具体描述
基本信息
书名：模拟电子技术基础(第2版)
定价：48.00元
作者：成立,王振宇
出版社：东南大学出版社
出版日期：2015-01-01
ISBN：9787564154332
字数：
页码：335
版次：2
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.4kg
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内容提要
《模拟电子技术基础（第2版）》第2版的编者们参考了国家教育部高等学校电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导分委员会2004年制定的“模拟电子技术基础课程教学基本要求（修订稿）”，结合长期执教电子技术课程的教学经验，根据版教材的使用情况，对全书进行了认真的修改和补充。书中内容仍以模拟集成电路为主，但保留了作为分立元件电路和集成电路共同基础的重要内容。《模拟电子技术基础（第2版）》在编写过程中，采取了突出重点、分散难点、适宜制作PPT课件的做法。全书共分为9章，～8章配备有适量的例题和习题，另外还配套编写了学习指导及习题解答书。
《模拟电子技术基础（第2版）》适用于理工科高校相关专业（包括自动化、电气工程及其自动化、电子信息工程、电子信息科学与技术、生物医学工程、通信工程、计算机科学与技术、物联网工程、测控技术与仪器、机械电子工程、光信息技术等）“模拟电子技术基础”课程的教学，也可供有关工程技术人员自学及参考。
目录
主要符号表
1 半导体器件
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 本征半导体
1.1.2 杂质半导体
1.1.3 PN结及其特性
1.2 半导体二极管
1.2.1 二极管的结构和类型
1.2.2 二极管的伏安特性
1.2.3 二极管的参数
1.2.4 二极管的型号及其选择
1.2.5 二极管应用电路及其分析方法
1.2.6 硅稳压管
1.2.7 其他类型的二极管
1.3 双极型晶体三极管（BJT）
1.3.1 BJT的结构
1.3.2 BJT的电流分配与放大作用
1.3.3 共射接法BJT的特性曲线
1.3.4 BJT的主要参数及其安全工作区
1.3.5 BJT的类型、型号和选用原则
1.4 光电晶体管
1.5 场效应晶体管（FET）
1.5.1 结型场效应管
1.5.2 绝缘栅场效应管
1.5.3 FET的主要参数
1.5.4 FET与BJT的比较
1.6 集成电路（IC）
1.6.1 IC制造工艺
1.6.2 IC的特点
习题1
2 基本放大电路
2.1 晶体管放大电路的组成及其工作原理
2.1.1 放大的概念与放大电路的组成
2.1.2 共射基本放大电路组成及其工作原理
2.2 图解分析法
2.2.1 静态工作情况分析
2.2.2 动态工作情况分析
2.2.3 静态工作点的选择
2.3 微变等效电路分析法
2.3.1 BJT的低频小信号模型及其参数
2.3.2 用BJT的微变等效电路法分析共射基本放大电路
2.3.3 两种分析方法的比较
2.4 其他基本放大电路
2.4.1 分压式偏置稳定的共射放大电路
2.4.2 BJT共集放大电路（射极输出器）
2.4.3 BJT共基放大电路
2.4.4 3种组态BJT基本放大电路的比较
2.5 场效应管放大电路
2.5.1 FET放大电路的直流偏置及静态分析
2.5.2 用微变等效电路法分析FET放大电路
2.6 组合放大单元电路
2.6.1 共集一共射放大电路
2.6.2 共集一共集放大电路
2.6.3 共射一共基放大电路
2.7 放大电路的频率响应
2.7.1 频率响应的基本概念
2.7.2 单时间常数RC电路的频率响应
2.7.3 RC高通电路的频率响应
2.7.4 BJT的高频小信号模型及频率参数
2.7.5 基本共射放大电路的频率响应
2.7.6 放大电路的增益一带宽积
2.7.7 多级放大电路的频率响应
习题2
3 多级放大电路和集成运算放大器
3.1 多级放大电路
3.1.1 级间耦合方式
3.1.2 直接耦合多级放大电路的Q点配置和零点漂移问题
3.1.3 多级放大电路的分析
3.2 电流源电路
3.2.1 BJT电流源电路
3.2.2 FET电流源电路
3.3 差动放大电路
3.3.1 差动放大电路的一般结构
3.3.2 射极耦合差动放大电路
3.3.3 源极耦合差动放大电路
3.4 集成运算放大器
3.4.1 集成运放的组成
3.4.2 集成运放的主要性能指标
3.4.3 典型的集成运算放大器
习题3
4 反馈放大电路
4.1 反馈的基本概念和类型
4.1.1 反馈的基本概念
4.1.2 交流负反馈的组态及其判别方法
4.2 反馈放大电路的框图表示法
4.2.1 反馈放大电路的框图
4.2.2 框图中各信号量的含义及其量纲
4.2.3 闭环增益Af的一般表达式
4.2.4 反馈深度1+AF
4.3 负反馈对放大电路性能的影响
4.3.1 提高闭环增益At的稳定性
4.3.2 展宽通频带
4.3.3 减小非线性失真，抑制干扰和噪声
4.3.4 负反馈对输入电阻和输出电阻的影响
4.4 负反馈的正确引入
4.5 负反馈放大电路的分析计算
4.5.1 深度负反馈放大电路的本质特点
4.5.2 深度负反馈放大电路的分析估算举例
4.6 负反馈放大电路中的自激振荡及其消除
4.6.1 产生自激的原因及其条件
4.6.2 负反馈放大电路的稳定性及自激振荡的消除
习题4
5 集成运算放大器的线性应用电路
5.1 集成运放的应用分类与分析方法
5.1.1 集成运放的应用分类
5.1.2 集成运放的电压传输特性
5.1.3 集成运放应用电路的分析方法
5.1.4 运算电路中集成运放的输入方式
5.2 基本运算电路
5.2.1 比例运算电路
5.2.2 加法和减法运算电路
5.2.3 积分和微分运算电路
5.2.4 对数和指数运算电路
5.2.5 集成运放组合电路分析举例
