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模拟电路基础与应用 内容简介 本书深入浅出地介绍了模拟电子技术的核心概念、基本元件及其在实际电路中的应用。全书结构清晰，内容详实，旨在为电子工程、通信工程、自动化以及相关专业的学生和工程师提供一本全面而实用的参考教材。 第一部分：半导体器件基础 第一章：导体的电学特性与半导体物理 本章首先回顾了金属导体的电学性质，包括欧姆定律、电阻的温度效应等。随后，重点探讨了半导体材料的物理基础。引入了本征半导体和外延半导体的概念，详细解释了载流子的迁移率、扩散系数，以及费米能级在不同温度和掺杂浓度下的变化规律。深入剖析了P型和N型半导体的形成机理及其电荷载流子分布，为理解后续的二极管和三极管特性奠定理论基础。 第二章：PN结与二极管 本章围绕PN结的结构和工作原理展开。首先分析了PN结的形成过程，包括空间电荷区、内建电势的形成。随后，详细阐述了二极管在不同偏置状态下的伏安特性曲线，包括死区电压、饱和电流和击穿现象（雪崩击穿与齐纳击穿）。针对实际应用，本章还分类介绍了不同类型的二极管，如整流二极管、稳压二极管（齐纳二极管）、肖特基二极管和光敏二极管的工作原理、特性参数及典型应用电路，如限幅电路、钳位电路和检波电路。 第三章：双极性结型晶体管（BJT） 本章是模拟电路分析的基石之一。详细介绍了NPN和PNP晶体管的结构、工作原理，以及三种基本工作模式：截止、放大和饱和。重点讲解了晶体管的输入特性曲线和输出特性曲线的物理意义。随后，系统地分析了BJT在不同组态（共射、共基、共集）下的电流、电压和功率增益，并引入了混合 $pi$ 模型和混合 $h$ 参数模型，用于小信号分析。本章还涵盖了晶体管的偏置技术，包括定点偏置、分压偏置、发射极反馈偏置等，并讨论了温度漂移对静态工作点的影响及稳定静态工作点的方法。 第四章：场效应晶体管（FET） 本章专注于场效应晶体管，包括结型场效应晶体管（JFET）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。详细阐述了JFET的夹断现象和工作特性。对MOSFET，本书着重分析了其增强型和耗尽型器件的构造，以及跨导特性曲线的形成。特别是对MOSFET的阈值电压、跨导参数的物理含义进行了深入解析，并对比了BJT和MOSFET在输入阻抗、开关速度和功耗方面的异同，为选择合适的器件提供指导。 第二部分：模拟电路基础分析 第五章：小信号等效电路与放大器分析 本章将器件的非线性特性线性化，建立用于小信号分析的等效电路模型。针对BJT和MOSFET，分别推导了高频和低频下的精确等效模型（如混合 $pi$ 模型）。基于这些模型，系统分析了单级共射放大器（CE）、共基放大器（CB）和共集放大器（CC）的电压增益、输入电阻和输出电阻。同时，分析了共源、共栅和共源共栅放大器的性能参数。本章强调了中频范围内的频率响应分析，引入了输入和输出耦合电容对低频响应的影响，以及极点和零点在传递函数中的作用。 第六章：多级放大器与频率响应 本章将单级放大器的概念扩展到多级放大电路。讲解了级联放大电路的连接方式及其对总增益和带宽的影响。详细分析了复合管（如达林顿管）的结构与特性，以及使用共源共栅结构实现增益提升和带宽展宽的方法。频率响应部分深入探讨了晶体管和RC元件对放大器高频特性的影响，推导了由寄生电容引起的极点位置，并使用波特图法直观展示了放大器的带宽限制。 第七章：反馈放大器原理 反馈是模拟电路设计的核心技术之一。本章系统地介绍了负反馈对放大电路稳定性的重要作用。首先定义了反馈的四种基本组态：串联电压、并联电压（电流取样）、串联电流和并联电流。针对每种组态，使用反馈回路的框图分析法，推导了反馈信号的采样和注入机制，并分析了负反馈对增益、输入阻抗、输出阻抗和带宽的影响。特别强调了反馈对失真和噪声的抑制作用，并引入了Barkhausen准则，为振荡电路的设计打下基础。 第八章：运算放大器（Op-Amp） 本章围绕理想运放的特性展开，包括极高的开环增益、无限大的输入阻抗和零输出阻抗。详细分析了运放在理想和非理想情况下的基本应用电路，如反相放大器、同相放大器、电压跟随器和加法器。随后，深入探讨了具有实际参数的运放特性，如共模抑制比（CMRR）、压摆率（Slew Rate）及其对电路性能的限制。本章还覆盖了基于运放的积分器、微分器以及有源滤波器（如Sallen-Key结构）的分析与设计。 第三部分：典型模拟电路与应用 第九章：有源滤波器设计 本章侧重于使用运放和无源元件构建高性能有源滤波器。分类介绍了巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和贝塞尔（Bessel）滤波器的幅度响应特性和相位特性，并解释了不同类型滤波器在通带、阻带和瞬态响应上的取舍。提供了设计一阶和二阶低通、高通、带通和带阻滤波器的详细步骤和实例，使读者掌握从规格确定到元件计算的完整流程。 第十章：信号发生器与波形处理电路 本章介绍了如何利用模拟技术产生标准波形。详细讲解了弛张振荡器（如多谐振荡器、单稳态电路）的原理与设计。重点分析了基于运放或555定时器构成的精密积分器和比较器构成的函数发生器，如锯齿波、方波和正弦波的产生方法。此外，还讨论了波形整形电路，如峰值检波器和包络跟踪器在信号处理中的作用。 第十一章：电源调节与线性稳压器 电源电路是模拟电子系统的关键组成部分。本章从交流到直流的转换开始，分析了不可控和半控/全控整流电路的原理和纹波特性。随后，系统地讲解了线性稳压器的工作原理，包括串联调整管的工作模式、基准电压源和误差放大器的作用。详细分析了三端集成稳压器（如78XX系列）的内部结构和工作特性，并讨论了提高稳压性能的并联和串联多级调整技术。 第十二章：功率放大器与输出级 本章专注于设计能够驱动负载的功率输出级。详细对比分析了甲类、甲乙类和乙类功率放大器的效率、失真特性和热设计要求。重点讲解了互补对称（推挽）输出级的设计，包括交叉失真现象的分析与消除技术。此外，本章还介绍了散热器的选择、安全工作区（SOA）的概念，以及如何利用适当的偏置电路优化功率晶体管的工作状态。 全书贯穿了大量的实例分析和电路图示，旨在将深奥的理论知识转化为可操作的工程实践能力。通过本教材的学习，读者将能够熟练掌握模拟电路的设计、分析、调试和故障排除技能。
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