模拟电子系统设计指南 基础篇 从半导体、分立元件到TI集成电路的分析与实现PDF电子书下载

第1章 模拟电子技术绪论 1

1.1 电子技术的发展历史 1

1.2 模拟电子技术的目标 2

1.2.1 模拟电子技术的基础地位 3

1.2.2 模拟电子技术的知识点结构 4

1.2.3 模拟电子技术的研究角度 5

1.3 模拟电子系统的评价和分析方法 8

1.3.1 理论分析方法类型 8

1.3.2 理论分析方法的实质 11

1.3.3 实际测试 12

第2章 半导体和PN结特性 13

2.1 半导体材料 13

2.1.1 　N型杂质 13

2.1.2 　P型杂质 15

2.1.3 多子和少子 15

2.1.4 费米函数 16

2.1.5 载流子浓度 17

2.2 零偏置PN结 18

2.2.1 内建结电势 19

2.2.2 电场分布 19

2.2.3 结电势分布 20

2.2.4 空间耗尽区宽度 20

2.3 正偏PN结 20

2.3.1 耗尽区宽度 22

2.3.2 少子电荷分布 22

2.4 反偏PN结 22

2.4.1 耗尽区宽度 23

2.4.2 结电容 24

2.5 结电流密度 24

2.6 温度依赖性 25

2.7 高频交流模型 25

2.7.1 耗尽电容 26

2.7.2 扩散电容 26

2.7.3 正偏模型 27

2.7.4 反偏模型 27

第3章 半导体二极管的特性和分析 28

3.1 二极管的符号和分类 28

3.1.1 二极管的符号 28

3.1.2 二极管的分类 28

3.2 二极管电压和电流特性 29

3.2.1 测试电路构建和分析 29

3.2.2 查看和分析SPICE网表 30

3.2.3 二极管SPICE模型描述 32

3.2.4 二极管正偏电压-电流特性分析 33

3.2.5 二极管反偏电压-电流特性分析 36

3.2.6 二极管电压-电流线性化模型 38

3.3 二极管温度特性 39

3.3.1 执行二极管温度扫描分析 39

3.3.2 绘制和分析二极管温度特性图 40

3.4 二极管频率特性 41

3.4.1 波特图工具的原理 41

3.4.2 波特图使用说明 43

3.4.3 二极管频率特性分析 46

3.5 二极管额定功率特性 48

3.6 发光二极管及其特性 49

3.7 齐纳二极管及其特性 50

3.7.1 电压电流特性 50

3.7.2 电源管理器的设计 52

第4章 二极管电路的设计和分析 58

4.1 二极管整流器 58

4.1.1 半波整流 58

4.1.2 全波整流 59

4.1.3 平滑整流器输出 63

4.2 二极管峰值检测器 66

4.2.1 二极管峰值检测器原理 66

4.2.2 包络检波器实现 67

4.3 二极管钳位电路 69

4.4 二极管斩波器 70

4.4.1 二极管斩波器原理 70

4.4.2 二极管斩波器应用 71

4.5 二极管倍压整流器 72

4.6 压控衰减器 73

第5章 双极结型晶体管的特性和分析 75

5.1 晶体管基本概念 75

5.2 双极结型晶体管符号 77

5.3 双极结型晶体管SPICE模型参数 78

5.4 双极结型晶体管工作原理 80

5.4.1 双极结型晶体管结构 80

5.4.2 电压、电流和电荷控制 81

5.4.3 晶体管的α和β 81

5.4.4 　BJT工作区域 83

5.5 双极结型晶体管输入和输出特性 83

5.5.1 输入特性 84

5.5.2 输出特性 86

5.6 双极结型晶体管电路模型及分析方法 89

5.6.1 直流模型 90

5.6.2 大信号模型 91

5.6.3 厄尔利效应 92

5.6.4 小信号模型 92

5.7 密勒定理及其分析方法 96

5.7.1 密勒定理及其推导 96

5.7.2 密勒定理的应用 97

5.7.3 密勒效应 98

5.8 双极结型晶体管的直流偏置 99

5.8.1 有源电流源偏置 99

5.8.2 单基极电阻偏置 101

5.8.3 发射极电阻反馈偏置 101

