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页数:239

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出版时间:2010-5

价格:33.00元

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isbn号码:9787564031305

丛书系列:

图书标签:

• 通信原理
• 电子线路
• 模拟电路
• 信号处理
• 电路分析
• 无线通信
• 射频电路
• 滤波器设计
• 放大器设计
• 电路基础

现代电子学基础与应用 本书深入剖析了现代电子学的核心原理、器件特性与系统设计方法，旨在为读者构建一个坚实而全面的理论框架，并引导其掌握在当前技术浪潮下解决实际工程问题的能力。 --- 第一部分：半导体物理与器件基础 本部分聚焦于支撑现代电子设备运转的微观物理基础和基本元件。 第一章：晶体结构与能带理论 详细阐述了半导体材料（如硅、锗）的晶体结构，重点解析了周期性势场对电子能级的影响。通过引入薛定谔方程的周期性边界条件，推导出能带结构的概念，包括价带、导带和禁带的形成机制。深入探讨了直接带隙与间接带隙半导体的光电特性差异。此外，还介绍了费米能级在不同温度和掺杂浓度下的变化规律，这是理解PN结特性的先决条件。 第二章：半导体杂质与载流子输运 系统介绍了N型和P型半导体的制备过程——扩散与离子注入技术。详尽分析了杂质能级、自由载流子浓度（电子和空穴）的计算方法，并讨论了平衡状态下的载流子分布。核心内容在于载流子的输运机制：漂移运动和扩散运动。推导了电导率的表达式，并对比了不同电场强度下的载流子速度饱和现象。此外，还覆盖了少子复合、寿命等重要参数，为光电器件和存储器的设计打下基础。 第三章：二极管与特殊PN结器件 本章是连接基础物理与实用电路的桥梁。首先，详细分析了理想PN结的建立过程、内建电势、势垒电容和扩散电容。随后，引入了实用的二极管模型，包括其伏安特性曲线的非线性源头——空间电荷区的形成。重点讲解了雪崩击穿与齐纳击穿的物理机制及其在稳压二极管中的应用。随后，深入探讨了肖特基势垒二极管（SBD）的低开启电压特性及其高速开关应用，以及隧道二极管（Zener Diode）的负微分电阻现象。 第四章：双极性晶体管（BJT） BJT作为经典的电流控制型器件，其工作原理是本章的核心。从基区、集电区、发射区的结构入手，推导了晶体管的Ebers-Moll（或简化）模型，解释了电流放大系数$eta$和$alpha$的物理意义。细致区分了共基极（CB）、共集电极（CE）和共射极（CC）三种工作组态的特性曲线、输入输出阻抗和电压/电流增益。特别强调了晶体管的开关特性，包括饱和区、截止区和有源区的边界条件，以及限制器件可靠性的热限制和最大功率耗散问题。 第五章：场效应晶体管（FET） 本部分侧重于电压控制型器件——场效应晶体管。详细介绍了结型场效应晶体管（JFET）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的结构与工作原理。对于MOSFET，重点分析了其四种工作模式（增强型和耗尽型，N沟道和P沟道），特别是阈值电压的确定和跨导的计算。深入剖析了MOSFET在深线性区和饱和区的I-V特性。最后，讨论了MOSFET在集成电路（IC）制造中的重要性，及其寄生电容对高频性能的影响。 --- 第二部分：模拟电子电路设计与分析 本部分将基础器件转化为可用的电路模块，重点在于信号的线性放大和处理。 第六章：晶体管偏置与直流分析 所有模拟电路设计的第一步是建立稳定的工作点（Q点）。本章系统介绍了实现直流偏置的各种拓扑结构，包括固定偏置、分压偏置、发射极反馈偏置和复合管偏置。详细推导了不同偏置电路的稳定性系数（S），并分析了温度漂移对Q点的影响。强调了负载线分析法在确定晶体管工作区域中的应用。 第七章：小信号模型与单级放大器分析 为了分析电路对微小信号的响应，本章引入了晶体管的小信号等效模型（如混合$pi$模型或r-e模型）。基于这些模型，对共源极、共基极和共集电极（源跟随器）三种单级放大器的频率响应、输入/输出阻抗和电压增益进行了精确计算。对比了不同组态的优缺点及其在缓冲、电压放大中的特定应用。 第八章：多级放大器与反馈理论 在许多应用中，单级放大器的增益和带宽不足以满足要求。本章研究了多级放大器的级联技术，包括直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。重点讲解了负反馈理论在放大器设计中的核心作用。推导了反馈网络的输入阻抗、输出阻抗、增益和带宽对开环特性的依赖关系，并区分了电压串联、电流并联等四种反馈组态。 第九章：频率响应与带宽 任何放大器的性能都受限于其频率响应。