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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Quimby, Richard S.

出品人:

頁數:536

译者:

出版時間:2006-4

價格:1019.00 元

裝幀:HRD

isbn號碼:9780471719748

叢書系列:

圖書標籤:

• 光子學
• 激光
• 光學
• 光電子學
• 非綫性光學
• 激光物理
• 光縴光學
• 光波導
• 光學工程
• 傳感器

模擬電子係統設計與應用 第一部分：模擬電子電路基礎 第一章：半導體基礎與PN結理論 本章深入探討半導體材料的物理特性，重點介紹矽和鍺等材料的能帶結構、載流子輸運機製（漂移與擴散）。詳細闡述PN結的形成過程、能帶圖、內建電場以及空間電荷區。通過分析理想PN結的伏安特性麯綫，解釋二極管的單嚮導電性、正嚮和反嚮偏置條件下的工作狀態。深入討論實際二極管的非理想特性，包括結電容、擊穿現象（雪崩擊穿與齊納擊穿）及其在電路中的應用。引入不同類型的二極管模型，如開關二極管、肖特基二極管和變容二極管，並簡要介紹它們的關鍵應用場景。 第二章：BJT（雙極性結型晶體管）工作原理與模型 本章係統介紹雙極性結型晶體管（BJT）的基本結構、工作原理和工作區劃分（截止、放大、飽和）。詳細解析BJT的電流控製特性和跨導特性，重點分析Ebers-Moll模型及其簡化形式。深入探討BJT的交流（AC）小信號模型，包括混閤$pi$模型和T模型，用於精確分析放大電路的增益、輸入阻抗和輸齣阻抗。對不同封裝和工藝的BJT在實際電路設計中的影響進行討論，強調其溫度依賴性和噪聲特性。 第三章：MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）原理與特性 本章聚焦於MOSFET，作為現代集成電路和功率電子學的基礎元件。詳細解釋MOSFET的結構、電容-電壓特性麯綫（C-V麯綫），並深入分析其工作機製，包括閾值電壓的確定、綫性區和飽和區的操作。建立MOSFET的直流和交流小信號模型，著重分析其高頻特性和跨導。對比BJT與MOSFET的優缺點，探討它們在不同應用場閤下的選擇依據。引入增強型和耗盡型MOSFET的概念，並探討SOI（矽上絕緣體）等先進工藝對器件性能的影響。 第四章：基本放大電路組態與分析 本章將前三章的器件知識應用於構建和分析基礎放大電路。係統介紹共射極（CE）、共基極（CB）和共集電極（CC，射隨器）三種基本組態的電路結構、工作原理、直流偏置方法（如自給偏置、分壓器偏置）。運用小信號模型，詳細推導各組態的電壓增益、電流增益、輸入阻抗和輸齣阻抗。分析不同組態的特性匹配，例如共集電極的電流緩衝作用和共基極的寬帶特性。 第二部分：高級放大電路與運算放大器 第五章：多級放大器與頻率響應 本章研究將多個放大級聯後的性能。分析多級放大器的總增益計算，並重點研究耦閤方式（直接耦閤、RC耦閤、變壓器耦閤）對直流工作點穩定性的影響。深入探討放大器的頻率響應，引入低頻響應（由電容決定）和高頻響應（由寄生電容和晶體管的過渡頻率$f_T$決定）。使用波特圖分析帶寬、半功率點頻率，並介紹米勒效應及其在高頻設計中的處理方法。 第六章：反饋放大電路理論 反饋是模擬電路設計的核心技術。本章詳細介紹負反饋的基本拓撲結構（串聯輸入/並聯輸入、串聯輸齣/並聯輸齣），並分析四種基本反饋組態（電壓串聯、電流並聯、電壓並聯、電流串聯）對電路增益、輸入輸齣阻抗、帶寬和失真率的影響。闡述反饋對噪聲和穩定性的作用。引入波德圖分析反饋係統的相位裕度和增益裕度，確保係統的穩定性。 第七章：理想與非理想運算放大器（Op-Amp） 本章以理想運算放大器為基礎，建立其電壓控製電壓源模型，分析虛短和虛地概念。隨後，係統地介紹非理想運放的實際特性，包括輸入失調電壓、共模抑製比（CMRR）、開環增益的頻率滾降特性以及壓擺率（Slew Rate）限製。 第八章：經典運算放大器應用電路 本章集中展示運算放大器作為功能模塊的應用。詳細分析和推導反相放大器、同相放大器、電壓跟隨器、加法器、減法器和積分器/微分器的電路原理、傳遞函數和實際限製。特彆關注如何利用反饋配置設計精確的儀器放大器和有源濾波器（如薩倫-凱濾波器）。 第三部分：信號處理與電源電路 第九章：有源濾波器設計 本章從理論轉嚮實用設計。係統介紹低通、高通、帶通和帶阻濾波器的基本要求和指標（階數、截止頻率、通帶紋波）。詳細推導巴特沃沃斯（Butterworth）和切比雪夫（Chebyshev）濾波器的設計流程，包括原型電路的選取和元件值的計算。展示如何使用運放構建高品質因數（Q值）的二階濾波器，並討論有源濾波器相對於無源濾波器的優勢。 第十章節：綫性穩壓器與開關電源 電源管理是模擬電路的重要組成部分。本章首先分析綫性穩壓器（LDO）的結構、優缺點及紋波抑製比。隨後，深入研究開關模式電源（SMPS）的原理，包括DC-DC降壓（Buck）、升壓（Boost）和降壓-升壓（Buck-Boost）轉換器的工作模式，重點分析其占空比控製、輸齣紋波的産生與抑製，以及續流二極管和儲能電感/電容的設計原則。 第十一章節：波形發生與信號調節電路 本章介紹如何利用晶體管和運放産生特定的非正弦波形。詳細分析弛張振蕩器（如基於555定時器的電路）和特定波形的生成。深入研究電壓比較器的工作原理，包括零點漂移和滯迴（Hysteresis）的設計，並討論施密特觸發器的應用。最後，介紹檢波電路和自動增益控製（AGC）的基本概念。 第四部分：數據轉換與係統接口 第十二章：數據轉換器原理 本章探討模擬世界與數字世界之間的橋梁——數據轉換器。詳細解釋模數轉換器（ADC）的類型，如雙積分型、逐次逼近寄存器（SAR）型ADC，重點分析其量化誤差、有效位數（ENOB）和轉換速度。接著介紹數模轉換器（DAC）的結構，包括加權電阻型和R-2R梯形網絡，並討論采樣保持電路（Sample-and-Hold Amplifier）在數據采集中的關鍵作用。 第十三章：係統集成與噪聲分析 本章從係統級角度審視模擬電路。討論不同電路模塊在PCB布局中可能遇到的串擾和耦閤問題。重點分析電路中的主要噪聲源，如熱噪聲（Johnson Noise）、散彈噪聲（Shot Noise）和閃爍噪聲（Flicker Noise），並介紹降噪技術，例如濾波、屏蔽和平衡輸入設計。討論如何使用SPICE等仿真工具驗證復雜模擬係統的瞬態和穩態性能。 附錄：器件數據手冊閱讀與參數提取 本附錄指導讀者如何有效閱讀關鍵半導體器件（BJT, MOSFET, Op-Amp）的數據手冊，理解重要參數的物理意義，並將其準確映射到電路仿真模型中，為實際電路設計打下堅實基礎。

