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出版者:McGraw-Hill Higher Education

作者:Albert Paul Malvino

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2007-01

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780072975277

丛书系列:

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• 电子学
• 电路分析
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《数字世界中的模拟基石：半导体器件与电路设计原理》 书籍简介 导言：跨越鸿沟的电子学精粹 在信息时代飞速发展的今天，我们身边的万物都离不开数字技术的支撑。然而，支撑起整个数字世界的，恰恰是那些在底层默默耕耘的模拟电子学原理与核心器件。本书《数字世界中的模拟基石：半导体器件与电路设计原理》旨在为读者构建一个全面、深入且与时俱进的电子学知识体系，它不仅仅是传统电子学概念的复述，更是对现代半导体技术发展脉络的精细梳理与实践指导。本书的定位是，为电子工程专业的学生、初级工程师以及希望系统提升自身电子学基础的专业人士，提供一本兼具理论深度与工程实用性的参考书。 第一部分：晶体管的诞生与核心原理 本部分深入探讨了现代电子学的基石——半导体器件的物理基础和工作机制。我们不会停留在对基本概念的简单罗列，而是着重解析其背后的物理现象。 第一章：半导体物理基础 本章从材料科学的角度切入，详细阐述了本征半导体与杂质半导体的区别，重点讲解了掺杂（N型与P型）的机制及其对载流子浓度的影响。我们深入探讨了费米能级、载流子迁移率以及热平衡状态下的载流子分布规律。理解这些基础，是掌握后续所有器件特性的关键。 第二章：PN结的形成与特性 PN结是所有集成电路的最小单元。本章将详细分析势垒的形成、耗尽区的宽度、反向击穿机制（雪崩与齐纳效应）。通过定性和定量的分析，揭示了PN结在正向偏置下的对数型I-V特性曲线，以及其作为二极管应用的基础。 第三章：双极型晶体管（BJT）的精细解析 BJT是电流控制型器件的典范。本章首先基于扩散和漂移电流模型，推导了晶体管的Ebers-Moll模型。随后，我们将重点放在BJT的三个工作区域——截止、放大和饱和区的边界条件和电流传输机制上。特别地，我们会引入高频特性（如$f_T$和$alpha, eta$的频率依赖性），并讨论其非理想效应，如欧姆基区电阻和集电极效率。 第四章：场效应晶体管（FET）的演进与控制 本章聚焦于场效应晶体管，尤其是MOSFET，它是现代数字芯片的主导器件。我们从理想的金属-氧化物-半导体（MOS）结构开始，推导出阈值电压（$V_{th}$）的精确计算公式，并详细分析了弱反型、强反型和积累区的物理状态。随后，深入探讨了在沟道长度调制下的线性区和饱和区的I-V特性，并引入短沟道效应、亚阈值导通以及热载流子注入等对现代CMOS工艺至关重要的非理想因素。 第二部分：基础模拟电路模块的构建 在掌握了核心器件的特性后，本部分将视角转向如何利用这些器件构建实用的模拟信号处理模块。 第五章：晶体管级联电路与偏置技术 有效的电路设计始于精确的偏置。本章系统介绍了BJT和MOSFET的直流偏置电路设计，包括分压偏置、发射极/源极反馈偏置等，并强调了偏置电路的稳定性和对工艺参数变化的鲁棒性。随后，我们将分析共源、共基、共集（共射、共基、共集）组态下的电压和电流增益、输入输出阻抗的精确计算方法，并对比它们各自的优缺点。 第六章：多级放大器的设计与频率响应 现代电路需要多级放大才能实现所需性能。本章侧重于多级放大器的级联技术，例如共源-共源结构或共源-共基结构。核心内容在于频率响应分析：我们使用开环增益、极点和零点的概念，详细推导了单极点和多极点系统的频率特性，并引入了波特图（Bode Plot）作为分析工具。重点讲解了米勒效应及其对高频响应的限制。 第七章：反馈理论在模拟设计中的应用 反馈是提升放大器性能的关键。本章系统地介绍了负反馈的四种基本拓扑结构（串-串、串-并、并-串、并-并），以及反馈对输入/输出阻抗、增益、带宽和失真的影响。我们还将探讨稳定性分析，包括相位裕度和增益裕度，并介绍补偿技术，以确保反馈放大器在宽频带内稳定工作。 第八章：运算放大器（Op-Amp）的内部结构与性能指标 虽然现代集成电路中运算放大器多是定制模块，但理解其内部结构至关重要。本章剖析了经典的双极型和CMOS型三级运算放大器的结构——输入级（差分对）、增益级和输出级。我们将详细分析带宽限制、转换速率（Slew Rate）的来源，并深入研究如何通过级联和米勒补偿技术来实现高增益、高带宽和高稳定性的平衡。 第三部分：高级模拟电路与应用 本部分将前两部分的理论知识应用于更复杂、更具挑战性的信号处理场景。 第九章：线性稳压器与电源管理 可靠的供电是模拟电路性能的先决条件。本章深入研究了线性稳压器（LDO）的工作原理，包括其误差放大器、参考源和调整管的设计。重点分析了LDO的瞬态响应、电源抑制比（PSRR）和输出噪声特性，并对比了LDO与开关稳压器的优缺点。 第十章：电流镜与有源负载 电流镜是实现精确电流复制和提供高输出阻抗的有源负载。本章详细推导了BJT和MOSFET电流镜的匹配精度、最大输出阻抗（考虑欧姆米勒效应和有限的早起效应）。我们将讲解先进的镜像电路，如Wilson电流镜，并讨论如何利用有源负载取代电阻负载来显著提升单级放大器的电压增益。 第十一章：数据转换器的基础原理 数据转换器是连接模拟世界与数字世界的桥梁。本章聚焦于基本概念，如采样定理、量化误差和有效位数（ENOB）。我们将详述基本ADC架构（如Flash型、逐次逼近型SAR）和DAC架构（如R-2R梯形网络）的工作流程和内在限制，为深入学习数字信号处理打下坚实的模拟基础。 总结与展望 本书的最终目标是培养读者从“器件级”到“系统级”的完整设计思维。通过对半导体器件物理特性的深刻理解，结合对经典模拟电路拓扑的系统分析，读者将能够独立设计和调试满足特定性能指标的模拟电路模块，从而在快速迭代的电子工程领域中，打下坚不可摧的理论与实践基础。全书注重公式的推导逻辑，强调设计参数的选择与权衡，确保所学知识能够直接应用于现代电子系统的开发之中。

