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出版者:机械工业出版社

作者:白公

出品人:

页数:678

译者:

出版时间:2003-4

价格:29.80元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111115939

丛书系列:

图书标签:

• 电工基础
• 电路原理
• 电气安全
• 入门教程
• 实操指南
• 电子技术
• 电力知识
• 家用电器维修
• 电气设备
• 职业技能

《精妙绝伦的微观世界：晶体管与集成电路的奥秘》 简介： 本书旨在带领读者深入探索现代电子技术的心脏——晶体管和集成电路的奇妙世界。我们不涉及基础的电工学理论，如直流电路分析、基础电工安全规范或传统的继电器控制，而是将焦点完全集中于半导体物理的精妙结构及其如何催生出颠覆性的计算与通信能力。 本书从原子层面开始，详尽阐述了硅晶体的晶格结构、掺杂过程（P型和N型半导体的形成），以及PN结的建立及其在单向导电性中的关键作用。我们将用详尽的图示和直观的物理模型，解释少数载流子和多数载流子的行为，这构成了理解一切半导体器件的基础。 第一部分：晶体管的诞生与演化 第一章：从真空管到场效应——对开关速度的追求 本章将回避传统的电工工具和线路铺设知识，直接切入晶体管的革命性意义。首先回顾真空电子管在早期电子设备中的局限性，引出固态器件的需求。随后，深入剖析点接触晶体管（Point-Contact Transistor）的早期结构及其工作原理，虽然它很快被双极性结型晶体管（BJT）取代，但理解其开创性至关重要。 第二章：双极性结型晶体管（BJT）的深度解析 这一章是关于“电流控制”的核心。我们将详细讲解NPN和PNP结构的几何布局，重点分析载流子在基极、集电极和发射极区域的漂移与扩散过程。详细探讨BJT的Ebers-Moll模型的物理基础，理解共射、共基、共集配置下的电流增益 ($eta$)、输入阻抗和输出阻抗的实际意义，而非仅仅停留在欧姆定律的应用层面。此外，还会探讨晶体管的开关特性曲线，分析饱和区、线性区和截止区的精确界限。 第三章：场效应晶体管（FET）：电压控制的胜利 相对于BJT的电流控制，FET通过电场来控制沟道导电性，这是其高输入阻抗和低功耗潜力的来源。我们将集中于结型场效应晶体管（JFET）的耗尽层宽度随栅极电压变化的机制。随后，篇幅将着重于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），这是现代数字电路的基石。我们会深入探讨氧化层（SiO2）的绝缘特性，阈值电压（$V_{th}$）的精确计算，以及“弱反型”、“强反型”等工作状态的物理描述。特别地，会用详细的图表展示MOSFET在导通状态下跨导的非线性特性。 第二部分：集成电路的宏伟蓝图 第四章：从离散到集成：芯片制造的奇迹 本章聚焦于将数百万甚至数十亿个晶体管集成到一块硅片上的过程。我们不会讨论家用电器的布线，而是详细介绍光刻技术（Photolithography）的每一个步骤：从硅片准备、氧化、涂胶、曝光（使用深紫外光或极紫外光）、刻蚀（干法刻蚀的等向性与非等向性）、薄膜沉积（物理气相沉积PVD和化学气相沉积CVD）到最后的钝化层。读者将理解为何微观层面的洁净度和精度对芯片的良率至关重要。 第五章：CMOS逻辑门：现代计算的基石 这是本书的核心应用部分。我们完全聚焦于互补金属氧化物半导体（CMOS）技术，阐述其相对于早期的TTL或NMOS技术的显著优势——几乎零静态功耗。我们将逐一拆解非门（NOT）、与非门（NAND）和或非门（NOR）的结构，分析上拉网络（PMOS）和下拉网络（NMOS）的协同工作机制。深入讨论逻辑扇入（Fan-in）和逻辑扇出（Fan-out）对电路性能（如延迟和噪声容限）的影响。此外，会探讨更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路（如锁存器和触发器）的构建原理，完全基于晶体管的开关特性。 第六章：存储器结构与动态特性 本书不会涉及传统电容器或电感器的存储应用，而是专注于半导体存储器。详细分析静态随机存取存储器（SRAM），解释六晶体管（6T）单元如何通过交叉耦合的反相器实现数据的稳定存储，以及其读写操作的精确时序。随后，深入探讨动态随机存取存储器（DRAM），重点分析单晶体管-单电容（1T1C）单元的电荷存储机制，以及刷新（Refresh）操作的必要性及其对系统性能的影响。对闪存（Flash Memory）的浮栅（Floating Gate）结构及其电荷陷阱机制也将进行细致的物理描述。 第七章：模拟电路中的放大艺术 虽然本书聚焦数字，但理解基础的模拟构建模块至关重要。我们将分析差分对（Differential Pair）作为放大器的核心输入级，解释其如何实现共模抑制比（CMRR）。随后，探讨使用MOSFET构建的电流镜（Current Mirror），这是一种实现精确电流传输和偏置的有效电路。我们将分析共源、共漏和共栅放大器的增益和带宽特性，重点关注晶体管的有限跨导（$g_m$）和寄生电容对高频响应的限制。 总结与展望： 本书提供的是一张从原子到系统的电子学地图，它假定读者对基本的物理概念有一定认知，但专注于半导体器件的内部工作机制、集成制造的工艺限制以及数字逻辑的设计原理，是理解当代信息技术的理论基石，而非操作或维护传统电气的指南。

