深入理解微电子电路设计——电子元器件、数字电路、模拟电路原理及应用（原书第5版）

教学资源：

中文翻译版由清华大学出版社出版，习题解答可到麦格劳希尔公司网站本书页面下载。

本书特色：

本书系统论述了微电子电路的基本知识及其应用，全书共分为18章，涵盖了固态电子学与器件、数字电路和模拟电路三部分知识体系，通过本书的学习，读者可以全面了解现代电子设计技术、模拟电路、数字电路及分立电路和集成电路。在固态电子学与器件部分，主要介绍了电子学的基本原理及固态电子学基础、二极管的i–V特性及晶体管的SPICE模型等内容，给出了电路设计中常用的*差情况分析、蒙特卡洛分析等主要分析方法。在数字电路部分，作者着重讲解了逻辑电路的基本概念，对NMOS、CMOS、MOS存储电路及双极型数字逻辑电路都进行了详细的讲解。在模拟电路部分，从放大器入手，详细介绍了放大器相关概念、二端口模型、反馈放大器频率响应、小信号建模、单晶体管放大器、差分放大器、反馈放大器及振荡器等内容。

（1）注重方法： 本书从工程角度定义了9步问题求解方法，定义清晰，书中的大量设计实例都是采用该方法进行求解，有助于读者加深对相关电路设计的理解与掌握。

（2）注重实践： 书中每章都提供了大量的设计实例，*后都会给出专门的设计习题、计算机习题和SPICE习题，并提供在线的习题指导。

（3）软件仿真： 本书注重电子技术的运用，采用计算机作为辅助工具，包括利用MATLAB、电子表格或者利用高级语言来开发设计选项，许多电路设计都提供了SPICE仿真模型，便于对所设计电路进行性能上的模拟验证。

（4）内容全面： 本书既有微电子电路相关的基础概念、分析方法，也有电子电路相关的特性、分析及设计，内容由浅入深，前后连贯，能够激发读者学习兴趣，启迪创新思想。

 

本书系统论述了微电子电路的基本知识及其应用，全书共分为18章，涵盖了固态电子学与器件、数字电路和模拟电路三部分知识体系。通过本书的学习，读者可以全面了解现代电子设计的基本技术、模拟电路和数字电路及分立电路和集成电路。在本书固态电子学与器件部分，主要介绍了电子学的基本原理、固态电子学基础、二极管的iv特性及晶体管的SPICE模型等内容，给出了电路设计中常用的*差情况分析、蒙特卡洛分析等主要分析方法。在数字电路部分，着重讲解了逻辑电路的基本概念，NMOS、CMOS、MOS存储电路及双极型数字逻辑电路。模拟电路部分，从放大器入手，详细介绍了放大器相关概念、二端口模型、反馈放大器频率响应、小信号建模、单晶体管放大器、差分放大器、反馈放大器及振荡器等内容。
通过本书的学习，读者可以掌握微电子电路相关的概念和知识，学会电路分析及电路设计方法。书中给出了大量的设计实例及练习供读者学习与实践。本书可以作为电子信息类、电气类专业本科生或研究生的专业教材或参考书，也可以作为从事固态电子学与器件、数字电路和模拟电路设计或开发的工程技术人员的参考书。

 

[美] 理查德·C.耶格（Richard C. Jaeger）  美国佛罗里达大学电气工程专业博士，奥本大学电气与计算机工程系资深教授，1995年被任命为研究生院杰出导师，主要研究领域为固态电路和器件、电子封装、压阻应力传感器、低温电子设备、VLSI设计以及电子设备和电路中的噪声等。