本章从物理层面分析了晶体管和等效电路中的寄生电容（如密勒电容）对高频特性的限制。使用波特图法分析了放大器的低频响应（由耦合电容和旁路电容决定）和高频响应（由内部跨导和寄生电容决定）。引入了“增益-带宽积”的概念，并讲解了米勒效应及其在提高输入阻抗方面的应用。 第十章：运算放大器（Op-Amp）及其应用 本章集中于集成电路中的核心模块——理想运算放大器。首先定义了理想运放的特性（高开环增益、高输入阻抗、低输出阻抗）。随后，系统分析了基于反馈的经典模拟运算电路：反相放大器、同相放大器、差分放大器、加法器和积分器。深入探讨了运放的非理想特性，如失调电压、共模抑制比（CMRR）和转换速率限制。 第十一章：有源滤波器与信号调理 信号处理的有效性依赖于选择性频率响应。本章讲解了主动滤波器（使用运放和RC网络构建）的设计，避免了传统LC滤波器体积庞大、易受干扰的缺点。详细介绍了巴特沃斯、切比雪夫和贝塞尔等不同滤波器类型在通带特性、过渡带陡度和相位响应上的权衡取舍。覆盖了低通、高通、带通和带阻滤波器的设计实例。 --- 第三部分：非线性电路与波形产生 本部分关注于电路的开关功能、信号的非线性处理以及波形的产生与整形。 第十二章：晶体管开关电路与逻辑门基础 晶体管在非线性状态下作为高速开关使用，是数字电路的基础。详细分析了BJT和MOSFET的开关导通与关断过程，包括存储时间、上升时间和下降时间。讲解了这些特性如何决定数字电路的最高工作频率。随后，基于晶体管开关原理，构建了基本的电阻晶体管逻辑（RTL）、二极管晶体管逻辑（DTL）和晶体管-晶体管逻辑（TTL）门电路，分析了其噪声容限和功耗特性。 第十三章：线性稳压电源与开关电源 电源电路是所有电子设备的心脏。本章首先讲解了线性稳压电路，包括串联调整管和并联调整管的原理，重点分析了基准电压源和误差放大器的作用。随后，深入探讨了开关型电源（SMPS）的优势，特别是脉冲宽度调制（PWM）技术的应用。详细分析了降压（Buck）、升压（Boost）和反相Buck-Boost转换器的工作原理、占空比控制和输出纹波的抑制技术。 第十四章：定时电路与振荡器 本章涉及周期性信号的产生。详细介绍了基于555定时器的单稳态和无稳态工作模式，并分析了其内部结构与外围元件的计算关系。随后，转向更精确的振荡器设计，包括：利用RC网络或LC网络的相移振荡器和哈特莱/科勒振荡器。重点剖析了文氏桥振荡器的工作机制，以及如何使用自动增益控制（AGC）电路来稳定振荡幅度。 第十五章：波形发生与处理 讲解了如何利用非线性器件和反馈机制产生特定波形。这包括使用施密特触发器（基于正反馈）实现方波和矩形波的产生，以及运用积分器和限幅器从方波中提取三角波和锯齿波。分析了齐纳二极管在波形削波电路中的作用，以及如何设计钳位电路以设置波形的直流偏置电平。 --- 第四部分：脉冲与数字电子电路 本部分侧重于信息的离散化处理和系统级应用。 第十六章：波形整形与延迟电路 系统分析了电子电路中对脉冲信号进行处理的方法。重点讲解了积分器和微分器作为简单高通/低通滤波器的应用。深入讨论了多谐振荡器的三种类型：无稳态、单稳态和双稳态（锁存器）。分析了由晶体管或MOSFET构成的基本逻辑门单元，并引入了开关延迟的概念。 第十七章：基本逻辑功能与组合电路 本章是数字电路的起点。详细介绍了布尔代数、逻辑函数的最小化方法（如卡诺图和Quine-McCluskey方法）。系统分析了基本的逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）的物理实现和性能指标。接着，讲解了组合逻辑电路的构建，包括译码器、编码器、数据选择器（MUX）和数据分配器（DEMUX）的结构与应用。 第十八章：时序逻辑电路与存储单元 时序电路的引入标志着电路开始具备“记忆”能力。详细分析了基本锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop）的结构，特别是RS, JK, D和T触发器的状态转移特性表和时序图。讨论了触发器的同步控制机制（主从结构、边沿触发）。随后，基于触发器构建了移位寄存器和计数器（如异步计数器和同步计数器），及其在分频和序列发生中的应用。 第十九章：半导体存储器技术 介绍了当前主流的半导体存储器的物理原理和结构。详细分析了静态随机存取存储器（SRAM）的六晶体管单元结构及其工作原理，对比其高速与高功耗特性。随后，深入探讨了动态随机存取存储器（DRAM）的电容存储原理，以及刷新机制的必要性。还简要介绍了只读存储器（ROM）及其各种改写技术。 --- 结论 本书全面覆盖了从器件物理到复杂系统集成的电子学核心领域。通过对这些基础模块的深入理解，读者将能够胜任从底层硬件设计到中级系统架构的各类工程挑战。

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