5.3 乘法和除法运算电路
5.3.1 模拟乘法器
5.3.2 利用对数和指数电路的乘法电路
5.3.3 变跨导式模拟乘法电路
5.3.4 模拟乘法器的应用
5.3.5 除法运算电路
5.4 有源滤波电路
5.4.1 滤波电路的功能、分类和主要参数
5.4.2 有源滤波电路的分析方法
5.4.3 有源滤波电路举例
5.5 开关电容滤波电路
5.5.1 基本原理
5.5.2 开关电容滤波电路的非理想效应
习题5
6 信号产生电路
6.1 正弦波振荡器的自激条件及其一般问题
6.1.1 正弦波振荡器产生振荡的条件
6.1.2 正弦波振荡器的组成及分析方法
6.2 RC桥式正弦波振荡器
6.2.1 RC串并联网络的选频特性
6.2.2 RC桥式正弦波振荡器的分析
6.3 LC正弦波振荡器
6.3.1 LC谐振回路的选频特性
6.3.2 变压器耦合式LC正弦波振荡器
6.3.3 LC三点式正弦波振荡器
6.3.4 石英晶体振荡器
6.4 电压比较器及非正弦波发生电路
6.4.1 电压比较器
6.4.2 非正弦波发生电路
6.5 压控振荡器
习题6
7 功率放大电路
7.1 概述
7.2 单管甲类功率放大电路
7.3 互补对称功率放大电路
7.3.1 乙类互补对称功放电路
7.3.2 甲乙类互补对称功放电路
7.3.3 功放电路中功率管的选择
7.4 实际的功率放大电路
7.4.1 OCL准互补功放电路
7.4.2 采用集成运放的OCL准互补功放电路
7.4.3 单电源供电的0TL功放电路
7.4.4 集成功率放大器
7.5 功率器件
7.5.1 功率BJT
7.5.2 功率MOSFET
7.5.3 功率模块
习题7
8 直流稳压电源
8.1 概述
8.2 整流电路
8.2.1 整流电路的技术指标
8.2.2 单相半波整流电路
8.2.3 单相桥式整流电路
8.3 滤波电路
8.3.1 电容滤波电路
8.3.2 电感电容滤波电路
8.3.3 π形滤波电路
8.4 稳压电路
8.4.1 稳压电路的功能和性能指标
8.4.2 硅稳压管稳压电路
8.4.3 线性串联型稳压电源
8.4.4 稳压电路的保护措施
8.4.5 集成稳压器及其应用电路
8.4.6 串联开关式稳压电源
8.5 直流变换型电源
习题8
9 Multisiml0.0软件工具及其仿真应用
9.1 Multisiml0.0概述
9.2 M1JltisimlO主界面及其工具栏
9.2.1 主界面
9.2.2 工具栏简介
9.3 MultisimlO.0常用仪器仪表使用
9.4 Multisiml0.0基本操作
9.4.1 原理图建立步骤
9.4.2 元器件放置
9.4.3 连线操作
9.4.4 文件存盘
9.5 用Multisiml0.0仿真模拟电路
9.5.1 分压式偏置稳定的共射放大电路
9.5.2 射极耦合差动放大电路
9.5.3 集成运放线性应用电路（乘法运算电路）
9.5.4 用Multisim10.0模拟正弦波振荡器
附录
附录A 半导体器件型号命名方法
附录B 国产半导体集成电路型号命名方法
附录C 常用运算放大器外型号对照表
附录D 模拟集成乘法器电路及其主要参数
附录E 电源专用集成电路
附录F 密勒定理及其证明
附录G 常用ADC和DAC芯片简介
附录H 电阻器型号、名称和标称系列
参考文献
作者介绍
文摘
序言
主要符号表
1 半导体器件
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 本征半导体
1.1.2 杂质半导体
1.1.3 PN结及其特性
1.2 半导体二极管
1.2.1 二极管的结构和类型
1.2.2 二极管的伏安特性
1.2.3 二极管的参数
1.2.4 二极管的型号及其选择
1.2.5 二极管应用电路及其分析方法
1.2.6 硅稳压管
1.2.7 其他类型的二极管
1.3 双极型晶体三极管（BJT）
1.3.1 BJT的结构
1.3.2 BJT的电流分配与放大作用
1.3.3 共射接法BJT的特性曲线
1.3.4 BJT的主要参数及其安全工作区
1.3.5 BJT的类型、型号和选用原则
1.4 光电晶体管
1.5 场效应晶体管（FET）
1.5.1 结型场效应管
1.5.2 绝缘栅场效应管
1.5.3 FET的主要参数
1.5.4 FET与BJT的比较
1.6 集成电路（IC）
1.6.1 IC制造工艺
1.6.2 IC的特点
习题1
2 基本放大电路
2.1 晶体管放大电路的组成及其工作原理
2.1.1 放大的概念与放大电路的组成
2.1.2 共射基本放大电路组成及其工作原理
2.2 图解分析法
2.2.1 静态工作情况分析
2.2.2 动态工作情况分析
2.2.3 静态工作点的选择
2.3 微变等效电路分析法
2.3.1 BJT的低频小信号模型及其参数
2.3.2 用BJT的微变等效电路法分析共射基本放大电路
2.3.3 两种分析方法的比较
2.4 其他基本放大电路
2.4.1 分压式偏置稳定的共射放大电路
2.4.2 BJT共集放大电路（射极输出器）
2.4.3 BJT共基放大电路
2.4.4 3种组态BJT基本放大电路的比较
2.5 场效应管放大电路
2.5.1 FET放大电路的直流偏置及静态分析
2.5.2 用微变等效电路法分析FET放大电路
2.6 组合放大单元电路
2.6.1 共集一共射放大电路
2.6.2 共集一共集放大电路
2.6.3 共射一共基放大电路
2.7 放大电路的频率响应
2.7.1 频率响应的基本概念
2.7.2 单时间常数RC电路的频率响应
2.7.3 RC高通电路的频率响应
2.7.4 BJT的高频小信号模型及频率参数
2.7.5 基本共射放大电路的频率响应
2.7.6 放大电路的增益一带宽积
2.7.7 多级放大电路的频率响应
习题2
3 多级放大电路和集成运算放大器
3.1 多级放大电路
3.1.1 级间耦合方式
3.1.2 直接耦合多级放大电路的Q点配置和零点漂移问题
3.1.3 多级放大电路的分析