[美] 特拉维斯·N.布莱洛克（Travis N. Blalock）美国弗吉尼亚大学电气与计算机工程系教授。

第一部分

固态电子学与器件

第1章

电子学简介

1.1电子学发展简史： 从真空管到吉规模集成电路

1.2电信号的分类

1.2.1数字信号

1.2.2模拟信号

1.2.3A/D和D/A转换器——模拟与数字

信号的桥梁

1.3符号约定

1.4问题求解的方法

1.5电路理论的主要概念

1.5.1分压和分流

1.5.2戴维南定理和诺顿定理

1.6电信号的频谱

1.7放大器

1.7.1理想运算放大器

1.7.2放大器频率响应

1.8电路设计中元件参数的变化

1.8.1容差的数学模型

1.8.2最差情况分析

1.8.3蒙特卡洛分析

1.8.4温度系数

1.9数值精度

小结

关键词

参考文献

扩展阅读

习题

第2章

固态电子学

2.1固态电子材料

2.2共价键模型

2.3半导体中的漂移电流和迁移率

2.3.1漂移电流

2.3.2迁移率

2.3.3速度饱和

2.4本征硅的电阻率

2.5半导体中的杂质

2.5.1硅中的施主杂质

2.5.2硅中的受主杂质

2.6掺杂半导体中的电子和空穴浓度

2.6.1n型材料(ND>NA)

2.6.2p型材料(NA>ND)

2.7掺杂半导体中的迁移率和电阻率

2.8扩散电流

2.9总电流

2.10能带模型

2.10.1本征半导体中电子空穴对的产生

2.10.2掺杂半导体的能带模型

2.10.3补偿半导体

2.11集成电路制造综述

小结

关键词

参考文献

补充阅读

习题

 

