內容簡介
《高頻電子綫路/高等院校教材》以高頻電子綫路涉及的基礎知識、基本原理和實際應用設計為重點,立足於培養理論與工程設計兼具的實際應用型人纔。《高頻電子綫路/高等院校教材》共分8章,包括緒論、諧振與小信號選頻放大電路、高頻功率放大電路、正弦波振蕩電路、綫性頻譜搬移電路、角度調製與解調電路、反饋控製電路和無綫收發信係統設計簡介,全麵涵蓋瞭高頻電路與係統的相關知識。
為瞭增強讀者對基本理論的深入理解和學習興趣,《高頻電子綫路/高等院校教材》還在每一重點章節末給齣瞭相關的Matlab仿真分析的源代碼,讀者可以方便地改變有關參數來理解相應的結果。
《高頻電子綫路/高等院校教材》既可作為應用型高等院校通信、電子信息、自動化測控與儀錶等專業的教材和學習輔導用書,也可供有關工程技術人員參考。
內頁插圖
目錄
前言
第1章 緒論
1.1 通信係統概述
1.1.1 通信係統及其基本組成
1.1.2 無綫通信係統
1.2 信號與頻譜、電磁波及其頻段劃分
1.2.1 典型信號及其頻譜
1.2.2 電磁波及其頻段的劃分
1.2.3 高頻與射頻電路設計的必要性
1.3 非綫性電子綫路的基本概念
1.3.1 綫性與非綫性電路
1.3.2 非綫性電路的基本特點
1.3.3 非綫性電路的主要分析方法
本章 小結
習題
第2章 諧振與小信號選頻放大電路
2.1 選頻電路概述
2.2 LC諧振迴路選頻特性分析
2.2.1 並聯諧振迴路
2.2.2 串聯諧振迴路
2.2.3 串並聯諧振迴路特點
2.3 阻抗變換電路
2.3.1 信源與負載阻抗對選頻電路的影響
2.3.2 基本阻抗變換電路
2.4 選頻電路的計算與設計
2.5 高頻小信號選頻放大電路
2.5.1 概述
2.5.2 晶體管高頻小信號等效電路與參數
2.5.3 晶體管諧振放大器
2.5.4 高頻諧振放大器的穩定性
2.5.5 提高放大器穩定性的方法
2.6 集成諧振放大器
本章 小結
附錄 LC並聯諧振迴路的Matlab分析源代碼
習題
第3章 高頻功率放大電路
3.1 高頻功率放大器概述
3.2 諧振功率放大器的工作原理
3.2.1 基本工作原理
3.2.2 諧振功率放大器的近似分析
3.2.3 輸齣功率與效率
3.3 諧振功率放大器的特性分析
3.3.1 諧振功率放大器的工作狀態與負載特性
3.3.2 Vcc對放大器工作狀態的影響
3.3.3 Uim和VBB對放大器工作狀態的影響
3.4 諧振功率放大器電路與設計
3.4.1 直流饋電電路
3.4.2 濾波匹配網絡
3.4.3 諧振功率放大器的電路設計實例
3.4.4 諧振功率放大器的實際電路
3.5 丁類和戊類諧振功率放大器
3.6 集成射頻功率放大器及其應用簡介
3.7 寬帶高頻功率放大器
3.7.1 傳輸綫變壓器
3.7.2 功率閤成技術
3.7.3 寬帶高頻功率放大器實用電路
本章 小結
附錄諧振功率放大器的Matlab分析源代碼
習題
第4章 正弦波振蕩電路
4.1 反饋振蕩器的工作原理
4.1.1 反饋振蕩器振蕩的基本原理
4.1.2 振蕩的平衡條件和起振條件
4.1.3 振蕩的穩定條件
4.1.4 正弦波振蕩電路的組成要點
4.2 LC振蕩器
4.2.1 三端振蕩器基本工作原理和構成法則
4.2.2 三端振蕩器分析
4.2.3 集成LC正弦波振蕩器
4.2.4 三端振蕩器設計
4.3 振蕩器的頻率和幅度穩定度
4.3.1 頻率穩定度
4.3.2 幅度穩定度
4.4 石英晶體振蕩器
4.4.1 石英諧振器及其特性
4.4.2 石英晶體振蕩電路
4.5 實用振蕩器簡介
本章 小結
附錄振蕩過程仿真
習題
第5章 綫性頻譜搬移電路
5.1 頻譜搬移及調幅基本原理
5.1.1 概述及其分類
5.1.2 調幅基本原理與分析
5.2 幅度調製電路
5.2.1 相乘器電路
5.2.2 低電平調幅電路
5.2.3 高電平調幅電路
5.2.4 調幅電路設計
5.3 調幅波的解調
5.3.1 檢波器的基本介紹
5.3.2 二極管包絡檢波電路
5.3.3 同步檢波器
5.3.4 振幅檢波電路設計
5.4 混頻電路
5.4.1 混頻原理
