带乘法器“吉伯增益单元” 148

9.4 吉伯乘法器 148

9.4.1 扩展为4象限乘法器 149

小结 150

第10章 高速型A-D转换器 153

10.1 计时电压比较器 153

10.1.1 用时钟在工作的电压比较器内采样 153

10.1.2 准确的比较需要高的增益 155

10.1.3 需要多高的增益？ 155

10.1.4 用正反馈获得高的增益 156

10.2 正反馈放大电路的设计 157

10.2.1 简化等效电路 158

10.2.2 设计合成电阻Rx使之成为负性电阻 158

10.2.3 增益随着时间而增大 159

10.2.4 达到必要的增益所需的时间决定采样频率的极限 159

10.3 完成计时电压比较器 160

10.3.1 追加变换计时控制电路 160

10.3.2 追加提供初始电压的电路 160

10.3.3 把计时控制电路和提供初始电压的电路组合到正反馈放大电路中 161

10.3.4 偏置电流I0和负载电阻R1、R2的常数确定 162

10.3.5 时常数的确认 162

10.3.6 最高时钟频率是11MHz 163

10.4 通过模拟确认动作 163

10.4.1 计时电压比较器的模拟 163

10.4.2 2bit高速型A-D转换器工作的模拟 164

10.4.3 解析结果：A-D转换器与所期待的一致 165

小结 166

第11章 △∑型A-D转换器 167

11.1 环路增益减小失真和噪声 167

11.1.1 OP放大器与△∑型A-D转换器很相似 167

11.1.2 环路增益减小末级的失真和噪声 169

11.1.3 给回路的一部分加以数字信号 170

11.1.4 △∑型A-D转换器 171

11.1.5 分辨率提高了，频带却变窄了 173

11.1.6 高阶的回路滤波器使特性得到改善 173

11.1.7 最终的输出需要经滤波取出 174

11.1.8 即使1bit的数字路径也OK 174

11.2 低通△∑型A-D转换器 175

11.2.1 gm-C滤波器 175

11.2.2 未知参数的确定 177

11.2.3 状态模型（behavior model） 177

11.2.4 内部8bit△∑型A-D转换器的状态模拟 178

11.2.5 环路滤波器的调整 179

11.2.6 内部3bit型△∑A-D转换器 182

11.2.7 S/N的测量方法 184

11.2.8 内部1bit△∑型A-D转换器 185

11.3 低通△∑型A-D转换器的晶体管化 186

11.3.1 内部1bit的A-D转换器 186

11.3.2 内部1bit的D-A转换器 187

11.3.3 跨导 188

11.3.4 调整 189

11.4 频带路径型△∑型A-D转换器 190

11.4.1 中间频率的A-D转换 190

11.4.2 行为频带路径△∑型A-D转换器的设计 191

11.4.3 行为频带路径△∑型A-D转换器的模拟 193

11.4.4 频带路径△∑型A-D转换器的晶体管化 194

11.4.5 晶体管化的频带路径△∑型A-D转换器的模拟 195

小结 195

第12章 应用跨导线性原理 197

12.1 所谓跨导线性原理 197

12.1.1 定义 197

12.1.2 用双极晶体管电路能够表现任意函数 198

12.1.3 跨导线性原理的推导 198

12.1.4 温度变化时，跨导线性电路是稳定的 199

12.2 基本的函数的合成 199

12.2.1 一次方电路 199

12.2.2 二次方电路 200

12.2.3 n次方电路 201

12.2.4 除法电路 202

12.2.5 乘法电路 203

12.2.6 用晶体管电路作成计算x2+2x+1的电路 204

12.3 有多个跨导线性回路情况下的解析方法 205

12.4 计算矢量振幅的电路 206

12.4.1 计算二维矢量振幅的电路 206

12.4.2 计算三维矢量振幅的电路 207

12.5 回路内有并联连接的晶体管时的解析方法 208

12.6 绝对值电路 210

12.6.1 正、负值的输入输出 210

12.6.2 函数的分解 210