第3章

固态二极管和二极管电路

3.1pn结二极管

3.1.1pn结静电学

3.1.2二极管内部电流

3.2二极管的iv特性

3.3二极管方程：二极管的数学模型

3.4二极管特性之反偏、零偏和正偏

3.4.1反偏

3.4.2零偏

3.4.3正偏

3.5二极管的温度系数

3.6反偏下的二极管

3.6.1实际二极管的饱和电流

3.6.2反向击穿

3.6.3击穿区的二极管模型

3.7pn结电容

3.7.1反偏

3.7.2正偏

3.8肖特基势垒二极管

3.9二极管的SPICE模型及版图

3.9.1二极管的版图

3.10二极管电路分析

3.10.1负载线分析法

3.10.2二极管数学模型分析法

3.10.3理想二极管模型

3.10.4恒压降模型

3.10.5模型比较与讨论

3.11多二极管电路

3.12二极管工作在击穿区域的分析

3.12.1负载线分析

3.12.2分段线性模型分析

3.12.3稳压器

3.12.4包含齐纳电阻的电路分析

3.12.5线性调整率和负载调整率

3.13半波整流电路

3.13.1带负载电阻的半波整流器

3.13.2整流滤波电容

3.13.3带RC负载的半波整流器

3.13.4纹波电压和导通期

3.13.5二极管电流

3.13.6浪涌电流

3.13.7额定峰值反向电压

3.13.8二极管功耗

3.13.9输出负电压的半波整流器

3.14全波整流电路

3.14.1输出负电压的全波整流器

3.15全波桥式整流

3.16整流器的比较及折中设计

3.17二极管的动态开关行为

3.18光电二极管、太阳能电池和发光二极管

3.18.1光电二极管和光探测器

3.18.2太阳能电池

3.18.3发光二极管（LED）

小结

关键词

参考文献

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习题

第4章

场效应晶体管

4.1MOS电容特性

4.1.1积累区

4.1.2耗尽区

4.1.3反型区

4.2NMOS晶体管

4.2.1NMOS晶体管的iv特性的定性描述

4.2.2NMOS晶体管的线性区特性

4.2.3导通电阻

4.2.4跨导

4.2.5iv特性的饱和

4.2.6饱和（夹断）区的数学模型

4.2.7饱和跨导

4.2.8沟道长度调制

4.2.9传输特性及耗尽型MOSFET

4.2.10体效应或衬底灵敏度

4.3PMOS晶体管

4.4MOSFET电路符号

4.5MOS晶体管的电容

4.5.1NMOS晶体管的线性区电容

4.5.2饱和区电容

4.5.3截止区电容

4.6SPICE中的MOSFET建模

4.7MOS晶体管的等比例缩放

4.7.1漏极电流

4.7.2栅极电容

4.7.3电流和功率密度

4.7.4功耗延迟积

4.7.5截止频率

4.7.6大电场限制

4.7.7包含高场限制的统一MOS晶体管模型

4.7.8亚阈值导通

4.8MOS晶体管的制造工艺及版图设计规则

4.8.1最小特征尺寸和对准容差

4.8.2MOS晶体管的版图

4.9NMOS场效应管的偏置

4.9.1为什么需要偏置

4.9.2四电阻偏置

4.9.3恒定栅源电压偏置

4.9.4Q点的图形分析

4.9.5包含体效应的分析

4.9.6使用统一模型进行分析

4.10PMOS场效应晶体管的偏置

4.11结型场效应管（JFET）

4.11.1偏压下的JFET

4.11.2漏源偏置下的JFET沟道

4.11.3n沟道JFET的iv特性

4.11.4p沟道JFET

4.11.5JFET的电路符号和模型小结

4.11.6JFET电容

4.12JFET的SPICE模型

4.13JFET和耗尽型MOSFET的偏置

小结

关键词

参考文献

习题

第5章

双极型晶体管

5.1双极型晶体管的物理结构

5.2npn晶体管的传输模型

5.2.1正向特性

5.2.2反向特性

5.2.3任意偏置条件下晶体管传输模型方程

5.3pnp晶体管

5.4晶体管传输模型的等效电路

5.5双极型晶体管的iv特性

5.5.1输出特性

5.5.2传输特性

5.6双极型晶体管的工作区

5.7传输模型的简化

5.7.1截止区的简化模型

5.7.2正向有源区的模型简化

5.7.3双极型集成电路中的二极管

5.7.4反向有源区的简化模型

5.7.5饱和区模型

5.8双极型晶体管的非理想特性

5.8.1结击穿电压

5.8.2基区的少数载流子传输

5.8.3基区传输时间

5.8.4扩散电容

5.8.5共发电流增益对频率的依赖性

5.8.6Early效应和Early电压

5.8.7Early效应的建模

5.8.8Early效应的产生原因

5.9跨导

5.10双极型工艺与SPICE模型

5.10.1定量描述

5.10.2SPICE模型方程

5.10.3高性能双极型晶体管

5.11BJT的实际偏置电路

5.11.1四电阻偏置网络

5.11.2四电阻偏置网络的设计目标

5.11.3四电阻偏置电路的迭代分析

5.12偏置电路的容差

5.12.1最差情况分析

5.12.2蒙特卡洛分析

小结

关键词

参考文献

习题

 