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不得不说，《Electronic Principles》这本书在讲解复杂概念时，展现出了一种超乎寻常的艺术感。我一直以为，电子学注定是与枯燥和抽象画等号的，但这本书彻底颠覆了我的认知。作者的叙事方式非常生动，仿佛是在讲故事，讲述着电子世界是如何运转的。例如，在介绍半导体器件时，它没有直接堆砌材料的性质，而是将电子和空穴的运动描绘成一场有序的“迁徙”，并巧妙地运用类比，让我能够直观地理解PN结的形成和二极管的单向导电性。书中对于晶体管的讲解尤为精彩，它将三极管比作一个“电子阀门”，通过控制基极电流的大小来调节集电极电流，这个生动的比喻让我瞬间掌握了其核心功能。而且，作者在讲解过程中，并没有回避数学工具，但它使用的数学语言非常“友好”，总是在最恰当的时机出现，并且会详细解释每一个公式背后的物理意义，避免了死记硬背。我印象最深刻的是，在讲解振荡电路时，作者花了相当大的篇幅来阐述反馈机制，并用非常形象的比喻来解释正反馈和负反馈的区别，让我对振荡电路的产生和稳定有了深刻的理解。这本书的魅力在于，它既有深度，又不失温度，让学习过程本身也变成了一种享受。

