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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Quimby, Richard S.

出品人:

页数:536

译者:

出版时间:2006-4

价格:1019.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780471719748

丛书系列:

图书标签:

• 光子学
• 激光
• 光学
• 光电子学
• 非线性光学
• 激光物理
• 光纤光学
• 光波导
• 光学工程
• 传感器

模拟电子系统设计与应用 第一部分：模拟电子电路基础 第一章：半导体基础与PN结理论 本章深入探讨半导体材料的物理特性，重点介绍硅和锗等材料的能带结构、载流子输运机制（漂移与扩散）。详细阐述PN结的形成过程、能带图、内建电场以及空间电荷区。通过分析理想PN结的伏安特性曲线，解释二极管的单向导电性、正向和反向偏置条件下的工作状态。深入讨论实际二极管的非理想特性，包括结电容、击穿现象（雪崩击穿与齐纳击穿）及其在电路中的应用。引入不同类型的二极管模型，如开关二极管、肖特基二极管和变容二极管，并简要介绍它们的关键应用场景。 第二章：BJT（双极性结型晶体管）工作原理与模型 本章系统介绍双极性结型晶体管（BJT）的基本结构、工作原理和工作区划分（截止、放大、饱和）。详细解析BJT的电流控制特性和跨导特性，重点分析Ebers-Moll模型及其简化形式。深入探讨BJT的交流（AC）小信号模型，包括混合$pi$模型和T模型，用于精确分析放大电路的增益、输入阻抗和输出阻抗。对不同封装和工艺的BJT在实际电路设计中的影响进行讨论，强调其温度依赖性和噪声特性。 第三章：MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）原理与特性 本章聚焦于MOSFET，作为现代集成电路和功率电子学的基础元件。详细解释MOSFET的结构、电容-电压特性曲线（C-V曲线），并深入分析其工作机制，包括阈值电压的确定、线性区和饱和区的操作。建立MOSFET的直流和交流小信号模型，着重分析其高频特性和跨导。对比BJT与MOSFET的优缺点，探讨它们在不同应用场合下的选择依据。引入增强型和耗尽型MOSFET的概念，并探讨SOI（硅上绝缘体）等先进工艺对器件性能的影响。 第四章：基本放大电路组态与分析 本章将前三章的器件知识应用于构建和分析基础放大电路。系统介绍共射极（CE）、共基极（CB）和共集电极（CC，射随器）三种基本组态的电路结构、工作原理、直流偏置方法（如自给偏置、分压器偏置）。运用小信号模型，详细推导各组态的电压增益、电流增益、输入阻抗和输出阻抗。分析不同组态的特性匹配，例如共集电极的电流缓冲作用和共基极的宽带特性。 第二部分：高级放大电路与运算放大器 第五章：多级放大器与频率响应 本章研究将多个放大级联后的性能。分析多级放大器的总增益计算，并重点研究耦合方式（直接耦合、RC耦合、变压器耦合）对直流工作点稳定性的影响。深入探讨放大器的频率响应，引入低频响应（由电容决定）和高频响应（由寄生电容和晶体管的过渡频率$f_T$决定）。使用波特图分析带宽、半功率点频率，并介绍米勒效应及其在高频设计中的处理方法。 第六章：反馈放大电路理论 反馈是模拟电路设计的核心技术。本章详细介绍负反馈的基本拓扑结构（串联输入/并联输入、串联输出/并联输出），并分析四种基本反馈组态（电压串联、电流并联、电压并联、电流串联）对电路增益、输入输出阻抗、带宽和失真率的影响。阐述反馈对噪声和稳定性的作用。引入波德图分析反馈系统的相位裕度和增益裕度，确保系统的稳定性。 第七章：理想与非理想运算放大器（Op-Amp） 本章以理想运算放大器为基础，建立其电压控制电压源模型，分析虚短和虚地概念。随后，系统地介绍非理想运放的实际特性，包括输入失调电压、共模抑制比（CMRR）、开环增益的频率滚降特性以及压摆率（Slew Rate）限制。 第八章：经典运算放大器应用电路 本章集中展示运算放大器作为功能模块的应用。详细分析和推导反相放大器、同相放大器、电压跟随器、加法器、减法器和积分器/微分器的电路原理、传递函数和实际限制。特别关注如何利用反馈配置设计精确的仪器放大器和有源滤波器（如萨伦-凯滤波器）。 第三部分：信号处理与电源电路 第九章：有源滤波器设计 本章从理论转向实用设计。系统介绍低通、高通、带通和带阻滤波器的基本要求和指标（阶数、截止频率、通带纹波）。详细推导巴特沃沃斯（Butterworth）和切比雪夫（Chebyshev）滤波器的设计流程，包括原型电路的选取和元件值的计算。展示如何使用运放构建高品质因数（Q值）的二阶滤波器，并讨论有源滤波器相对于无源滤波器的优势。 第十章节：线性稳压器与开关电源 电源管理是模拟电路的重要组成部分。本章首先分析线性稳压器（LDO）的结构、优缺点及纹波抑制比。随后，深入研究开关模式电源（SMPS）的原理，包括DC-DC降压（Buck）、升压（Boost）和降压-升压（Buck-Boost）转换器的工作模式，重点分析其占空比控制、输出纹波的产生与抑制，以及续流二极管和储能电感/电容的设计原则。 第十一章节：波形发生与信号调节电路 本章介绍如何利用晶体管和运放产生特定的非正弦波形。详细分析弛张振荡器（如基于555定时器的电路）和特定波形的生成。深入研究电压比较器的工作原理，包括零点漂移和滞回（Hysteresis）的设计，并讨论施密特触发器的应用。最后，介绍检波电路和自动增益控制（AGC）的基本概念。 第四部分：数据转换与系统接口 第十二章：数据转换器原理 本章探讨模拟世界与数字世界之间的桥梁——数据转换器。详细解释模数转换器（ADC）的类型，如双积分型、逐次逼近寄存器（SAR）型ADC，重点分析其量化误差、有效位数（ENOB）和转换速度。接着介绍数模转换器（DAC）的结构，包括加权电阻型和R-2R梯形网络，并讨论采样保持电路（Sample-and-Hold Amplifier）在数据采集中的关键作用。 第十三章：系统集成与噪声分析 本章从系统级角度审视模拟电路。讨论不同电路模块在PCB布局中可能遇到的串扰和耦合问题。重点分析电路中的主要噪声源，如热噪声（Johnson Noise）、散弹噪声（Shot Noise）和闪烁噪声（Flicker Noise），并介绍降噪技术，例如滤波、屏蔽和平衡输入设计。讨论如何使用SPICE等仿真工具验证复杂模拟系统的瞬态和稳态性能。 附录：器件数据手册阅读与参数提取 本附录指导读者如何有效阅读关键半导体器件（BJT, MOSFET, Op-Amp）的数据手册，理解重要参数的物理意义，并将其准确映射到电路仿真模型中，为实际电路设计打下坚实基础。