第二部分

数字电路

第6章

数字电路简介

6.1理想逻辑门

6.2逻辑电平定义和噪声容限

6.2.1逻辑电压电平

6.2.2噪声容限

6.2.3逻辑门的设计目标

6.3逻辑门的动态响应

6.3.1上升和下降时间

6.3.2传输延迟

6.3.3功耗延迟积

6.4布尔代数回顾

6.5NMOS逻辑设计

6.5.1带负载电阻的NMOS反相器

6.5.2开关晶体管MS的W/L比设计

6.5.3负载电阻设计

6.5.4负载线的可视化

6.5.5开关器件的导通电阻

6.5.6噪声容限分析

6.5.7VIL和VOH的计算

6.5.8 VIH和VOL的计算

6.5.9电阻器负载反相器噪声容限

6.5.10负载电阻问题

6.6晶体管替代负载电阻方案

6.6.1NMOS饱和负载反相器

6.6.2带线性负载设备的NMOS反相器

6.6.3带耗尽型负载的NMOS反相器

6.7NMOS反相器小结与比较

6.8速度饱和对静态设计的影响

6.8.1开关晶体管设计

6.8.2负载晶体管设计

6.8.3速度饱和影响小结

6.9NMOS与非门和或非门

6.9.1或非门

6.9.2与非门

6.9.3NMOS耗尽型工艺中的或非门及与

非门布局

6.10复杂NMOS逻辑设计

6.11功耗

6.11.1静态功耗

6.11.2动态功耗

6.11.3MOS逻辑门的功率缩放

6.12MOS逻辑门的动态特性

6.12.1逻辑电路中的电容

6.12.2带电阻性负载的NMOS反相器的

动态响应

6.12.3NMOS反相器延迟比较

6.12.4速度饱和对反相器延迟的影响

6.12.5基于参考电路仿真的缩放

6.12.6固有门延迟的环形振荡器测量法

6.12.7无负载反相器的延迟

6.13PMOS逻辑

6.13.1PMOS反相器

6.13.2与非门和或非门

小结

关键词

参考文献

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习题

第7章

CMOS逻辑电路设计

7.1CMOS反相器

7.1.1CMOS反相器版图

7.2CMOS反相器的静态特性

7.2.1CMOS电压传输特性

7.2.2CMOS反相器的噪声容限

7.3CMOS反相器的动态特性

7.3.1传播延迟估计

7.3.2上升和下降时间

7.3.3按性能等比例缩放

7.3.4速度饱和效应对CMOS反相器延迟的

影响

7.3.5级联反相器延迟

7.4CMOS功耗及功耗延迟积

7.4.1静态功耗

7.4.2动态功耗

7.4.3功耗延迟积

7.5CMOS或非门和与非门

7.5.1CMOS或非门

7.5.2CMOS与非门

7.6CMOS复杂门电路设计

7.7逻辑门的最小尺寸设计及性能

7.8级联缓冲器

7.8.1级联缓冲器延迟模型

7.8.2最优级数

7.9CMOS传输门

7.10双稳态电路

7.10.1双稳态锁存器

7.10.2RS触发器

7.10.3采用传输门的D锁存器

7.10.4主从D触发器

7.11CMOS闩锁效应

小结

关键词

参考文献

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习题

 

第8章

MOS存储器及其电路

8.1随机存取存储器（RAM）

8.1.1RAM存储器架构

8.1.2256MB存储器芯片

8.2静态存储器单元电路

8.2.1内存单元的隔离和访问6T单元

8.2.2读操作

8.2.3向6T单元写数据

8.3动态存储单元电路

8.3.11T单元电路

8.3.21T单元的数据存储

8.3.31T单元的数据读取

8.3.44T单元电路

8.4感测放大器

8.4.16T单元的感测放大器

8.4.21T单元的感测放大器

8.4.3升压字线电路

8.4.4钟控CMOS感测放大器

8.5地址译码器

8.5.1或非门译码器

8.5.2与非门译码器

8.5.3传输管列译码器

8.6只读存储器(ROM)

8.7闪存

8.7.1浮栅技术

8.7.2NOR电路实现

8.7.3NAND电路实现

小结

关键词

参考文献

习题

第9章

双极型逻辑电路

9.1电流开关(发射极耦合对)