5.4.2 二極管混頻電路
5.4.3 三極管混頻電路
5.4.4 乘積型混頻器
5.4.5 混頻乾擾
本章 小結
附錄綫性頻譜搬移電路的Matlab分析源代碼
習題
第6章 角度調製與解調電路
6.1 調角波的概念
6.1.1 調角信號的由來
6.1.2 調角波的數學錶示
6.1.3 調角波的頻譜與帶寬
6. 2調頻電路
6.2.1 調頻電路的主要性能指標
6.2.2 直接調頻電路
6.2.3 間接調頻電路
6.2.4 擴展最大頻偏的方法
6.3 鑒頻電路
6.3.1 鑒頻電路的主要性能指標
6.3.2 斜率鑒頻器
6.3.3 相位鑒頻器
6.3.4 限幅器
本章 小結
附錄角度調製信號的Matlab分析源代碼
習題
第7章 反饋控製電路
7.1 概述
7.2 自動增益控製電路
7.2. 1工作原理
7.2.2 自動增益控製電路
7.3 自動頻率控製電路
7.3.1 工作原理
7.3.2 AFC電路的應用
7.4 鎖相環路
7.4.1 工作原理
7.4.2 基本環路方程
7.4.3 鎖相環路的捕捉與跟蹤
7.4.4 鎖相環路的基本特性
7.4.5 集成鎖相環路及其應用
本章 小結
附錄 綫性頻譜搬移電路的Matlab分析源代碼
習題
第6章 角度調製與解調電路
6.1 調角波的概念
6.1.1 調角信號的由來
6.1.2 調角波的數學錶示
6.1.3 調角波的頻譜與帶寬
6.2 調頻電路
6.2.1 調頻電路的主要性能指標
6.2.2 直接調頻電路
6.2.3 間接調頻電路
6.2.4 擴展最大頻偏的方法
6.3 鑒頻電路
6.3.1 鑒頻電路的主要性能指標
6.3.2 斜率鑒頻器
6.3.3 相位鑒頻器
6.3.4 限幅器
本章 小結
附錄角度調製信號的Matlab分析源代碼
習題
第7章 反饋控製電路
7.1 概述
7.2 自動增益控製電路
7.2.1 工作原理
7.2.2 自動增益控製電路
7.3 自動頻率控製電路
7.3.1 工作原理
7.3.2 AFC電路的應用
7.4 鎖相環路
7.4.1 工作原理
7.4.2 基本環路方程
7.4.3 鎖相環路的捕捉與跟蹤
7.4.4 鎖相環路的基本特性
7.4.5 集成鎖相環路及其應用
7.4.6 鎖相頻率閤成器
本章 小結
習題
第8章 無綫收發信係統設計簡介
8.1 發射係統設計
8.1.1 發射機結構
8.1.2 發射機的性能指標
8.2 接收係統設計
8.2.1 接收機結構
8.2.2 接收機的性能指標
本章 小結
習題
參考答案
參考文獻
前言/序言
高頻電子綫路是通信、電子技術及相關電類專業的一門十分重要的專業基礎課程,無論是電子類的重點院校,還是一般本科院校都開設本課程。高頻電路涉及的內容非常豐富,並具有較強的理論性、工程實踐性和復雜多變的實際電路結構,這使得學生不僅在學習理論時感到睏難,更主要的是在分析實際電路與工程實踐時感到茫然和力不從心。如何讓學生較好地、高效地學習、理解和掌握這門課程,是我們任課老師多年來的心願和追求。根據長期的教學實踐,對於普通院校的學生必須要有一本內容適當、難易適中、敘述清晰、傳授知識的手段多樣、形式生動的好教材,這正是編寫本書的齣發點。
承濛科學齣版社的誠摯邀請,本書編寫隊伍以成都信息工程學院為主,聯閤瞭西南交通大學、西南民族大學、西南石油大學、西華大學和成都理工大學等高校通信與電子類專業長期從事高頻電子綫路課程教學工作的老師,共同完成瞭本教材的編寫。
由於本教材希望從教和學兩個方麵來共同提高教學效果,全書具有如下特點:
(1)內容精要,重點突齣,主次分明,並具有係統性;
(2)避免煩瑣的理論推導,講解由淺人深、邏輯性強,並對一些難於理解的原理和易混淆的概念作瞭深入的剖析和比較分析;
(3)在理論講授的同時重在應用設計,全書在重點部分都給齣瞭有關設計實例;
(4)從學習的角度,為瞭增強讀者對基本理論的深入理解和學習興趣,本書在每一重點章節末給齣瞭相關的Matlab仿真分析的源代碼,讀者可以方便地改變有關參數來理解相應的結果。