5.8.4 射极跟随器偏置 102

5.8.5 双基极电阻偏置 102

5.8.6 偏置电路设计 103

5.9 共发射极放大器 106

5.9.1 有源偏置共射极放大器 107

5.9.2 电阻偏置共射极放大器 110

5.10 共集电极放大器 115

5.10.1 有源偏置射极跟随器 115

5.10.2 电阻偏置射极跟随器 117

5.11 共基极放大器 120

5.11.1 输入电阻Ri 120

5.11.2 无负载电压增益Avo 121

5.11.3 输出电阻Ro 122

5.12 达林顿对晶体管 123

5.13 直流电平移位和放大器 126

5.13.1 电平移动方法 127

5.13.2 电平移位的直流放大器 128

5.14 双极结型晶体管电路的频率响应 130

5.14.1 高频模型 131

5.14.2 　BJT频率响应 132

5.15　BJT放大器的频率响应 135

5.15.1 共发射极BJT放大器 135

5.15.2 共集电极BJT放大器 139

5.15.3 共基极BJT放大器 142

第6章 双极结型晶体管放大电路应用 146

6.1 　BJT多级放大器及频率响应 146

6.1.1 电容耦合 146

6.1.2 直接耦合 147

6.1.3 级联晶体管 147

6.1.4 频率响应 149

6.2 　BJT电流源原理 152

6.2.1 基本电流源 153

6.2.2 改进型基本电流源 155

6.2.3 　Widlar电流源 156

6.2.4 共射-共基电流源 159

6.2.5 威尔逊电流源 159

6.2.6 多重电流源 163

6.2.7 零增益放大器 163

6.2.8 稳定电流源 164

6.3 　BJT差分放大器原理 165

6.3.1 采用阻性负载的BJT差分对 165

6.3.2 采用基本电流镜有源负载的BJT差分放大器 174

6.3.3 采用改进电流镜的差分放大器 176

6.3.4 共射极-共基极差分放大器 177

6.3.5 差分放大器频率响应 181

第7章 双极结型晶体管电路反馈原理及稳定分析 183

7.1 放大器反馈机制类型 183

7.2 放大器反馈特性 183

7.2.1 闭环增益系数 183

7.2.2 频率响应 184

7.2.3 失真 185

7.3 放大器反馈结构 186

7.3.1 串联-并联反馈结构 186

7.3.2 串联-串联反馈结构 187

7.3.3 并联-并联反馈结构 187

7.3.4 并联-串联反馈结构 188

7.4 放大器反馈分析 188

7.4.1 串联-并联反馈结构 189

7.4.2 串联-串联反馈结构 192

7.4.3 并联-并联反馈结构 196

7.4.4 并联-串联反馈结构 199

7.5 放大器稳定性分析 203

7.5.1 闭环频率和稳定性 203

7.5.2 瞬态响应和稳定性 204

7.5.3 闭环极点和稳定性 205

7.5.4 奈奎斯特稳定准则 206

7.5.5 相对稳定性判定 207

7.5.6 相位裕度的影响 208

7.5.7 波特图分析稳定性方法 209

第8章 金属氧化物半导体场效应管特性和电路分析 211

8.1 金属氧化物半导体场效应管基础 211

8.1.1 金属氧化物半导体场效应管概述 211

8.1.2 金属氧化物场效应晶体管符号 212

8.1.3 金属氧化物场效应管的基本概念 213

8.1.4 　MOSFET的SPICE模型参数 214

8.2 增强型MOSFET 215

8.2.1 内部结构 215

8.2.2 工作模式 216

8.2.3 工作特性 218

8.3 耗尽型MOSFET 222

8.3.1 内部结构 223

8.3.2 工作模式 223

8.3.3 工作特性 224

8.4 　MOSFET低频模型 228

8.4.1 直流模型 229

8.4.2 小信号模型 229

8.4.3 小信号分析 230

8.5 MOSFET直流偏置 232