9.1.1电流开关静态特性的数学模型

9.1.2对于VI>VREF的电流开关分析

9.1.3VI

9.2发射极耦合逻辑（ECL）门

9.2.1VI = VH时的ECL门

9.2.2VI=VL时的ECL门

9.2.3ECL门的输入电流

9.2.4ECL小结

9.3ECL门的噪声容限分析

9.3.1VIL、VOH、VIH和VOL

9.3.2噪声容限

9.4电流源的实现

9.5ECL或或非门

9.6射极跟随器

9.6.1带有负载电阻的射极跟随器

9.7“发射极点接”或“线或”逻辑

9.7.1射极跟随器输出的并联连接

9.7.2线或逻辑函数

9.8ECL功耗延迟特性

9.8.1功耗

9.8.2门延迟

9.8.3功耗延迟积

9.9正射极耦合逻辑电平（PECL）

9.10电流模逻辑（CML）

9.10.1CML逻辑门

9.10.2CML逻辑电平

9.10.3VEE供电电压

9.10.4高电平CML

9.10.5降低CML功耗

9.10.6源极耦合FET逻辑（SCFL）

9.11饱和双极型反相器

9.11.1静态反相器特性

9.11.2双极型晶体管的饱和电压

9.11.3负载线可视化

9.11.4饱和BJT的开关特性

9.12晶体管晶体管逻辑（TTL）

9.12.1VI =VL时的TTL反相器分析

9.12.2VI= VH时的TTL反相器分析

9.12.3功耗

9.12.4TTL传播延迟和功率延迟积

9.12.5TTL的电压传输特性和噪声容限

9.12.6标准TTL的扇出限制

9.13TTL中的逻辑函数

9.13.1多发射极输入晶体管

9.13.2TTL与非门

9.13.3输入钳位二极管

9.14肖特基钳位TTL

9.15ECL和TTL的功耗延迟对比

9.16BiCMOS逻辑

9.16.1BiCMOS缓冲器

9.16.2BiNMOS反相器

9.16.3BiCMOS逻辑门

小结

关键词

参考文献

补充阅读

习题

第三部分

模拟电路

第10章

模拟系统和理想运算放大器

10.1模拟电子系统示例

10.2放大作用

10.2.1电压增益

10.2.2电流增益

10.2.3功率增益

10.2.4分贝

10.3放大器的二端口模型

10.3.1g参数

10.4源和负载电阻的失配

10.5运算放大器简介

10.5.1差分放大器

10.5.2差分放大器的电压传输特性

10.5.3电压增益

10.6放大器的失真

10.7差分放大器模型

10.8理想差分放大器和运算放大器

10.8.1理想运算放大器分析中的假设

10.9理想运算放大器电路的分析

10.9.1反相放大器

10.9.2互阻放大器——电流/电压转换器

10.9.3同相放大器

10.9.4单位增益缓冲器或电压跟随器

10.9.5求和放大器

10.9.6差分放大器

10.10反馈放大器的频率特性

10.10.1伯德图

10.10.2低通放大器

10.10.3高通放大器

10.10.4带通放大器

10.10.5有源低通滤波器

10.10.6有源高通滤波器

10.10.7积分器

10.10.8微分器

小结

关键词

参考文献

补充阅读

习题

第11章

非线性运算放大器和反馈放大器的稳定性

11.1经典反馈系统

11.1.1闭环增益分析

11.1. 2增益误差

11.2含有非理想运算放大器的电路分析

11.2.1有限开环增益

11.2.2非零输出电阻

11.2.3有限输入电阻

11.2.4非理想反相和同相放大器小结

11.3串联反馈和并联反馈电路

11.3.1反馈放大器类型

11.3.2电压放大器——电压串联反馈

11.3.3跨阻放大器——电压并联反馈

11.3.4电流放大器——电流并联反馈

11.3.5跨导放大器——电流串联反馈

11.4反馈放大器计算的统一方法

11.4.1闭环增益分析

11.4.2利用Blackman理论计算电阻

11.5电压串联反馈放大器——电压放大器

11.5.1闭环增益计算

11.5.2输入电阻计算

11.5.3输出电阻计算

11.5.4电压串联反馈放大器小结

11.6电压并联反馈放大器——跨阻放大器

11.6.1闭环增益分析

11.6.2输入电阻计算

11.6.3输出电阻计算

11.6.4电压并联反馈放大器小结

11.7电流串联反馈放大器——跨导放大器

11.7.1闭环增益计算

11.7.2输入电阻计算

11.7.3输出电阻计算

11.7.4电流串联反馈放大器小结

11.8电流并联反馈放大器——电流放大器

11.8.1闭环增益计算

11.8.2输入电阻计算

11.8.3输出电阻计算

11.8.4电流并联反馈放大器总结