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这本《Electronic Principles》绝对是我最近读过最令人振奋的读物之一，即便我本身对电子学并非科班出身。它就像一位耐心而又极富远见的导师，循循善诱地将那些原本在我看来如天书般的电路原理，一点点剥开，展现在我眼前。我尤其喜欢书中对于每一个概念的引入方式，不是直接抛出晦涩的公式，而是从生活中的实际应用入手，比如解释电阻如何影响电流，就从一个简单的灯泡亮度变化开始，这瞬间就拉近了我与知识的距离。接着，作者会用清晰的逻辑链条，将生活中的观察与抽象的理论模型巧妙地联系起来。书中大量的图示也是功不可没，那些精美的电路图，不是冰冷的技术图纸，而是充满了生命力，每一个元器件的摆放，每一根导线的连接，都仿佛在低语着它们各自的功能和相互作用。我曾经对放大器这个概念感到无比困惑，总觉得它像是一个黑箱，但读完相关章节后，我豁然开朗，甚至能够大致理解不同类型放大器的工作原理及其优缺点。这种“顿悟”的感觉，是许多教科书难以给予的。而且，这本书并没有止步于理论的讲解，它还穿插了大量的实例分析和简单的计算，让我能够将学到的知识应用到实际的场景中去，这种理论与实践相结合的学习体验，让我对电子学产生了前所未有的兴趣。

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《Electronic Principles》这本书给我的整体感受是，它是一本真正“站在读者角度”的书。我一直对电子学充满好奇，但又常常因为其深奥的理论和复杂的公式而望而却步。这本书的出现，彻底改变了我的这种看法。作者非常善于将抽象的概念形象化，让我能够更好地理解。例如，在讲解运算放大器时，它并没有直接给出复杂的传递函数，而是先从“理想运算放大器”的特性入手，然后再逐步引入实际运算放大器的限制和非理想因素，这种循序渐进的学习方式，让我觉得非常轻松。书中对于反馈在电路中的作用的阐述，也做得相当出色，它不仅解释了正负反馈的原理，还通过实际的电路例子，展示了反馈在稳定和控制中的重要性。我尤其喜欢书中对于滤波器设计的讲解，它从基本的RC和RL滤波器开始，逐步过渡到更复杂的LC滤波器和有源滤波器，并详细介绍了不同滤波器的频率响应特性，这让我对信号滤波有了更全面的认识。这本书不仅是知识的宝库，更是一本能够激发学习兴趣的良师益友，它让我看到了电子学的魅力，也让我对未来的学习充满了信心。

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不得不承认，《Electronic Principles》这本书的书写风格可以说是独树一帜，它在技术性和可读性之间找到了一个绝佳的平衡点。我之前尝试过几本电子学相关的书籍，但往往要么过于晦涩难懂，要么过于浅尝辄止，难以满足我对深入学习的需求。而这本书，就像一个经验丰富的向导，带领我穿梭于错综复杂的电子世界。作者在解释每一个概念时，都力求做到清晰明了，即使是初学者也能很容易跟上他的思路。例如，在讲解逻辑门时，它不仅仅是罗列了AND、OR、NOT等基本门的功能，更是结合了实际的电路实现，让我看到理论是如何转化为硬件的。书中对于数模转换和模数转换的讲解，也让我受益匪浅，它用清晰的图示和详实的步骤，阐明了这两个在数字信号处理中至关重要的过程，让我能够更直观地理解数字与模拟之间的转换。而且，这本书的排版也十分考究，大量的公式都得到了妥善的排布，关键的定义和定理也用醒目的方式呈现，方便我进行回顾和查找。总的来说，这是一本非常适合作为入门到进阶的学习资料，它既能满足我对知识的渴望，又能保证我在学习过程中不感到疲惫。

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《Electronic Principles》这本书的阅读体验，可以说是一次关于“理解”的深度探索。对于我这个在电子领域摸爬滚打多年的人来说，很多概念虽然似曾相识，但总觉得少了些什么，就像是隔靴搔痒，无法真正触及本质。这本书却做到了，它用一种非常系统和深入的方式，层层递进地剖析了电子学的核心原理。我特别欣赏作者对于一些基础概念的“重塑”，比如对于电压和电流的定义，它并没有停留在高中物理的层面，而是从电场和电势差的根源上进行了阐述，这让我对这些基本量有了更深刻的认识。在讲解一些复杂的集成电路时，它也展现了高超的概括能力，能够将庞杂的电路结构提炼出其核心功能和工作模式，让我不再望而却步。书中对于信号处理的讲解，更是让我眼前一亮，它清晰地梳理了信号的产生、传输、处理和输出的整个流程，并深入介绍了各种滤波器的原理和应用，让我能够更好地理解信号的“生命周期”。总而言之，这本书不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的启迪，它让我学会了如何从更本质、更宏观的角度去审视和理解电子世界的奥秘。

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