模拟电子系统设计指南 基础篇 从半导体、分立元件到ADI集成电路的分析与实现2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

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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β81

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Ri120

5.11.2 无负载电压增益Avo121

5.11.3 输出电阻Ro122

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

5.16 匹配晶体管145

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MOSFET215

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MOSFET222

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299

10.1.3 集成运放的简化原理299

10.2 理想运算放大器模型300

10.2.1 理想运算放大器的特点300

10.2.2 放大器“虚短”和“虚断”301

10.2.3 叠加定理302

10.3 理想运算放大器的分析302

10.3.1 同相放大器302

10.3.2 反相放大器304

10.4 运算放大器的应用305

10.4.1 电压跟随器305

10.4.2 加法器306

10.4.3 积分器307

10.4.4 微分器311

10.4.5 半波整流器314

10.4.6 全波整流器317

10.5 单电源供电运放电路319

10.5.1 单电源运放320

10.5.2 运算放大电路的基本偏置方法320

10.5.3 其他一些基本的单电源供电电路327

第11章 集成差动放大器的原理和分析334

11.1 差分放大器的基本概念334

11.2 差分放大器335

11.3 仪表放大器341

11.3.1 双运算放大器（双运放）配置341

11.3.2 三运算放大器配置345

11.4 电流检测放大器348

11.4.1 低侧电流测量方法350

11.4.2 高侧电流测量方法350

11.5 全差分放大器354

11.5.1 全差分放大器的原理354

11.5.2 差分信号源匹配356

11.5.3 单端信号源匹配356

11.5.4 输入共模电压362

第12章 运算放大器的性能指标366

12.1 开环增益、闭环增益和环路增益366

12.2 放大器直流精度370

12.2.1 放大器输入端直流参数指标370

12.2.2 放大器输出端直流参数指标377

12.3 放大器交流精度378

12.3.1 增益带宽积378

12.3.2 压摆率379

12.3.3 建立时间380

12.3.4 总谐波失真加噪声383

12.4 放大器的其他指标384

12.4.1 共模抑制比384

12.4.2 电源噪声抑制比386

12.4.3 电源电流388

12.4.4 噪声指标388

12.5 零漂移放大器398

12.5.1 自稳零型放大器原理398

12.5.2 斩波放大器的工作原理400

12.5.3 两种技术的混合工作原理401

第13章 运算放大器电路稳定性分析403

13.1 运放电路稳定性分析方法403

13.2 Aol和1／β的计算方法406

13.3 外部寄生电容对稳定性的影响410

13.3.1 负载电阻影响的瞬态分析411

13.3.2 负载电阻影响的交流小信号分析412

13.4 修改Aol的补偿方法415

13.4.1 电路的瞬态分析416

13.4.2 电路的交流小信号分析416

13.5 修改1／β的补偿方法418

13.5.1 电路的瞬态分析418

13.5.2 电路的交流小信号分析419

第14章 高速运算放大器的原理和分析422

14.1 ADI高速运算放大器概述422

14.2 电压反馈运算放大器423

14.2.1 电压反馈放大器原理423

14.2.2 电压反馈放大器结构和工艺424

14.3 电流反馈运算放大器的原理、结构和工艺428

14.3.1 电流反馈放大器的原理429

14.3.2 电流反馈放大器的结构和工艺429

14.4 反馈电阻对放大器电路的影响434

14.5 反馈电容对放大器电路的影响436

14.6 补偿输入电容对放大器电路的影响439

14.7 电压反馈放大器和电流反馈放大器的选择443

14.7.1 直流及运行因素444

14.7.2 交流因素444

14.7.3 噪声因素445

14.8 压控增益放大器应用445

14.8.1 AGC系统中的VGA445

14.8.2 压控可变增益放大器446

14.8.3 数字控制式VGA449

第15章 有源滤波器的原理和设计452

15.1 有源和无源滤波器452

15.2 有源滤波器分类453

15.3 有源滤波器模型研究方法455

15.4 一阶滤波器及其特性458