11.9使用持续电压和电流注入法计算回路增益

11.9.1简化

11.10利用反馈减小失真

11.11直流误差源和输出摆幅限制

11.11.1输入失调电压

11.11.2失调电压调节

11.11.3输入偏置电流和输入失调电流

11.11.4输出电压和电流限制

11.12共模抑制比和输入电阻

11.12.1有限共模抑制比

11.12.2共模抑制比的重要性

11.12.3由CMRR产生的电压跟随器增益误差

11.12.4共模输入电阻

11.12.5CMRR的另一种解释

11.12.6电源抑制比

11.13运算放大器的频率响应和带宽

11.13.1同相放大器的频率响应

11.13.2反相放大器的频率响应

11.13.3利用反馈控制频率响应

11.13.4大信号限制——摆率和满功率带宽

11.13.5运算放大器频率响应的宏模型

11.13.6运算放大器的SPICE宏模型

11.13.7通用运算放大器实例

11.14反馈放大器的稳定性

11.14.1奈奎斯特图

11.14.2一阶系统

11.14.3二阶系统和相位裕度

11.14.4阶跃响应和相位裕度

11.14.5三阶系统和增益裕度

11.14.6根据伯德图判断稳定性

小结

关键词

参考文献

习题

第12章

运算放大器应用

12.1级联放大器

12.1.1二端口表示

12.1.2放大器专有名词回顾

12.1.3级联放大器的频率响应

12.2仪表放大器

12.3有源滤波器

12.3.1低通滤波器

12.3.2带增益的高通滤波器

12.3.3带通滤波器

12.3.4灵敏度

12.3.5幅值和频率缩放

12.4开关电容电路

12.4.1开关电容积分器

12.4.2同相SC积分器

12.4.3开关电容滤波器

12.5数/模转换

12.5.1数/模转换器基础

12.5.2数/模转换器误差

12.5.3数/模转换电路

12.6模/数转换

12.6.1模/数转换器基础

12.6.2模/数转换器误差

12.6.3基本模/数转换技术

12.7振荡器

12.7.1振荡的巴克豪森准则

12.7.2带频率选择RC网络的振荡器

12.8非线性电路的应用

12.8.1精密半波整流器

12.8.2非饱和的精准整流电路

12.9正反馈电路

12.9.1比较器和施密特触发器

12.9.2非稳态多谐振荡器

12.9.3单稳态多谐振荡器或单稳态电路

小结

关键词

参考文献

习题

第13章

小信号建模与线性放大

13.1晶体管放大器

13.1.1BJT放大器

13.1.2MOSFET放大器

13.2耦合电容和旁路电容

13.3用直流和交流等效电路进行电路分析

13.3.1直流和交流分析步骤

13.4小信号模型简介

13.4.1二极管小信号行为的图形解释

13.4.2二极管的小信号建模

13.5双极型晶体管的小信号模型

13.5.1混合π模型

13.5.2图解跨导

13.5.3小信号电流增益

13.5.4BJT的固有电压增益

13.5.5小信号模型的等效形式

13.5.6简化的混合π模型

13.5.7双极型晶体管的小信号定义

13.5.8pnp晶体管的小信号模型

13.5.9用SPICE进行交流分析和瞬态分析的对比

13.6共射极放大器

13.6.1端电压增益

13.6.2输入电阻

13.6.3信号源电压增益

13.7重要限制及模型简化

13.7.1共射极放大器的设计指导

13.7.2共射极增益的上限

13.7.3共射极放大器的小信号限制

13.8场效应晶体管的小信号模型

13.8.1MOSFET的小信号模型

13.8.2MOSFET的本征电压增益

13.8.3MOSFET小信号工作的定义

13.8.4四端MOSFET中的体效应

13.8.5PMOS晶体管的小信号模型

13.8.6结型场效应晶体管(JFET)的小信号

模型

13.9BJT和FET小信号模型小结与对比

13.10共源极放大器

13.10.1共源极端电压增益

13.10.2共源极放大器的信号源电压增益

13.10.3共源极放大器的设计指导

13.10.4共源极放大器的小信号限制

13.10.5共射极放大器和共源极放大器的

输入电阻

13.10.6共射极和共源极的输出电阻

13.10.7三个放大器实例的比较

13.11共射极放大器和共源极放大器小结

13.11.1可忽略晶体管输出电阻的指南

13.12放大器功率和信号范围

13.12.1功耗

13.12.2信号范围

小结

关键词

习题

第14章

单晶体管放大器

14.1放大器分类

14.1.1双极型晶体管的信号注入和抽取

14.1.2场效应管的信号注入和抽取

14.1.3共发射极(CE)和共源极(CS)