3.2 电流源电路
3.2.1 BJT电流源电路
3.2.2 FET电流源电路
3.3 差动放大电路
3.3.1 差动放大电路的一般结构
3.3.2 射极耦合差动放大电路
3.3.3 源极耦合差动放大电路
3.4 集成运算放大器
3.4.1 集成运放的组成
3.4.2 集成运放的主要性能指标
3.4.3 典型的集成运算放大器
习题3
4 反馈放大电路
4.1 反馈的基本概念和类型
4.1.1 反馈的基本概念
4.1.2 交流负反馈的组态及其判别方法
4.2 反馈放大电路的框图表示法
4.2.1 反馈放大电路的框图
4.2.2 框图中各信号量的含义及其量纲
4.2.3 闭环增益Af的一般表达式
4.2.4 反馈深度1+AF
4.3 负反馈对放大电路性能的影响
4.3.1 提高闭环增益At的稳定性
4.3.2 展宽通频带
4.3.3 减小非线性失真，抑制干扰和噪声
4.3.4 负反馈对输入电阻和输出电阻的影响
4.4 负反馈的正确引入
4.5 负反馈放大电路的分析计算
4.5.1 深度负反馈放大电路的本质特点
4.5.2 深度负反馈放大电路的分析估算举例
4.6 负反馈放大电路中的自激振荡及其消除
4.6.1 产生自激的原因及其条件
4.6.2 负反馈放大电路的稳定性及自激振荡的消除
习题4
5 集成运算放大器的线性应用电路
5.1 集成运放的应用分类与分析方法
5.1.1 集成运放的应用分类
5.1.2 集成运放的电压传输特性
5.1.3 集成运放应用电路的分析方法
5.1.4 运算电路中集成运放的输入方式
5.2 基本运算电路
5.2.1 比例运算电路
5.2.2 加法和减法运算电路
5.2.3 积分和微分运算电路
5.2.4 对数和指数运算电路
5.2.5 集成运放组合电路分析举例
5.3 乘法和除法运算电路
5.3.1 模拟乘法器
5.3.2 利用对数和指数电路的乘法电路
5.3.3 变跨导式模拟乘法电路
5.3.4 模拟乘法器的应用
5.3.5 除法运算电路
5.4 有源滤波电路
5.4.1 滤波电路的功能、分类和主要参数
5.4.2 有源滤波电路的分析方法
5.4.3 有源滤波电路举例
5.5 开关电容滤波电路
5.5.1 基本原理
5.5.2 开关电容滤波电路的非理想效应
习题5
6 信号产生电路
6.1 正弦波振荡器的自激条件及其一般问题
6.1.1 正弦波振荡器产生振荡的条件
6.1.2 正弦波振荡器的组成及分析方法
6.2 RC桥式正弦波振荡器
6.2.1 RC串并联网络的选频特性
6.2.2 RC桥式正弦波振荡器的分析
6.3 LC正弦波振荡器
6.3.1 LC谐振回路的选频特性
6.3.2 变压器耦合式LC正弦波振荡器
6.3.3 LC三点式正弦波振荡器
6.3.4 石英晶体振荡器
6.4 电压比较器及非正弦波发生电路
6.4.1 电压比较器
6.4.2 非正弦波发生电路
6.5 压控振荡器
习题6
7 功率放大电路
7.1 概述
7.2 单管甲类功率放大电路
7.3 互补对称功率放大电路
7.3.1 乙类互补对称功放电路
7.3.2 甲乙类互补对称功放电路
7.3.3 功放电路中功率管的选择
7.4 实际的功率放大电路
7.4.1 OCL准互补功放电路
7.4.2 采用集成运放的OCL准互补功放电路
7.4.3 单电源供电的0TL功放电路
7.4.4 集成功率放大器
7.5 功率器件
7.5.1 功率BJT
7.5.2 功率MOSFET
7.5.3 功率模块
习题7
8 直流稳压电源
8.1 概述
8.2 整流电路
8.2.1 整流电路的技术指标
8.2.2 单相半波整流电路
8.2.3 单相桥式整流电路
8.3 滤波电路
8.3.1 电容滤波电路
8.3.2 电感电容滤波电路
8.3.3 π形滤波电路
8.4 稳压电路
8.4.1 稳压电路的功能和性能指标
8.4.2 硅稳压管稳压电路
8.4.3 线性串联型稳压电源
8.4.4 稳压电路的保护措施
8.4.5 集成稳压器及其应用电路
8.4.6 串联开关式稳压电源
8.5 直流变换型电源
习题8
9 Multisiml0.0软件工具及其仿真应用
9.1 Multisiml0.0概述
9.2 M1JltisimlO主界面及其工具栏
9.2.1 主界面
9.2.2 工具栏简介
9.3 MultisimlO.0常用仪器仪表使用
9.4 Multisiml0.0基本操作
9.4.1 原理图建立步骤
9.4.2 元器件放置
9.4.3 连线操作
9.4.4 文件存盘
9.5 用Multisiml0.0仿真模拟电路
9.5.1 分压式偏置稳定的共射放大电路
9.5.2 射极耦合差动放大电路
9.5.3 集成运放线性应用电路（乘法运算电路）
9.5.4 用Multisim10.0模拟正弦波振荡器
附录
附录A 半导体器件型号命名方法
附录B 国产半导体集成电路型号命名方法
附录C 常用运算放大器外型号对照表
附录D 模拟集成乘法器电路及其主要参数
附录E 电源专用集成电路
附录F 密勒定理及其证明
附录G 常用ADC和DAC芯片简介
附录H 电阻器型号、名称和标称系列
参考文献
《电子学原理与应用》 第一章 绪论 电子学作为一门研究电信号产生、传输、处理和应用的学科，在现代社会中扮演着至关重要的角色。从微小的集成电路到庞大的通信网络，电子学的技术渗透到我们生活的方方面面，驱动着科技的进步和社会的发展。本章旨在为读者建立一个宏观的认识框架，简要介绍电子学的历史沿革、基本概念、研究对象以及其在不同领域的广泛应用，为后续深入学习打下基础。 1.1 电子学的历史与发展 电子学的诞生可以追溯到19世纪末20世纪初，随着电磁波的发现和真空管的发明，人类开始能够控制和操纵电子的流动，从而实现了电信号的放大和转换。从最初的无线电通信到电视广播，电子技术不断突破，为信息时代的到来奠定了物质基础。20世纪中叶，半导体材料的出现及其特性的深入研究，催生了晶体管，这是电子学发展史上的又一个里程碑。晶体管的体积小、功耗低、性能优越，为电子设备的集成化和小型化提供了可能。