15.4.1 低通滤波器458

15.4.2 高通滤波器461

15.4.3 带通滤波器463

15.4.4 带阻滤波器465

15.5 双二次函数467

15.5.1 贝塞尔响应469

15.5.2 巴特沃斯响应471

15.5.3 契比雪夫响应474

15.6 Sallen-Key滤波器477

15.6.1 通用形式477

15.6.2 低通滤波器478

15.6.3 高通滤波器480

15.6.4 带通滤波器481

15.7 多重反馈滤波器484

15.7.1 低通滤波器484

15.7.2 高通滤波器486

15.7.3 带通滤波器487

15.8 Bainter陷波滤波器489

15.9 全通滤波器491

15.9.1 一阶全通滤波器491

15.9.2 二阶全通滤波器493

15.10 开关电容滤波器494

15.10.1 开关电容电阻494

15.10.2 开关电容积分器495

15.10.3 通用开关电容滤波器496

15.11 单电源供电滤波器设计496

15.12 滤波器辅助设计工具497

第16章 功率放大器的分析和设计500

16.1 功率放大器的类型500

16.2 功率晶体管502

16.3 A类功率放大器的原理及分析502

16.3.1 射极跟随器503

16.3.2 基本的共射极放大器507

16.3.3 采用有源负载的共射极放大器508

16.3.4 变压器耦合负载共射极放大器509

16.4 B类功率放大器的原理及分析511

16.4.1 互补推挽放大器511

16.4.2 变压器耦合负载推挽放大器515

16.5 AB类功率放大器的原理及分析519

16.5.1 转移特性519

16.5.2 输出功率和效率520

16.5.3 采用二极管的偏置521

16.5.4 采用二极管和有源电流源的偏置522

16.5.5 采用VBE乘法器的偏置524

16.5.6 准互补AB类放大器527

16.5.7 变压器耦合AB类放大器528

16.6 C类功率放大器的原理及分析529

16.7 D类功率放大器的原理及分析533

16.8 E类功率放大器的原理及分析536

16.9 功率运算放大器的类型和应用539

16.9.1 高输出电流放大器539

16.9.2 高电压放大器541

第17章 振荡器的特性和分析544

17.1 振荡器原理544

17.1.1 振荡条件分析544

17.1.2 频率稳定性分析546

17.1.3 幅值稳定性分析546

17.2 音频振荡器546

17.2.1 移相振荡器547

17.2.2 正交振荡器550

17.2.3 三相振荡器551

17.2.4 文氏桥振荡器552

17.2.5 环形振荡器555

17.3 射频振荡器557

17.3.1 科尔皮兹振荡器557

17.3.2 哈特莱振荡器562

17.3.3 两级MOS振荡器565

17.4 晶体振荡器568

17.5 硅振荡器571

17.6 有源滤波器调谐振荡器572

第18章 电源管理器的原理和应用574

18.1 线性电源管理器574

18.1.1 线性电源管理器内部结构574

18.1.2 线性电源管理器指标575

18.2 开关电源管理器584

18.2.1 电感和电容的基本概念585

18.2.2 理想降压转换器的原理和结构586

18.2.3 理想升压转换器的原理和结构596

18.2.4 理想降压-升压转换器的原理和结构603

第19章 模拟／数字转换器的原理及应用605

19.1 数模混合系统结构605

19.2 ADC的原理606

19.2.1 ADC的基本原理606

19.2.2 量化误差与分辨率611

19.2.3 采样率614

19.3 ADC的性能指标622

19.3.1 静态特性623

19.3.2 动态特性627

19.4 ADC的类型和原理631

19.4.1 逐次逼近寄存器型ADC的原理及应用631

19.4.2 △-∑型ADC的原理及应用635

19.4.3 流水线型ADC的原理及应用641

19.5 ADC数字接口类型645

19.5.1 I2C接口645

19.5.2 SPI接口647

19.5.3 LVDS接口652

19.6 ADC参考输入源657

19.6.1 串联型电压基准657

19.6.2 并联型电压基准658

19.7 小结659

第20章 数字／模拟转换器的原理及应用660

20.1 DAC的原理及信号重构660

20.1.1 DAC的原理660

20.1.2 模拟信号的重建663

20.2 DAC的性能指标665

20.2.1 分辨率666

20.2.2 满量程范围666

20.2.3 静态参数666

20.2.4 动态参数668

20.3 DAC器件类型和原理670

20.3.1 电阻串型670

20.3.2 R-2R型671

20.3.3 乘法型672

20.3.4 电流引导型673

20.3.5 数字电位器675

20.3.6 △-∑型DAC677

20.4 脉冲宽度调制678

20.4.1 占空比分辨率680

20.4.2 谐波失真681

20.4.3 模拟滤波器的设计683

20.5 选型原则684

参考文献685