放大器

14.1.4共集电极(CC)和共漏极(CD)

拓扑图

14.1.5共基极(CB)和共栅极(CG)

放大器

14.1.6小信号模型回顾

14.2反相放大器——共射极和共源极电路

14.2.1共发射极(CE)放大器

14.2.2共发射极实例的比较

14.2.3共源极放大器

14.2.4共源极放大器的小信号范围

14.2.5共发射极和共源极放大器特性

14.2.6CE/CS放大器小结

14.2.7通用CE/CS晶体管的等效

晶体管表示

14.3跟随器电路——共集电极和共漏极放大器

14.3.1端电压增益

14.3.2输入电阻

14.3.3信号源电压增益

14.3.4跟随器信号范围

14.3.5跟随器的输出电阻

14.3.6电流增益

14.3.7CC/CD放大器小结

14.4同相放大器——共基极和共栅极电路

14.4.1端电压增益和输入电阻

14.4.2信号源电压增益

14.4.3输入信号范围

14.4.4集电极和漏极端的电阻

14.4.5电流增益

14.4.6同相放大器的总体输入和输出电阻

14.4.7CB/CG放大器小结

14.5放大器原型回顾和比较

14.5.1双极型晶体管放大器

14.5.2FET放大器

14.6采用MOS反相器的共源极放大器

14.6.1电压增益估算

14.6.2详细分析

14.6.3其他可选负载

14.6.4输入和输出电阻

14.7耦合和旁路电容设计

14.7.1共发射极和共源极放大器

14.7.2共集电极和共漏极放大器

14.7.3共基极和共栅极放大器

14.7.4设置下限截止频率fL

14.8放大器设计实例

14.8.1共基极放大器设计的蒙特卡洛分析

14.9多级交流耦合放大器

14.9.1三级交流耦合放大器

14.9.2电压增益

14.9.3输入电阻

14.9.4信号源的电压增益

14.9.5输出电阻

14.9.6电流和功率增益

14.9.7输入信号范围

14.9.8估算多级放大器的截止频率下限

小结

关键词

扩展阅读

习题

 