随后，集成电路（IC）的发明更是将成千上万甚至数十亿个晶体管集成在同一块芯片上，极大地提高了电子设备的性能和效率，开启了微电子时代。如今，随着纳米技术、量子计算等前沿科学的不断发展，电子学正朝着更加微观、智能和高效的方向迈进，不断拓展其应用边界。 1.2 基本概念与术语 理解电子学，首先需要掌握一些基本概念和术语。 电荷（Charge）：物质的基本属性之一，分为正电荷和负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。电荷的单位是库仑（Coulomb）。 电流（Current）：电荷的定向移动形成的物理现象。电流的大小表示单位时间内通过导体横截面的电荷量，单位是安培（Ampere）。电流有方向性，规定为正电荷移动的方向。 电压（Voltage）：电场力作用下，单位正电荷从一点移动到另一点所做的功。电压是驱动电荷移动的原因，单位是伏特（Volt）。 电阻（Resistance）：导体对电流的阻碍作用。电阻的大小与导体的材料、长度、横截面积以及温度有关，单位是欧姆（Ohm）。 功率（Power）：单位时间内电场力所做的功，即电能的转化和传输速率。单位是瓦特（Watt）。 电路（Circuit）：由各种电子元件（如电阻、电容、电感、半导体器件等）相互连接而成的通路。 信号（Signal）：携带信息的物理量，可以是电信号（如电压、电流）或其他形式的能量。在电子学中，我们主要研究电信号。 模拟信号（Analog Signal）：连续变化的信号，其幅值与所代表的信息成比例。 数字信号（Digital Signal）：离散的信号，通常用二进制（0和1）来表示。 1.3 电子学的研究对象与方法 电子学的研究对象主要是各种电子元件、电路以及由它们组成的系统。这些系统可以从微观层面（如半导体器件内部的载流子行为）到宏观层面（如通信系统、控制系统）进行分析和设计。 电子元件（Electronic Components）：构成电子电路的基本单元，包括无源元件（如电阻、电容、电感）和有源元件（如二极管、三极管、场效应管、集成电路等）。 电路分析（Circuit Analysis）：研究电路中电压、电流、功率等参数之间的关系，常用的分析方法包括基尔霍夫定律、节点电压法、网孔电流法等。 电路设计（Circuit Design）：根据特定的功能要求，选择合适的电子元件，并将其连接起来，构建出满足性能指标的电路。 系统集成（System Integration）：将多个独立的电子电路或模块组合起来，形成一个完整的电子系统，实现更复杂的功能。 1.4 电子学在各领域的应用 电子学的应用无处不在，深刻地改变了我们的生活和工作方式。 通信系统（Communication Systems）：从最初的电报、电话，到现在的手机、互联网、卫星通信，电子技术是实现信息远距离传输的关键。 计算机与信息技术（Computer and Information Technology）：计算机的核心是集成电路，其运算速度、存储容量和处理能力都依赖于电子技术的进步。 消费电子（Consumer Electronics）：电视、收音机、MP3播放器、数码相机、智能手机等，都是电子学技术的直接体现。 工业自动化（Industrial Automation）：工业控制系统、机器人、传感器等，广泛应用于生产制造过程，提高效率和安全性。 医疗电子（Medical Electronics）：医疗仪器（如心电图仪、X光机、核磁共振仪）、植入式医疗设备等，为疾病诊断和治疗提供了有力支持。 航空航天（Aerospace）：导航系统、通信设备、控制系统等，在飞机、卫星和航天器中发挥着至关重要的作用。 新能源技术（New Energy Technologies）：太阳能电池、风力发电控制系统、电动汽车充电桩等，都离不开电子学技术的支撑。 1.5 学习电子学的意义与挑战 学习电子学不仅能够帮助我们理解现代科技的运行原理，更能够培养我们的逻辑思维、分析能力和解决问题的能力。它是一门理论与实践紧密结合的学科，深入的学习需要扎实的数学和物理基础，以及不断的动手实践和实验操作。掌握电子学知识，意味着掌握了创造和改造世界的一种强大工具。 本章通过对电子学基本概念、历史发展和广泛应用的概述，希望能激发读者对这门学科的兴趣。在接下来的章节中，我们将深入探讨电子学的具体理论和技术，为读者构建更加系统和深入的知识体系。 --- 第二章 电路的基本概念与分析方法 电路是电子系统的基础，理解电路的构成、工作原理和分析方法是掌握电子学的关键。本章将详细介绍电路的基本概念，如电路的组成、电路图的表示方法，并介绍分析电路行为的常用基本定律和方法。 2.1 电路的基本组成 一个完整的电路通常由以下几部分组成： 电源（Power Source）：提供电能的装置，可以是直流电源（如电池、稳压电源）或交流电源（如发电机、市电）。电源的电压和电流是驱动电路工作的基本动力。 负载（Load）：消耗电能的元件或设备，如电阻、灯泡、电机等。负载将电能转化为其他形式的能（如热能、光能、机械能）。 导线（Wires）：连接电源和负载，形成电流通路。理想的导线被认为是电阻为零的。 开关（Switch）：控制电路通断的装置。打开开关，电路断开，电流停止；闭合开关，电路接通，电流开始流动。 2.2 电路图与符号 为了方便描述和分析电路，我们使用标准的电路图符号来表示各种元件。 导线：通常用直线表示，连接处用圆点表示。 电源：直流电源用一个长条（正极）和一个短条（负极）表示；交流电源用一个圆圈内带波浪线的符号表示。 电阻：用锯齿形线段表示。 电容：用两条平行线段表示。 电感：用一系列环绕的曲线表示。 开关：用一个可移动的触点和一个固定触点表示。 接地符号：表示电路的参考点，其电势通常被设为零。 熟练掌握电路图符号是阅读和绘制电路图的基础。 2.3 基尔霍夫定律（Kirchhoff's Laws） 基尔霍夫定律是分析复杂电路的基础，它基于电荷守恒和能量守恒定律。 