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讀完這本書，我最大的感受是它為我打開瞭關於**光場調控**的新視角。這本書的獨特之處在於，它沒有將**光學元件**視為孤立的實體，而是將它們視為**係統性的相位調製器**。例如，在講解**自適應光學係統**時，它沒有像其他書籍那樣直接拋齣**波前畸變和Zernike多項式**的復雜公式，而是通過模擬一個**大氣湍流對星光的影響**的場景，清晰地展示瞭為什麼我們需要用特定的**正交基函數**來高效地描述和校正這些隨機擾動。這種情景驅動的學習方式非常有效。再說說關於**光束整形**的部分，作者對**空間光調製器（SLM）**的介紹是極為詳盡的，它不僅解釋瞭SLM的工作原理，更深入討論瞭**加載圖案的相位分布**與**目標光場結構（如貝塞爾光束或艾裏光束）**之間的映射關係，這直接為我後續進行**復雜光場傳輸**的研究提供瞭堅實的理論和操作基礎。總而言之，這本書在處理**光場信息論**方麵的內容，深度和廣度都超齣瞭我的預期，讓人覺得光場設計遠比想象中更加靈活和強大。

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老實說，我本來以為這會是一本晦澀難懂的參考書，畢竟涉及到**量子力學基礎在光學中的應用**這種主題，通常都會讓人感到頭疼。然而，作者的敘事節奏把握得極其精準，它仿佛在進行一場精妙的“信息雕刻”。最讓我印象深刻的是它對**不確定性原理**在**光束限製與色散**中的體現，它不是簡單地拋齣一個結論，而是通過對比**高斯光束與理想單色光的區彆**，巧妙地展示瞭時間和頻率（或空間與波數）之間的內在矛盾。更值得稱道的是，這本書在介紹**非綫性光學現象**時，並沒有直接跳入復雜的張量分析，而是先從**剋爾介質的摺射率變化**入手，用一個非常生活化的類比來解釋**自聚焦效應**的物理本質。這使得我在理解**倍頻和參量振蕩**這些高階效應時，思維的阻力大大降低。我特彆喜歡其中關於**光縴通信中的模式色散**的章節，它並沒有停留在理論公式上，而是插入瞭大量的工程案例分析，比如如何通過**模場直徑的優化**來緩解長距離傳輸中的信號失真，這種理論與實踐緊密結閤的寫法，極大地提升瞭閱讀的興趣和收獲。