《高頻電子綫路/高等院校教材》由高瑜翔擔任主編,並負責統稿和整理,第1、8章由成都信息工程學院的高瑜翔老師編寫,第2章由西南民族大學的王欣強老師、西華大學的鬍宏平老師共同編寫,第3章、第4章、第5章、第6章分彆由成都信息工程學院的陳愛萍、張傑、王春圃和於紅兵老師編寫,第7章由西南石油大學的邱紅兵老師編寫,西南交通大學的張瑾老師和肖波老師編寫瞭全書的Matlab仿真代碼。另外成都理工大學工程技術學院的李華兵老師參加瞭部分校對工作。
本書是在所有參編老師長期使用的講稿和講義的基礎上整理,並參考瞭相關的同類教材編寫而成的,適閤作為應用型本科院校有關專業如通信工程、電子工程、自動化、測控、大氣電子、醫療電子等的通用教材,也可供有關工程技術人員參考。
非常感謝為本書提齣寶貴意見和為本書編寫給予幫助的老師和領導,以及付齣心血的所有工作人員。由於時間倉促,書中難免存在錯誤和不當之處,歡迎各位讀者批評指正。
高瑜翔
2008年6月
《微電子器件原理與應用》 一、 緒論 隨著信息技術的飛速發展,微電子器件作為現代電子係統的核心,其重要性日益凸顯。從智能手機到高性能服務器,從醫療設備到航空航天,無處不見微電子器件的身影。本書旨在係統性地闡述微電子器件的基本原理、製造工藝以及在實際應用中的關鍵技術,為讀者構建紮實的微電子學知識體係。本書內容涵蓋瞭半導體物理基礎、pn結理論、雙極型晶體管、場效應晶體管、集成電路設計基礎以及新興的微電子器件技術。本書適用於高等院校電子信息類、微電子學、集成電路設計等專業本科生和研究生,也可作為相關領域工程技術人員的參考書。 二、 半導體物理基礎 理解微電子器件的工作原理,離不開對半導體物理的深入認識。本章將從晶體結構、能帶理論、載流子統計等基礎概念入手,為後續器件原理的講解奠定堅實基礎。 晶體結構與鍵閤:介紹矽、鍺等常見半導體的晶體結構,如金剛石立方結構,以及原子間的共價鍵閤。理解晶體結構的對稱性與周期性對於理解其電學性質至關重要。 能帶理論:深入闡述絕緣體、導體和半導體的能帶結構差異。講解價帶、導帶、禁帶寬度等概念,並解釋它們如何決定材料的導電特性。分析本徵半導體中的電子和空穴産生機製,以及溫度對載流子濃度的影響。 雜質半導體:詳細介紹n型和p型雜質半導體的形成機理。解釋摻雜(如摻磷、摻硼)如何改變半導體的導電類型和載流子濃度,以及費米能級在雜質半導體中的移動。 載流子傳輸:講解半導體中的兩種主要載流子傳輸機製:漂移和擴散。闡述載流子遷移率和擴散係數的概念,以及它們與電場、溫度、雜質濃度等因素的關係。介紹霍爾效應及其在測量半導體參數中的應用。 三、 pn結的形成與特性 pn結是構成絕大多數半導體器件的基本單元。本章將深入探討pn結的形成過程、伏安特性及其在各種應用中的基礎作用。 pn結的形成:分析p型和n型半導體接觸後,由於載流子擴散而形成的耗盡區和內建電勢。詳細講解空間電荷區(耗盡層)的形成以及電勢壘的作用。 pn結的伏安特性:係統分析pn結在正偏、反偏和零偏下的電流-電壓關係。講解正偏狀態下的注入載流子和電流飽和,反偏狀態下的載流子漂移和擊穿現象(雪崩擊穿和齊納擊穿)。 pn結的電容效應:介紹pn結的兩種電容:結電容(勢壘電容)和擴散電容。分析這些電容在不同偏置下的變化規律,以及它們對器件高頻性能的影響。 pn結的應用:概述pn結在二極管、晶閘管等基本元器件中的應用,為後續講解更復雜的器件打下基礎。 四、 雙極型晶體管(BJT) 雙極型晶體管(Bipolar Junction Transistor,BJT)是電子電路中應用最為廣泛的器件之一,具有放大和開關功能。本章將深入剖析BJT的工作原理、結構特性以及其在放大電路中的應用。 BJT的結構與工作原理:介紹npn和pnp兩種結構的BJT,重點講解其基區、發射區和集電區的結構特點。深入分析載流子的發射、輸運、收集過程,以及基區調製效應對集電極電流的影響。 BJT的伏安特性:繪製並分析BJT的輸齣特性麯綫(集電極電流-集電極-發射極電壓,不同基極電流下)和輸入特性麯綫(基極電流-基極-發射極電壓)。講解飽和區、放大區、截止區以及反嚮放大區的概念。 BJT的電流增益(β):分析電流增益β的物理意義,以及它與器件結構、溫度、摻雜濃度等因素的關係。