基尔霍夫电流定律（KCL）：在一个电路的任何一个节点上，所有流入该节点的电流之和等于所有流出该节点的电流之和。数学表达式为： $$ sum_{k=1}^{n} I_k = 0 $$ 其中，$I_k$ 为通过节点k的电流，流入记为正，流出记为负。 基尔霍夫电压定律（KVL）：在一个闭合的电路回路中，所有支路电压的代数和等于零。数学表达式为： $$ sum_{k=1}^{n} V_k = 0 $$ 其中，$V_k$ 为回路中各段电压，沿回路方向，电压升高记为正，电压降低记为负。 基尔霍夫定律为我们分析含有多个电源和多个支路的复杂电路提供了系统的数学工具。 2.4 电路分析方法 基于基尔霍夫定律，我们发展出多种电路分析方法： 节点电压法（Nodal Analysis）：以选取一个参考节点（通常是接地节点）为基准，设其他各非参考节点的电压为未知数，然后根据KCL列出方程组，求解各节点的电压。 网孔电流法（Mesh Analysis）：在不含独立电流源的平面电路中，选取若干个网孔（独立的闭合回路），设每个网孔内有一个网孔电流，然后根据KVL列出方程组，求解各网孔电流。 支路电流法（Branch Current Method）：不事先定义网孔电流，而是直接在每个支路上设定一个电流，然后列出KCL和KVL方程组，求解所有支路电流。 2.5 叠加原理（Superposition Principle） 对于线性电路，叠加原理是一个非常有用的分析工具。它指出，在一个含多个独立电源的线性电路中，任何一个支路的响应（如电流或电压）等于各个独立电源单独作用时在该支路产生的响应的代数和。 应用叠加原理时，需要注意以下几点： 每次只考虑一个独立电源，将其他所有独立电源置零。电压源置零相当于将其短路（电阻为零），电流源置零相当于将其开路（电阻无穷大）。 计算每个电源单独作用时的响应。 将所有独立电源作用时的响应代数相加，得到总响应。 2.6 等效变换（Equivalent Transformation） 在简化电路分析时，等效变换是一种重要的手段。 串联和并联电阻的等效： 多个电阻串联的总电阻等于各电阻之和：$R_{eq} = R_1 + R_2 + ... + R_n$ 多个电阻并联的总电阻的倒数等于各电阻倒数之和：$frac{1}{R_{eq}} = frac{1}{R_1} + frac{1}{R_2} + ... + frac{1}{R_n}$ 两个电阻并联的等效电阻可以简写为：$R_{eq} = frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}$ 电源的等效变换： 戴维宁定理（Thevenin's Theorem）：任何一个线性的、含有独立电源的二端网络，都可以等效为一个电压源 $V_{th}$ 和一个串联电阻 $R_{th}$ 的组合。 诺顿定理（Norton's Theorem）：任何一个线性的、含有独立电源的二端网络，都可以等效为一个电流源 $I_N$ 和一个并联电阻 $R_N$ 的组合。 通过等效变换，可以将复杂的电路简化为更易于分析的形式，从而更清晰地理解电路的工作特性。 2.7 交流电路基础 除了直流电路，电子系统中也广泛存在交流电路。在分析交流电路时，我们需要引入复数和相量的概念来表示幅度和相位。 正弦交流电：其瞬时值可以表示为 $v(t) = V_m sin(omega t + phi)$，其中 $V_m$ 是最大值，$omega$ 是角频率，$phi$ 是初相位。 有效值（RMS）：交流电的有效值定义为与产生相同热效应的直流电的数值相等。对于正弦交流电，有效值 $V_{eff} = frac{V_m}{sqrt{2}}$。 相量（Phasor）：将正弦量表示为一个复数，幅值是该正弦量的最大值或有效值，相位是该正弦量的初相位。 阻抗（Impedance）：交流电路中对电流的阻碍作用，它不仅包括电阻，还包括电容和电感的容抗和感抗，通常用复数表示。 本章为读者奠定了分析和理解电路的基础。熟练掌握这些基本概念和分析方法，是进一步深入学习电子学其他分支的关键。 --- 第三章 半导体二极管及其应用 半导体器件是现代电子技术的基石，其中二极管是最基本也是最重要的半导体器件之一。本章将深入介绍半导体二极管的结构、工作原理、特性以及其在各种电路中的典型应用。 3.1 半导体基础知识回顾 在深入了解二极管之前，有必要简要回顾半导体材料的基本特性。 本征半导体（Intrinsic Semiconductor）：纯净的半导体材料，如硅（Si）和锗（Ge），其导电能力介于导体和绝缘体之间。在常温下，本征半导体中存在少量自由电子和空穴，但导电性较弱。 外延半导体（Extrinsic Semiconductor）：通过掺杂（Doping）技术，向本征半导体中引入少量杂质原子，可以显著改变其导电性。 N型半导体（N-type Semiconductor）：掺入五价元素（如磷P）后，多余的电子成为多数载流子，空穴成为少数载流子。 P型半导体（P-type Semiconductor）：掺入三价元素（如硼B）后，多余的空穴成为多数载流子，电子成为少数载流子。 3.2 PN结的形成与特性 PN结是二极管的核心结构，它是将P型半导体和N型半导体紧密结合而形成的。 PN结的形成：当P型半导体和N型半导体接触时，由于载流子浓度的差异，P区的空穴会扩散到N区，N区的电子会扩散到P区。扩散过程中，P区失去空穴带正电，N区失去电子带负电，在PN结界面附近形成一个耗尽区（Depletion Region），耗尽区内几乎没有自由载流子，呈现出较高的电阻。同时，耗尽区两侧的固定电荷会形成一个内建电场（Built-in Electric Field），这个电场阻止了载流子的进一步扩散，从而达到动态平衡。 PN结的单向导电性：PN结的单向导电性是其最基本的特性，也是二极管实现整流功能的关键。 正向偏置（Forward Bias）：当外加电压的极性与PN结的内建电场方向相反时，即P区接正、N区接负，外加电压会削弱内建电场，使得耗尽区变窄。