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这本书的理论深度，坦白地说，让人感到一阵阵的眩晕，它似乎完全没有考虑到“入门”这个受众定位。开篇第一章就抛出了一堆我从未听过的专业术语和复杂的数学公式，什么基尔霍夫定律、欧姆定律的推导过程，写得如同大学高年级的微积分教材一般密集和抽象。作者似乎笃信“直接上硬菜”的教学方法，完全跳过了生活化、具象化的引导过程。我尝试去理解那些长篇大论的文字描述，结果发现，很多关键概念的解释都过于简略和跳跃，仿佛默认读者已经拥有了扎实的预备知识。比如，当它提到“半导体PN结”的特性时，仅仅用了一段话带过，完全没有提供任何插图或类比来帮助我建立直观认识。我不得不中断阅读，去搜索引擎上查阅更基础的解释，这完全违背了我购买一本“入门”书籍的初衷——我期待的是循序渐进，而不是自我拯救式的学习。这种编排方式，更适合已经有一定基础，想要冲刺更高阶理论的进阶读者，对于零基础的我来说，简直是高射炮打蚊子，效果适得其反，让人从一开始就信心全无。

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作者在语言风格上的处理，让我感觉像是在和一个自命不凡的教授对话，而不是一个耐心的指导者。整本书充斥着晦涩难懂的书面语和大量被滥用的专业术语，行文风格极其正式和刻板，几乎找不到任何鼓励或启发性的语调。你很难从中体会到任何对学习者困惑的共情。例如，当他解释“反电动势”这个概念时，他使用了类似“在磁场梯度变化率的瞬时积分作用下，载流导体内部的电势梯度出现负向偏倚”这样拗口的表达，而不是用一个简单的“线圈发电机会反抗电流的变化”这样的直白比喻来引入。这种高高在上的叙事方式，极大地打击了我的学习积极性。我希望入门书籍能提供一些生动活泼的类比，或者至少是一些口语化的解释来打破概念的坚硬外壳，但这本书里，只有冰冷的、未经消化的知识点堆砌。读这本书的过程，与其说是学习，不如说是在被迫接受一份冗长且充满学术腔调的官方文件，让人在阅读过程中不断地产生“我到底是不是这块料”的自我怀疑，这对于培养对电工学的兴趣来说，无疑是最大的阻碍。

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这本书的排版简直是一场灾难，简直让人怀疑设计者是不是对“清晰易读”这个概念有什么误解。我拿到手的时候，首先被那粗糙的纸张质量震惊了，拿在手里感觉就像是那种八十年代的廉价印刷品，油墨印得忽深忽浅，有些地方甚至能看到纸张纤维的纹理，这对于一本需要精确阅读的入门书籍来说，简直是致命伤。更别提字体大小的设置了，正文部分细得像蚂蚁爬过，而那些本来应该用来强调重点的图注和注释，却用了一种让人眼睛疼的衬线体，而且字号还比正文小了一圈，我不得不戴上老花镜，凑到灯光下才能勉强辨认。更离谱的是，图表的插入方式，它们似乎是随意散落在章节之间的，很多时候，正文描述的电路图编号和实际出现的图号完全对不上，我得不停地翻前翻后，才能搞清楚作者到底在指哪一部分。这种阅读体验，与其说是学习，不如说是一种煎熬，我花了将近一个小时，才勉强适应这种混乱的视觉布局，而真正理解知识点的时间却被压缩了一半。我真想知道，出版方在出厂前有没有进行过哪怕一次像样的校对？对于一个希望快速掌握基础知识的初学者来说，这种低劣的制作水准，无疑是设置了一道不必要的技术门槛。

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内容结构上的逻辑衔接，可以说是松散到了令人发指的地步。这本书给我的感觉，像是把不同讲义、不同年份的笔记，简单地用胶水粘在了一起，完全没有形成一个连贯的知识体系。举个例子，它在前三章详细介绍了直流电路的分析方法，这部分内容虽然理论化了点，但好歹还算完整；然而，当我们进入到交流电部分时，它突然跳跃到了电磁感应的原理讲解，几乎没有过渡性地解释，怎么从稳定的直流信号过渡到变化的交流信号，以及阻抗的概念是如何引入的。更令人费解的是，在讨论到变压器的工作原理时，它又穿插了大量的历史背景介绍，这些历史信息虽然有趣，但对于理解“如何计算变压器的匝数比”这个核心技能来说，完全是噪音。这种跳跃式的叙述，使得读者很难在大脑中构建起一个清晰的知识地图，你永远不知道下一章是会深入细节，还是会突然跳转到另一个不相关的分支。我常常在阅读时产生强烈的断裂感，迫使我不断地回顾前面的内容，试图找出这条隐藏的逻辑主线，但最终的结论往往是：它根本就不存在。

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实例的选取和解析，暴露了这本书在“实用性”上的巨大短板。作为一本声称面向初学者的教材，我期望看到的是贴近日常维修、或者典型工业应用的案例，哪怕是一些简单的家庭电路设计也能接受。然而，书中给出的所有实践案例，都显得过于理想化和脱离实际。比如，它用了一个篇幅很长的小节来讲解一个纯理论的“无限长传输线模型”在理想状态下的电压衰减计算，这对于一个连如何安全地给插座布线都不太确定的新手来说，有什么实际意义呢？更糟糕的是，即使是那些看似实用的案例，其解析过程也充满了假设性。例如，讲解继电器电路时，它假设了所有组件的参数都处于“标准工作温度”和“理想公差范围”内，但从不提及在真实世界中，元件老化、环境温度波动会对电路性能造成多大的影响。我试着去对照书中的步骤，在实验室里搭建了一个简单的低压演示电路，结果发现，由于现实中存在寄生电容和电阻，实际测量值和书本上的计算结果偏差巨大，书中也没有提供任何“误差分析”或“调试技巧”来指导我如何处理这种现实与理论的落差。这本书教给我的，似乎只是一套在真空环境下才能成立的完美公式，而不是解决真实问题的能力。

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