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读完这本书，我最大的感受是它为我打开了关于**光场调控**的新视角。这本书的独特之处在于，它没有将**光学元件**视为孤立的实体，而是将它们视为**系统性的相位调制器**。例如，在讲解**自适应光学系统**时，它没有像其他书籍那样直接抛出**波前畸变和Zernike多项式**的复杂公式，而是通过模拟一个**大气湍流对星光的影响**的场景，清晰地展示了为什么我们需要用特定的**正交基函数**来高效地描述和校正这些随机扰动。这种情景驱动的学习方式非常有效。再说说关于**光束整形**的部分，作者对**空间光调制器（SLM）**的介绍是极为详尽的，它不仅解释了SLM的工作原理，更深入讨论了**加载图案的相位分布**与**目标光场结构（如贝塞尔光束或艾里光束）**之间的映射关系，这直接为我后续进行**复杂光场传输**的研究提供了坚实的理论和操作基础。总而言之，这本书在处理**光场信息论**方面的内容，深度和广度都超出了我的预期，让人觉得光场设计远比想象中更加灵活和强大。

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这本书在介绍**辐射传输理论**时，展现出了一种罕见的跨学科的视野。我通常认为辐射传输是偏向于**环境光学或遥感**的范畴，但作者非常巧妙地将其与**光在介质中的吸收和散射**的微观机制联系起来。它对**朗伯-比尔定律**的引入并非简单的照搬，而是放在了**复杂散射介质**的背景下进行讨论，详细解释了为什么在强散射情况下，单次散射模型会失效，并引出了**蒙特卡洛模拟方法**的基本框架。这对于我理解**生物组织中的光传输**问题至关重要。此外，我对书中关于**辐射度量学**的严谨性印象深刻，它清晰地区分了**辐射度、辐亮度、辐照度**等概念，并通过图示明确了它们在不同几何条件下的积分关系，这在许多侧重于工程应用的教材中往往是被一笔带过的。作者还花了相当大的篇幅讨论了**不同测量仪器**（如积分球和光谱辐射计）的**系统误差来源**，并提出了相应的校正策略。这种对测量科学的尊重和对不确定性的坦诚讨论，极大地提升了本书的实用价值和可信度。