当外加电压足够大（达到导通电压 $V_{on}$）时，多数载流子（P区的空穴和N区的电子）能够越过耗尽区，形成较大的正向电流。 反向偏置（Reverse Bias）：当外加电压的极性与PN结的内建电场方向相同时，即P区接负、N区接正，外加电压会增强内建电场，使得耗尽区变宽。此时，只有极少量的少数载流子能够越过耗尽区，形成一个很小的反向漏电流。当反向电压过大时，会发生击穿（Breakdown），导致 PN 结突然导通，电流急剧增大。 3.3 理想二极管模型与实际二极管模型 为了简化电路分析，我们通常使用二极管模型。 理想二极管模型： 正向导通时，视为短路（电压降为零）。 反向截止时，视为开路（电流为零）。 实际二极管模型（计入导通电压）： 正向导通时，视为一个固定的导通电压 $V_{on}$（硅二极管约为0.7V，锗二极管约为0.3V）串联一个小的正向电阻 $r_f$。 反向截止时，视为一个大的反向电阻（漏电流很小）。 折线模型（Piecewise Linear Model）：一种更精确的模型，将二极管的伏安特性曲线用几条直线段来近似表示，包含了导通电压、正向电阻和反向电阻等参数。 3.4 二极管的典型应用 二极管的单向导电性使其在电子电路中有广泛的应用。 整流电路（Rectifier Circuit）： 半波整流（Half-wave Rectification）：利用二极管的单向导电性，只允许交流电的半个周期通过，将交流电变为脉动的直流电。 全波整流（Full-wave Rectification）： 桥式整流（Bridge Rectification）：使用四个二极管组成桥式电路，可以利用交流电的两个半周期，输出脉动直流电，且输出电压的频率是电源频率的两倍，滤波效果更好。 中心抽头全波整流：使用一个变压器和两个二极管，也能实现全波整流，但需要中心抽头变压器。 滤波电路（Filter Circuit）：整流电路输出的脉动直流电仍然含有较大的交流分量，需要通过滤波电路（通常使用电容器或电感）来平滑输出电压，减小纹波，获得更接近纯直流的输出。 稳压电路（Voltage Regulator Circuit）： 齐纳二极管（Zener Diode）稳压：齐纳二极管在反向击穿区具有稳定的电压特性，可以用来构建简单的稳压电路。 限幅电路（Clipping Circuit）：利用二极管的导通特性，将输入信号的幅值限制在某个范围内。 钳位电路（Clamping Circuit）：利用二极管和电容器，将一个交流信号的直流分量进行抬升或降低，使其某个峰值固定在某个直流电平上。 逻辑门电路（Logic Gate Circuit）：虽然在现代集成电路中，二极管门电路已较少使用，但在某些特定场合，二极管也可以构成简单的逻辑门（如“与”门和“或”门）。 保护电路（Protection Circuit）：二极管可以用来防止电路中的反向电压损坏敏感元件。 3.5 特殊类型的二极管 除了普通的PN结二极管，还有许多具有特殊功能的二极管。 发光二极管（LED, Light Emitting Diode）：在正向导通时，PN结辐射出可见光，广泛应用于指示灯、显示屏等。 光电二极管（Photodiode）：在反向偏置下，光照强度会影响反向电流，可以用来检测光信号。 肖特基二极管（Schottky Diode）：采用金属与半导体接触形成结，具有正向导通电压低、开关速度快等优点，常用于高速开关电路和电源电路。 变容二极管（Varactor Diode）：其结电容随反向电压的变化而变化，常用于调谐电路。 掌握二极管的原理和应用，是理解更复杂的半导体器件和集成电路的基础。这些基础知识对于设计和分析各种电子电路至关重要。 --- 第四章 BJT（双极结型晶体管）的工作原理与应用 双极结型晶体管（BJT, Bipolar Junction Transistor）是电子学中另一个极其重要的有源器件，它具有放大和开关两种基本功能，是构成各种电子电路（如放大器、振荡器、逻辑电路等）的核心元件。本章将深入探讨BJT的结构、工作原理、特性以及其在电路中的常见应用。 4.1 BJT的结构与类型 BJT是一种由三个半导体区域组成的晶体管，中间夹杂着两个PN结。根据半导体材料的掺杂方式，BJT主要分为两种类型： NPN型BJT：由两个N型区域夹一个P型区域组成。其三个电极分别是发射区（Emitter, E）、基区（Base, B）和集电区（Collector, C）。 PNP型BJT：由两个P型区域夹一个N型区域组成。其三个电极分别是发射区（Emitter, E）、基区（Base, B）和集电区（Collector, C）。 NPN型和PNP型BJT的工作原理基本相似，只是载流子的类型和电压极性相反。在实际应用中，NPN型BJT更为常见。 4.2 BJT的工作原理——载流子传输 BJT的工作原理基于两个PN结的相互作用。以NPN型BJT为例，其内部包含一个N-P结（发射结）和一个P-N结（集电结）。 发射区（E）：发射区经过重掺杂，其主要作用是发射大量的载流子（电子）到基区。 基区（B）：基区是夹在发射区和集电区之间的薄层区域，经过轻掺杂。基区的作用是控制发射区发射的载流子（电子）到达集电区。 集电区（C）：集电区经过中等掺杂，其主要作用是收集从基区过来的载流子。 BJT的工作过程可以根据发射结和集电结的偏置情况进行划分： 截止区（Cutoff Region）：当发射结和集电结都处于反向偏置时，BJT不导通，集电极电流 $I_C$ 几乎为零。此时BJT相当于一个断开的开关。 放大区（Active Region）：当发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置时，BJT工作在放大区。这是BJT作为放大器的核心工作区域。 发射结正偏，使得大量电子从发射区注入基区。 基区非常薄且轻掺杂，绝大多数电子能够通过基区而不发生复合。 