8.5.1 　MOSFET偏置电路原理 232

8.5.2 　MOSFET偏置电路设计 233

8.6 共源极放大器 236

8.6.1 采用电流源负载的共源极放大器 236

8.6.2 采用增强型MOSFET负载的共源极放大器 239

8.6.3 采用耗尽型MOSFET负载的共源极放大器 240

8.6.4 采用电阻负载的共源极放大器 241

8.7 共漏极放大器 244

8.7.1 有源偏置的源极跟随器 245

8.7.2 电阻偏置的源极跟随器 246

8.8 共栅极放大器 249

8.9 直流电平移位和放大器 251

8.9.1 电平移动方法 251

8.9.2 电平移位的MOSFET放大器 252

8.10　MOSFET放大器频率响应 256

8.10.1 　MOSFET高频模型 256

8.10.2 共源极放大器频率响应 258

8.10.3 共漏极放大器频率响应 262

8.10.4 共栅极放大器频率响应 264

第9章 金属氧化物半导体场效应管放大电路应用 268

9.1 MOSFET多级放大器及频率响应 268

9.1.1 电容耦合级联放大器 268

9.1.2 直接耦合放大器 269

9.1.3 共源-共栅放大器 269

9.2 　MOSFET电流源原理 271

9.2.1 基本电流源 271

9.2.2 改进型基本电流源 273

9.2.3 多重电流源 274

9.2.4 共源-共栅电流源 274

9.2.5 威尔逊电流源 275

9.2.6 零增益放大器 276

9.2.7 稳定电流源 277

9.3 　MOSFET差分放大器原理 279

9.3.1 　NMOSFET差分对 279

9.3.2 采用有源负载的MOSFET差分对 286

9.3.3 共源-共栅MOSFET差分放大器 287

9.4 耗尽型MOSFET差分放大器原理 290

9.4.1 采用阻性负载的耗尽型MOSFET差分对 290

9.4.2 采用有源负载的耗尽型MOSFET差分对 292

第10章 运算放大器电路的设计和分析 294

10.1 集成运算放大器的原理 294

10.1.1 集成运放的内部结构 295

10.1.2 集成运放的通用符号 298

10.1.3 集成运放的简化原理 298

10.2 理想运算放大器模型 299

10.2.1 理想运算放大器的特点 299

10.2.2 放大器“虚短”和“虚断” 300

10.2.3 叠加定理 301

10.3 理想运算放大器的分析 301

10.3.1 同相放大器 301

10.3.2 反相放大器 303

10.4 运算放大器的应用 304

10.4.1 电压跟随器 304

10.4.2 加法器 305

10.4.3 积分器 306

10.4.4 微分器 309

10.4.5 半波整流器 313

10.4.6 全波整流器 315

10.5 单电源供电运放电路 318

10.5.1 单电源运放 318

10.5.2 运算放大电路的基本偏置方法 318

10.5.3 其他一些基本的单电源供电电路 325

第11章 集成差动放大器的原理和分析 332

11.1 差分放大器的基本概念 332

11.2 差分放大器 333

11.3 仪表放大器 335

11.4 电流检测放大器 341

11.4.1 低侧电流测量方法 342

11.4.2 高测电流检测方法 343

11.5 全差分放大器 346

11.5.1 全差分放大器原理 346

11.5.2 差分信号源匹配 349

11.5.3 单端信号源匹配 350

11.5.4 输入共模电压 354

第12章 运算放大器的性能指标 359

12.1 开环增益、闭环增益和环路增益 359

12.2 放大器直流精度 362

12.2.1 放大器输入端直流参数指标 362

12.2.2 放大器输出端直流参数指标 369

12.3 放大器交流精度 370

12.3.1 增益带宽积 370

12.3.2 压摆率 371

12.3.3 建立时间 373

12.3.4 总谐波失真加噪声 375