討論基區寬度調製效應(Early效應)對輸齣電阻的影響。 BJT在放大電路中的應用:介紹BJT作為放大器的基本原理,講解共發射極、共集電極和共基極三種基本放大組態的電壓增益、電流增益、輸入電阻和輸齣電阻。分析不同組態的優缺點及適用場閤。 BJT的開關特性:闡述BJT在開關電路中的應用,分析其導通和截止過程,以及開關速度的影響因素。 五、 場效應晶體管(FET) 場效應晶體管(Field-Effect Transistor,FET)以其高輸入阻抗、低功耗等優點,在現代集成電路設計中扮演著越來越重要的角色。本章將全麵介紹不同類型的FET及其工作原理。 結型場效應晶體管(JFET):講解JFET的結構,包括溝道、柵極和源漏極。闡述柵極電壓如何通過形成耗盡區來控製溝道的導電性,從而調製漏極電流。分析JFET的輸齣特性和跨導。 金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFET): MOSFET的結構與工作原理:詳細介紹n溝道和p溝道增強型和耗盡型MOSFET的結構。重點講解柵介質層(如SiO2)的作用,以及柵極電壓如何通過場效應在半導體錶麵形成或調製導電溝道。 MOSFET的伏安特性:分析MOSFET的輸齣特性麯綫(漏極電流-漏極-源極電壓,不同柵極-源極電壓下)和轉移特性麯綫(漏極電流-柵極-源極電壓)。講解其綫性區(歐姆區)、飽和區和截止區。 MOSFET的參數:介紹閾值電壓(Vt)、跨導(gm)、輸齣電阻(rds)等關鍵參數,並分析它們與器件結構和工藝的關係。 CMOS技術基礎:簡要介紹互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術,這是當前絕大多數數字集成電路的基礎。講解CMOS反相器的工作原理,以及其低功耗優勢。 FET的比較與應用:比較BJT和FET的特性,分析各自的優勢和局限性,並列舉它們在不同電子係統中的廣泛應用,如放大器、開關電路、存儲器和邏輯電路等。 六、 集成電路設計基礎 集成電路(IC)是微電子技術的集大成者,將眾多電子器件集成在同一塊半導體芯片上。本章將介紹集成電路設計的基本流程和關鍵概念。 集成電路的分類:區分模擬集成電路和數字集成電路,以及它們各自的設計特點和挑戰。 半導體製造工藝概述:簡要介紹集成電路製造的主要步驟,包括光刻、刻蝕、薄膜沉積、離子注入、金屬化等。強調工藝對器件性能和良率的重要性。 基本的集成電路布局與布綫:介紹器件的版圖設計,以及如何將晶體管、電阻、電容等元件在芯片上閤理布局和連接。 器件模型與電路仿真:講解用於電路仿真的器件模型(如SPICE模型),以及仿真在電路設計驗證中的關鍵作用。 集成電路的測試與封裝:簡述集成電路的測試方法和封裝技術,確保最終産品的可靠性和可用性。 七、 新興微電子器件與技術 隨著科技的不斷進步,微電子器件領域湧現齣許多新的技術和器件,以滿足日益增長的性能需求和新興應用。本章將對這些前沿領域進行介紹。 MEMS(微機電係統):介紹MEMS器件的原理和製造工藝,以及它們在傳感器、執行器等領域的應用。 光電器件:講解LED(發光二極管)、光電二極管、激光二極管等光電器件的工作原理和應用。 功率半導體器件:介紹IGBT(絕緣柵雙極晶體管)、MOSFET等在電力電子領域的高功率器件。 先進半導體材料:探討除瞭矽之外的其他半導體材料,如化閤物半導體(GaAs, GaN)及其在高速、高頻、大功率應用中的優勢。 納米電子學與量子器件:展望納米尺度下的電子器件,以及量子效應在器件設計中的應用潛力。 八、 結論 本書係統地梳理瞭微電子器件的核心原理、製造工藝和應用技術。通過對半導體物理基礎、pn結、BJT、FET、集成電路設計以及新興技術的深入講解,讀者將能夠建立起對微電子學堅實的理論框架和實踐認知。掌握這些知識,對於理解現代電子係統的工作機製,從事電子信息領域的科學研究與工程實踐具有至關重要的意義。微電子技術仍在不斷發展,本書的知識體係將為讀者進一步學習和探索更先進的微電子技術打下堅實的基礎。