集电结反偏，对电子形成一个吸引力，使得绝大多数电子能够从基区漂移到集电区，形成集电极电流 $I_C$。 少部分电子在基区与基区的空穴发生复合，形成基极电流 $I_B$。 从发射区注入基区的总电流是发射极电流 $I_E$，它等于基极电流 $I_B$ 和集电极电流 $I_C$ 之和 ($I_E = I_B + I_C$)。 在放大区，集电极电流 $I_C$ 与基极电流 $I_B$ 之间存在一个近似线性的关系： $$ I_C = eta I_B $$ 其中，$eta$ 称为直流电流放大系数（Common Emitter DC Current Gain），它是一个表征BJT放大能力的重要参数，通常大于1。 饱和区（Saturation Region）：当发射结和集电结都处于正向偏置时，BJT工作在饱和区。此时，集电极电流 $I_C$ 达到最大值，不再随基极电流 $I_B$ 的增大而增大，集电极与发射极之间的电压降很小，接近于导通电压。此时BJT相当于一个闭合的开关。 反向放大区（Reverse Active Region）：当发射结反偏，集电结正偏时，BJT也可以工作，但此时的放大系数很小，很少用于放大。 4.3 BJT的输出特性曲线和输入特性曲线 输出特性曲线（Output Characteristics）：以集电极电压 $V_{CE}$ 为横轴，集电极电流 $I_C$ 为纵轴，在不同的恒定基极电流 $I_B$ 下绘制的曲线族。这些曲线反映了BJT在不同工作状态下的输出电流与电压的关系，可以清晰地看出截止区、放大区和饱和区的边界。 输入特性曲线（Input Characteristics）：以基极-发射极电压 $V_{BE}$ 为横轴，基极电流 $I_B$ 为纵轴，在不同的恒定集电极电压 $V_{CE}$ 下绘制的曲线族。这些曲线反映了BJT的输入端（基极）的伏安特性。 4.4 BJT的等效电路模型 为了在电路分析中使用BJT，我们建立了各种等效电路模型。 混合-π模型（Hybrid-π Model）：这是一个在高频分析中常用的模型，它将BJT表示为一系列电阻、电容和电流源的组合，能够更准确地描述BJT在高频下的行为。 混合参数模型（Hybrid-h Parameter Model）：这是一个通用模型，使用h参数来描述BJT的输入输出特性，适用于不同频率范围的分析。h参数通常可以从BJT的特性曲线上得到。 4.5 BJT在电路中的应用 BJT作为一种电流控制的电压控制器件，其应用非常广泛： 放大器（Amplifier）： 共发射极放大器（Common Emitter Amplifier）：具有较高的电压增益和功率增益，是应用最广泛的放大器电路。 共集电极放大器（Common Collector Amplifier，也称射极输出器）：具有较高的电流增益和电压跟随作用，输出阻抗低，输入阻抗高，常用于阻抗匹配。 共基极放大器（Common Base Amplifier）：具有较高的电压增益，但电流增益接近于1，输入阻抗低，输出阻抗高。 开关电路（Switching Circuit）：将BJT工作在截止区和饱和区，可以实现电子开关的功能，用于数字电路和控制电路。 振荡器（Oscillator）：利用BJT的放大作用和正反馈，可以产生周期性的电信号，如正弦波、方波等。 逻辑门电路（Logic Gate Circuit）：在早期的集成电路中，BJT曾被用于构建各种逻辑门（如TTL系列），虽然现在CMOS技术更为普遍，但BJT仍然是某些领域的重要组成部分。 功率放大器（Power Amplifier）：用于驱动扬声器、电机等负载，将较小的输入信号放大到足以驱动负载的功率。 4.6 场效应晶体管（FET）的初步介绍 除了BJT，场效应晶体管（FET, Field-Effect Transistor）是另一种重要的半导体器件，它是一种电压控制器件，其工作原理与BJT不同。FET的种类繁多，包括JFET（结型场效应管）和MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应管）。MOSFET是目前集成电路中最主要的器件类型，其特点是输入阻抗极高，功耗低。在后续章节中，我们将更详细地介绍FET。 掌握BJT的特性和应用，是理解和设计复杂电子系统的重要一步。它的放大能力和开关能力为实现各种电子功能提供了基础。 --- 第五章 FET（场效应晶体管）的工作原理与应用 场效应晶体管（FET, Field-Effect Transistor）是电子学中另一大类至关重要的半导体器件。与双极结型晶体管（BJT）是电流控制器件不同，FET是一种电压控制器件，其输入阻抗极高，功耗较低，因此在许多应用中比BJT更具优势，尤其是现代数字集成电路中的绝大多数都是基于MOSFET构建的。本章将详细介绍FET的结构、工作原理、特性以及其在电路中的典型应用。 5.1 FET的基本概念与类型 FET的工作原理是利用电场来控制半导体沟道（Channel）的导电性，从而控制漏极（Drain, D）和源极（Source, S）之间的电流。FET的控制端是栅极（Gate, G）。 FET主要可以分为两大类： 结型场效应管（JFET, Junction Field-Effect Transistor）： N沟道JFET：沟道材料是N型半导体，栅极是P型半导体。 P沟道JFET：沟道材料是P型半导体，栅极是N型半导体。 JFET的栅极和沟道之间形成一个PN结，当给栅极施加反向电压时，会形成一个夹断区（Pinch-off Region），从而控制沟道的导电性。 绝缘栅型场效应管（IGFET, Insulated Gate Field-Effect Transistor），最常见的形式是MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）。 N沟道MOSFET： 增强型（Enhancement Mode）：在没有栅极电压时，沟道不导通。施加适当极性的栅极电压后，会在沟道区域感应出载流子，形成导电的沟道。 