12.6.3 输入电路 210

12.6.4 输出电路 212

12.6.5 把输入电路与输出电路组合起来 212

12.7 2象限平方电路 214

12.8 三角函数发生电路 215

12.8.1 差动结构分解 215

12.8.2 发生三角函数 216

12.8.3 正弦波函数电路的模拟 218

小结 219

第13章 把文字描绘到示波器上的电路 221

13.1 把文字“Q”描绘在示波器上 221

13.1.1 给示波器输入信号的条件 221

13.1.2 生成平滑信号 225

13.2 把三角波变换为平滑信号的晶体管电路 225

13.2.1 1级差动对的输入输出特性——y=tanh x 226

13.2.2 扩大线性范围 227

13.2.3 峰状特性 229

13.2.4 正弦波状 230

13.2.5 改变峰的高度 231

13.3 文字“Q”的生成电路 233

13.3.1 把差动对巧妙地组合起来，作成“Q”生成电路 233

13.3.2 把tanh函数转换成电路 234

13.3.3 移动电压的标定 235

13.3.4 用电阻和电流源作成电压移动电路 235

13.3.5 尾电流值的设定 236

13.4 实际的电路 236

13.4.1 电路与电流源 236

13.4.2 在文字“Q”电路与信号源之间插入偏置电路 237

13.5 试制与工作的确认 238

13.5.1 基板的制作与连接 238

13.5.2 工作 239

小结 241

第14章 正确施加负反馈 243

14.1 用煤气热水器体验不稳定的反馈 243

14.1.1 手动控制煤气量时水的温度不稳定 243

14.1.2 不稳定的主要原因是“迟钝” 244

14.1.3 巧妙地施加反馈的方法——慢慢地控制 245

14.1.4 知道输出结果之前施加前馈控制 245

14.2 用人工OP放大器体验不稳定现象 245

14.2.1 关注电子电路工作滞后的“相位滞后”问题 245

14.2.2 人工OP放大器 245

14.2.3 体验不稳定的工作 246

14.2.4 增加放大级数会产生相位滞后，使环路变得不稳定 248

14.3 负反馈放大器产生振荡的条件 248

14.3.1 振荡的机理 248

14.3.2 振荡难易的指标：相位余量和增益余量 249

14.3.3 电源电压与振荡条件 250

14.3.4 振荡的条件 250

14.4 伯德图的画法与使用方法 251

14.4.1 RC低通滤波器的频率特性 251

14.4.2 伯德图的描绘方法 252

14.4.3 使用伯德图也可以简单地求得放大电路的合成增益 252

14.4.4 使用伯德图，简单地理解相位补偿的方法 253

14.5 晶体管放大电路的稳定性 254

14.5.1 频率解析的第一步从理解晶体管的等效电路开始 254

14.5.2 3级放大电路的频率特性 255

14.5.3 频带宽的放大器 256

14.5.4 简单的相位补偿方法 257

14.6 从环路增益的频率特性理解稳定的程度 257

14.6.1 OP放大器的相位补偿概要 257

14.6.2 反馈率与稳定性的关系 258

14.6.3 稳定工作的条件 259

14.6.4 要求更高的稳定性时，需要牺牲GB积 260

14.6.5 消除基于零点的极点的例子 260

14.7 OP放大器稳定性的讨论 260

14.7.1 用两个放大级构成的电路的模拟解析 260

14.7.2 基于模拟的解析方法——不切断回路，解析环路增益的频率特性 261

14.7.3 具体的解析方法 262

14.7.4 结果：在相位余量为-20°处开始不稳定 263

14.7.5 寻找主极点和2次极点 264

14.8 相位补偿法 265

14.8.1 窄频带法 265

14.8.2 米勒补偿法 266

小结 268

Appendix A 从半导体物理看到的双极晶体管的工作 271

Appendix B 米勒补偿的原理与极点分离 279

Appendix C 正确地解析环路增益的方法 283

Appendix D 修正节点解析法 291

科学出版社下载区中有关本书的内容与使用方法 299