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这本书绝对是近期阅读体验中的一股清流，我得说，它给我的感觉就像是推开了一扇通往全新知识领域的门。它不是那种高高在上、让人望而却步的学术巨著，反而像是一位经验丰富、且极富耐心的导师，带着你循序渐进地探索那些原本以为只能在理论课本里才能碰到的复杂概念。我尤其欣赏作者处理**微积分和偏微分方程**的方式——通常这些数学工具在讲解物理现象时会变得枯燥乏味，让人只想跳过，但在这里，它们被巧妙地融入到对**电磁波传播动力学**的阐述中，仿佛每一个公式推导都是为了服务于一个更宏大、更直观的物理图像。举个例子，书中对于**波动方程的解析解**的处理，从最基础的亥姆兹方程开始，逐步过渡到如何用**傅里叶级数**来描述复杂波形，每一步都辅以生动的图示和恰到好处的工程背景，让我清晰地看到了数学语言是如何精确地捕捉光子行为的。相比于我之前读过的几本专注于**半导体物理**的教材，这本书在**材料科学与光相互作用**这一块的处理显得更加平衡，它没有陷入到过于深入的能带结构计算中去，而是更侧重于宏观尺度的**散射理论和菲涅尔衍射**的应用，这对于我这种更偏向于光学设计和成像系统的工程师来说，简直是量身定做，让我对光学设计中的“陷阱”有了更深刻的理解。

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老实说，我本来以为这会是一本晦涩难懂的参考书，毕竟涉及到**量子力学基础在光学中的应用**这种主题，通常都会让人感到头疼。然而，作者的叙事节奏把握得极其精准，它仿佛在进行一场精妙的“信息雕刻”。最让我印象深刻的是它对**不确定性原理**在**光束限制与色散**中的体现，它不是简单地抛出一个结论，而是通过对比**高斯光束与理想单色光的区别**，巧妙地展示了时间和频率（或空间与波数）之间的内在矛盾。更值得称道的是，这本书在介绍**非线性光学现象**时，并没有直接跳入复杂的张量分析，而是先从**克尔介质的折射率变化**入手，用一个非常生活化的类比来解释**自聚焦效应**的物理本质。这使得我在理解**倍频和参量振荡**这些高阶效应时，思维的阻力大大降低。我特别喜欢其中关于**光纤通信中的模式色散**的章节，它并没有停留在理论公式上，而是插入了大量的工程案例分析，比如如何通过**模场直径的优化**来缓解长距离传输中的信号失真，这种理论与实践紧密结合的写法，极大地提升了阅读的兴趣和收获。

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这本书的结构安排简直就像是为自学者量身定做的路线图，它成功地将**光学几何**的直观性与**波动光学**的严谨性完美地融合在了一起。我过去总是觉得，要理解**阿贝衍射极限**，就必须先啃下厚厚的傅里叶光学，但这本书的处理方式简直是化繁为简。它首先通过对**光阑和像差**的讨论，建立起一个基于**惠更斯-菲涅耳原理**的直观图像，然后才引入**傅里叶变换**作为数学工具来量化这种限制。这种“先知其然，再求其所以然”的结构，极大地减轻了初学者的认知负担。尤其是在探讨**偏振态分析**的部分，作者没有使用过于抽象的琼斯矩阵或者穆勒矩阵，而是花费了大量篇幅讲解**斯托克斯参量**如何与实验测量的**光强变化**直接挂钩，这让偏振的概念不再是空中楼阁，而是可以被实际仪器所测量的物理量。此外，它对**衍射光栅的理论**的讲解，也体现了极高的水准，它不仅解释了主极大和副极大产生的条件，还细致分析了**倾斜入射**对衍射图案的微小影响，这种细节的把控，让我感觉作者对光学系统的每一个细微之处都了如指掌。

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