耗尽型（Depletion Mode）：在没有栅极电压时，沟道已经存在，可以导通。施加反向栅极电压时，会耗尽沟道中的载流子，减小沟道导电性。 P沟道MOSFET：与N沟道MOSFET的原理相似，只是载流子的类型和电压极性相反。 在现代电子技术中，MOSFET（尤其是增强型MOSFET）占有极其重要的地位。 5.2 JFET的工作原理 以N沟道JFET为例，其结构是P型栅极围绕着N型沟道。 夹断型（Pinch-off）：当栅极和源极之间施加反向电压（$V_{GS} < 0$），PN结反偏，在栅极和沟道之间形成耗尽区。随着反向电压的增大，耗尽区变宽，挤压沟道的截面积，从而减小了漏极电流 $I_D$。 夹断点（Pinch-off Voltage, $V_P$）：当栅源电压 $V_{GS}$ 达到某个临界值（称为夹断电压，对于N沟道JFET，通常为负值）时，沟道被完全夹断，漏极电流 $I_D$ 几乎为零。 饱和区（Saturation Region）：在夹断点电压以下（即 $V_{GS} > V_P$），漏极电流 $I_D$ 随着栅源电压 $V_{GS}$ 的变化而变化，但基本不受漏极电压 $V_{DS}$ 的影响。这是JFET的放大工作区域。 线性区（Linear Region / Triode Region）：当漏极电压 $V_{DS}$ 较低时，沟道受栅极电压的影响，近似呈现一个可变电阻。 JFET的漏极电流 $I_D$ 和栅源电压 $V_{GS}$ 之间的关系可以用下式近似描述（在饱和区）： $$ I_D = I_{DSS} left( 1 - frac{V_{GS}}{V_P}
ight)^2 $$ 其中，$I_{DSS}$ 是当 $V_{GS} = 0$ 时的漏极电流。 5.3 MOSFET的工作原理 MOSFET的特点是栅极与沟道之间通过一层绝缘氧化层隔开，因此其输入阻抗极高，几乎没有栅极电流流入。 增强型N沟道MOSFET： 无导电沟道：当 $V_{GS} = 0$ 时，漏极和源极之间的区域是P型衬底，没有导电的N型沟道，因此 $I_D = 0$。 感应沟道（Inversion Layer）：当栅极施加正电压（$V_{GS} > V_{th}$，其中 $V_{th}$ 是阈值电压）时，正电荷在栅极下方的绝缘层吸引P型衬底中的少数载流子（电子）聚集，形成一个N型导电的“感应沟道”，连接漏极和源极。 饱和区：当 $V_{DS}$ 增大到一定程度时，沟道靠近漏极的一端会发生夹断。此时，$I_D$ 主要由 $V_{GS}$ 控制，与 $V_{DS}$ 无关。 线性区：当 $V_{DS}$ 较低时，沟道近似为线性电阻。 增强型N沟道MOSFET的漏极电流 $I_D$ 在饱和区大致满足： $$ I_D = K (V_{GS} - V_{th})^2 $$ 其中，$K$ 是由器件结构决定的比例系数。 耗尽型MOSFET：与增强型不同，耗尽型MOSFET在 $V_{GS} = 0$ 时就存在一个导电沟道，可以导电。通过改变栅极电压，可以增加或减少沟道的载流子数量，从而控制漏极电流。 5.4 FET的输出特性曲线和输入特性曲线 输出特性曲线（Output Characteristics）：以漏极电压 $V_{DS}$ 为横轴，漏极电流 $I_D$ 为纵轴，在不同的恒定栅源电压 $V_{GS}$ 下绘制的曲线族。这些曲线清晰地展示了FET的线性区、饱和区和夹断区。 输入特性曲线（Input Characteristics）：以栅源电压 $V_{GS}$ 为横轴，栅极电流 $I_G$（通常为零或极小）为纵轴绘制的曲线。由于栅极与沟道之间是绝缘的（MOSFET）或反偏的PN结（JFET），输入阻抗极高，因此输入特性曲线通常显示为一条接近于零电流的直线。 5.5 FET的等效电路模型 FET的等效电路模型与BJT的模型有所不同，但同样是为了方便电路分析。 小信号等效模型：在小信号放大电路分析中，FET可以被等效为一个受控电流源（由输入电压控制）和一个并联的输出电阻。对于MOSFET，其跨导 $g_m = frac{partial I_D}{partial V_{GS}}$ 是一个关键参数，表示栅极电压变化引起漏极电流变化的能力。 5.6 FET在电路中的应用 FET因其高输入阻抗、低功耗和优异的开关特性，在许多领域有着广泛应用。 放大器（Amplifier）： 共源放大器（Common Source Amplifier）：相当于BJT的共发射极放大器，具有较高的电压增益。 共漏放大器（Common Drain Amplifier，也称源极跟随器）：相当于BJT的共集电极放大器，具有单位电压增益，但能提供较大的电流增益，常用于阻抗匹配。 共栅放大器（Common Gate Amplifier）：相当于BJT的共基极放大器，具有较高的电压增益，输入阻抗低。 开关电路（Switching Circuit）：MOSFET是现代数字集成电路（如CPU、内存）中最基本的开关单元。其高输入阻抗使得信号驱动损耗很小。 功率开关（Power Switch）：大功率MOSFET（Power MOSFET）被广泛应用于电源管理、电机驱动、LED驱动等领域，能够高效地进行功率开关。 模拟开关（Analog Switch）：利用FET的开关特性，可以构建在信号路径中进行切换的模拟开关。 电荷泵（Charge Pump）：利用MOSFET的开关特性，将输入电压进行升压或降压。 5.7 CMOS技术 CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技术是目前集成电路制造中最主流的技术。它利用P沟道MOSFET和N沟道MOSFET互补地配对工作，实现了极低的静态功耗和高集成度。CMOS技术是构建现代数字芯片（如微处理器、存储器）的基础。 理解FET的原理和特性，是掌握现代电子技术，特别是数字电子和集成电路设计的关键。FET在高集成度、低功耗电子设备中的地位不可替代。 ---