12.4 其他指标 376

12.4.1 共模抑制比 376

12.4.2 电源噪声抑制比 379

12.4.3 电源电流 380

12.4.4 运放噪声 381

12.5 精密放大器指标 386

12.5.1 　TI精密运算放大器 387

12.5.2 精密放大器选型步骤 389

第13章 运算放大器电路稳定性分析 396

13.1 运放电路稳定性分析方法 396

13.2 　Aol和1/β的计算方法 399

13.3 外部寄生电容对稳定性的影响 403

13.3.1 负载电阻影响的瞬态分析 404

13.3.2 负载电阻影响的交流小信号分析 405

13.4 修改Aol的补偿方法 409

13.4.1 电路的瞬态分析 409

13.4.2 电路的交流小信号分析 410

13.5 修改1/β的补偿方法 412

13.5.1 电路的瞬态分析 412

13.5.2 电路的交流小信号分析 413

第14章 高速放大器的原理和分析 416

14.1 高速放大器的关键指标 416

14.1.1 带宽 416

14.1.2 压摆率 416

14.1.3 建立时间 416

14.1.4 　THD＋N和运放的位数 417

14.2 Bipolar和FET型高速放大器 418

14.3 电压反馈、电流反馈和去补偿型高速放大器 418

14.3.1 电压反馈和电流反馈放大器的原理 418

14.3.2 电压反馈放大器和电流反馈放大器的区别：带宽和增益 420

14.3.3 电压反馈放大器和电流反馈放大器的区别：反馈电阻的取值 423

14.3.4 电压反馈放大器和电流反馈放大器的区别：压摆率 426

14.3.5 电压反馈放大器和电流反馈放大器的选择 427

14.3.6 去补偿电压反馈放大器 427

14.4 压控增益放大器应用 430

第15章 有源滤波器的原理和设计 435

15.1 有源和无源滤波器 435

15.2 有源滤波器分类 436

15.3 有源滤波器模型研究方法 438

15.4 一阶滤波器及其特性 441

15.4.1 低通滤波器 441

15.4.2 高通滤波器 444

15.4.3 带通滤波器 446

15.4.4 带阻滤波器 448

15.5 双二次函数 450

15.5.1 贝塞尔响应 452

15.5.2 巴特沃斯响应 454

15.5.3 契比雪夫响应 457

15.6 　Sallen-Key滤波器 460

15.6.1 通用形式 460

15.6.2 低通滤波器 461

15.6.3 高通滤波器 463

15.6.4 带通滤波器 465

15.7 多重反馈滤波器 467

15.7.1 低通滤波器 467

15.7.2 高通滤波器 469

15.7.3 带通滤波器 470

15.8 　Bainter陷波滤波器 472

15.9 全通滤波器 474

15.9.1 一阶全通滤波器 474

15.9.2 二阶全通滤波器 476

15.10 开关电容滤波器 477

15.10.1 开关电容电阻 478

15.10.2 开关电容积分器 479

15.10.3 通用开关电容滤波器 479

15.11 单电源供电滤波器设计 479

15.12 滤波器辅助设计工具 480

第16章 功率放大器的分析和设计 483

16.1 功率放大器的类型 483

16.2 功率晶体管 485

16.3 　A类功率放大器的原理及分析 485

16.3.1 射极跟随器 486

16.3.2 基本的共射极放大器 490

16.3.3 采用有源负载的共射极放大器 491

16.3.4 变压器耦合负载共射极放大器 492

16.4 　B类功率放大器的原理及分析 494

16.4.1 互补推挽放大器 494

16.4.2 变压器耦合负载推挽放大器 498

16.5 　AB类功率放大器的原理及分析 502

16.5.1 转移特性 502

16.5.2 输出功率和效率 503

16.5.3 采用二极管的偏置 504

16.5.4 采用二极管和有源电流源的偏置 505