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這本書絕對是近期閱讀體驗中的一股清流，我得說，它給我的感覺就像是推開瞭一扇通往全新知識領域的門。它不是那種高高在上、讓人望而卻步的學術巨著，反而像是一位經驗豐富、且極富耐心的導師，帶著你循序漸進地探索那些原本以為隻能在理論課本裏纔能碰到的復雜概念。我尤其欣賞作者處理**微積分和偏微分方程**的方式——通常這些數學工具在講解物理現象時會變得枯燥乏味，讓人隻想跳過，但在這裏，它們被巧妙地融入到對**電磁波傳播動力學**的闡述中，仿佛每一個公式推導都是為瞭服務於一個更宏大、更直觀的物理圖像。舉個例子，書中對於**波動方程的解析解**的處理，從最基礎的亥姆茲方程開始，逐步過渡到如何用**傅裏葉級數**來描述復雜波形，每一步都輔以生動的圖示和恰到好處的工程背景，讓我清晰地看到瞭數學語言是如何精確地捕捉光子行為的。相比於我之前讀過的幾本專注於**半導體物理**的教材，這本書在**材料科學與光相互作用**這一塊的處理顯得更加平衡，它沒有陷入到過於深入的能帶結構計算中去，而是更側重於宏觀尺度的**散射理論和菲涅爾衍射**的應用，這對於我這種更偏嚮於光學設計和成像係統的工程師來說，簡直是量身定做，讓我對光學設計中的“陷阱”有瞭更深刻的理解。

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這本書在介紹**輻射傳輸理論**時，展現齣瞭一種罕見的跨學科的視野。我通常認為輻射傳輸是偏嚮於**環境光學或遙感**的範疇，但作者非常巧妙地將其與**光在介質中的吸收和散射**的微觀機製聯係起來。它對**朗伯-比爾定律**的引入並非簡單的照搬，而是放在瞭**復雜散射介質**的背景下進行討論，詳細解釋瞭為什麼在強散射情況下，單次散射模型會失效，並引齣瞭**濛特卡洛模擬方法**的基本框架。這對於我理解**生物組織中的光傳輸**問題至關重要。此外，我對書中關於**輻射度量學**的嚴謹性印象深刻，它清晰地區分瞭**輻射度、輻亮度、輻照度**等概念，並通過圖示明確瞭它們在不同幾何條件下的積分關係，這在許多側重於工程應用的教材中往往是被一筆帶過的。作者還花瞭相當大的篇幅討論瞭**不同測量儀器**（如積分球和光譜輻射計）的**係統誤差來源**，並提齣瞭相應的校正策略。這種對測量科學的尊重和對不確定性的坦誠討論，極大地提升瞭本書的實用價值和可信度。

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這本書的結構安排簡直就像是為自學者量身定做的路綫圖，它成功地將**光學幾何**的直觀性與**波動光學**的嚴謹性完美地融閤在瞭一起。我過去總是覺得，要理解**阿貝衍射極限**，就必須先啃下厚厚的傅裏葉光學，但這本書的處理方式簡直是化繁為簡。它首先通過對**光闌和像差**的討論，建立起一個基於**惠更斯-菲涅耳原理**的直觀圖像，然後纔引入**傅裏葉變換**作為數學工具來量化這種限製。這種“先知其然，再求其所以然”的結構，極大地減輕瞭初學者的認知負擔。尤其是在探討**偏振態分析**的部分，作者沒有使用過於抽象的瓊斯矩陣或者穆勒矩陣，而是花費瞭大量篇幅講解**斯托剋斯參量**如何與實驗測量的**光強變化**直接掛鈎，這讓偏振的概念不再是空中樓閣，而是可以被實際儀器所測量的物理量。此外，它對**衍射光柵的理論**的講解，也體現瞭極高的水準，它不僅解釋瞭主極大和副極大産生的條件，還細緻分析瞭**傾斜入射**對衍射圖案的微小影響，這種細節的把控，讓我感覺作者對光學係統的每一個細微之處都瞭如指掌。

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