16.5.5 采用VBE乘法器的偏置 507

16.5.6 准互补AB类放大器 510

16.5.7 变压器耦合AB类放大器 511

16.6 　C类功率放大器的原理及分析 512

16.7 　D类功率放大器的原理及分析 516

16.8 　E类功率放大器的原理及分析 519

16.9 功率运算放大器的类型和应用 522

16.9.1 功率运算放大器的类型 522

16.9.2 功率运算放大器的应用 525

16.9.3 功率运放功耗 526

16.9.4 功率运放热考虑 527

16.9.5 功率运放散热设计 527

第17章 振荡器的特性和分析 529

17.1 振荡器原理 529

17.1.1 振荡条件分析 529

17.1.2 频率稳定性分析 531

17.1.3 幅度稳定性分析 531

17.2 音频振荡器 531

17.2.1 移相振荡器 532

17.2.2 正交振荡器 535

17.2.3 三相振荡器 536

17.2.4 文氏桥振荡器 537

17.2.5 环形振荡器 540

17.3 射频振荡器 542

17.3.1 科尔皮兹振荡器 542

17.3.2 哈特莱振荡器 547

17.3.3 两级MOS振荡器 550

17.4 晶体振荡器 553

17.5 硅振荡器 556

17.6 有源滤波器调谐振荡器 557

第18章 电源管理器的原理和应用 559

18.1 线性电源管理器 559

18.1.1 线性电源管理器的内部结构 559

18.1.2 负载电流对输入和输出压差的影响 561

18.1.3 输出电压与输入电压和负载电流变化关系 562

18.1.4 　LDO电源管理器的效率 564

18.1.5 　LDO电源管理器反馈补偿 566

18.1.6 　LDO电源抑制比 570

18.2 开关电源管理器 572

18.2.1 电感和电容的基本概念 573

18.2.2 理想降压转换器的原理和结构 574

18.2.3 理想升压转换器的原理和结构 581

18.2.4 理想降压-升压转换器的原理和结构 585

第19章 模拟-数字转换器的原理及应用 587

19.1 数模混合系统结构 587

19.2 　ADC的原理 588

19.2.1 　ADC的基本原理 588

19.2.2 量化误差与分辨率 592

19.2.3 采样率 595

19.3 　ADC的性能指标 604

19.3.1 静态特性 605

19.3.2 动态特性 608

19.4 　ADC的类型和原理 611

19.4.1 逐次逼近寄存器型ADC的原理及应用 611

19.4.2 　△-∑型ADC的原理及应用 615

19.4.3 流水线型ADC的原理及应用 620

19.5 　ADC数字接口类型 623

19.5.1 　I2C接口 623

19.5.2 　SPI接口 628

19.5.3 　LVDS接口 633

19.6 　ADC参考输入源 636

19.6.1 串联型电压基准 636

19.6.2 并联型电压基准 637

19.7 全差分放大器和ADC接口设计 638

19.8 小结 640

第20章 数字-模拟转换器的原理及应用 642

20.1 DAC的原理及信号重构 642

20.1.1 　DAC的原理 642

20.1.2 模拟信号的重建 645

20.2 　DAC的性能指标 647

20.2.1 分辨率 648

20.2.2 满量程范围 648

20.2.3 静态参数 648

20.2.4 动态参数 650

20.3 　DAC器件类型和原理 652

20.3.1 电阻串型 652

20.3.2 　R-2R型 653

20.3.3 乘法型 654

20.3.4 电流引导型 655

20.3.5 数字电位器 657

20.3.6 　△-∑型DAC 658

20.4 脉冲宽度调制 660

20.4.1 占空比分辨率 662

20.4.2 谐波失真 662

20.4.3 模拟滤波器的设计 665

20.5 选型原则 666

参考文献 667