第15章

差分放大器和运算放大器设计

15.1差分放大器

15.1.1双极型和MOS差分放大器

15.1.2双极型差分放大器的直流分析

15.1.3双极型差分放大器的传输特性

15.1.4双极型差分放大器的交流分析

15.1.5差模增益以及输入和输出电阻

15.1.6共模增益和输入电阻

15.1.7共模抑制比（CMRR）

15.1.8差模和共模的半电路分析

15.1.9电流源的偏置

15.1.10在SPICE中为电子电流源建模

15.1.11MOSFET差分放大器的直流分析

15.1.12差模输入信号

15.1.13MOS差分放大器的小信号传输特性

15.1.14共模输入信号

15.1.15差分对模型

15.2基本运算放大器的演进

15.2.1运算放大器的两级原型

15.2.2提高运算放大器的电压增益

15.2.3达林顿对

15.2.4减小输出电阻

15.2.5CMOS运算放大器原型

15.2.6BiCMOS放大器

15.2.7全晶体管实现电路

15.3输出级

15.3.1源极跟随器——A类输出级

15.3.2A类放大器的效率

15.3.3B类推挽输出级

15.3.4AB类放大器

15.3.5运算放大器的AB类输出级

15.3.6短路保护

15.3.7变压器耦合

15.4电子电流源

15.4.1单晶体管电流源

15.4.2电路源的品质因数

15.4.3高输出电阻电流源

15.4.4电流源设计实例

小结

关键词

参考文献

补充阅读

习题

第16章

模拟集成电路设计技术

16.1电路元件匹配

16.2电流镜

16.2.1MOS晶体管电流镜的直流分析

16.2.2改变MOS镜像比率

16.2.3双极型晶体管电流镜的直流分析

16.2.4改变BJT电流镜的镜像比率

16.2.5多级电流源

16.2.6缓冲电流镜

16.2.7电流镜像的输出阻抗

16.2.8电流镜的二端口模型

16.2.9Widlar电流源

16.2.10MOS管Widlar电流源

16.3高输出电阻电流镜

16.3.1Widlar电流源

16.3.2Wilson电流源的输出电阻

16.3.3Cascode电流源

16.3.4Cascode电流源的输出电阻

16.3.5可调Cascode电流源

16.3.6电流镜小结

16.4参考电流的产生

16.5与电源电压无关的偏置

16.5.1基于VBE的参考源

16.5.2Widlar电流源

16.5.3与电源电压无关的偏置单元

16.5.4与电源电压无关的MOS参考单元

16.6带隙基准源

16.7电流镜作为有源负载

16.7.1带有源负载的CMOS差分放大器

16.7.2带有源负载的双极差分放大器

16.8运算放大器中的源负载

16.8.1CMOS运算放大器电压增益

16.8.2直流设计注意事项

16.8.3双极型运算放大器

16.8.4输入级击穿

16.9μA741运算放大器

16.9.1电路总体工作原理

16.9.2偏置电路

16.9.3μA741输入级的直流分析

16.9.4μA741输入级的交流分析

16.9.5整体放大器的电压增益

16.9.6μA741的输出级

16.9.7输出阻抗

16.9.8短路保护电路

16.9.9μA741运算放大器特性小结

16.10Gilbert模拟乘法器

小结

关键词

参考文献

习题

第17章

放大器频率响应

17.1放大器频率响应

17.1.1低频响应

17.1.2缺少主极点情况下估算ωL

17.1.3高频响应

17.1.4缺少主极点情况下估算ωH

17.2直接确定低频极点和零点——共源放大器

17.3用短路时间常数法估算ωL的值

17.3.1估算共发射极放大器的ωL

17.3.2估算共源极放大器的ωL

17.3.3估算共基极放大器的ωL

17.3.4估算共栅极放大器的ωL

17.3.5估算共集电极放大器的ωL

17.3.6估算共漏极放大器的ωL

17.4高频晶体管模型

17.4.1双极型晶体管与频率相关的混合π模型

17.4.2在SPICE中对Cπ和Cμ建模

17.4.3单位增益频率fT

17.4.4FET的高频模型

17.4.5运用SPICE为CGS和CGD建模

17.4.6fT与沟道长度的关系

17.4.7高频模型的局限性

17.5混合π模型中的基区电阻

17.5.1基区电阻对中频放大器的影响

17.6共发射极和共源极放大器的高频响应

17.6.1密勒效应

17.6.2共发射极和共源极放大器的高频响应

17.6.3共发射极放大器传输特性的直接分析

17.6.4共发射极放大器的极点

17.6.5共源极放大器的主极点

17.6.6用开路时间常数法估算ωH

17.6.7包含源极衰减电阻的共源放大器

17.6.8包含发射极衰减电阻的共发射极放大器

的极点

17.7共基极和共栅极放大器的高频响应

17.8共集电极和共漏极放大器的高频响应

17.8.1互补射极跟随器的频率响应

17.9单级放大器高频响应小结

17.9.1放大器的增益带宽限制

17.10多级放大器的频率响应

17.10.1差分放大器

17.10.2共集电极/共基极串联

17.10.3Cascode放大器的高频响应

17.10.4电流镜的截止频率

17.10.5三级放大器实例

17.11射频电路介绍

17.11.1射频放大器

17.11.2并联峰化放大器

17.11.3单级调谐放大器

17.11.4抽头电感的运用——自耦变压器

17.11.5多级调谐电路——同步调谐和参差

调谐

17.11.6包含衰减电感的共源放大器

17.12混频器和平衡调制器

17.12.1混频器工作原理简介

17.12.2单平衡混频器

17.12.3差分对实现的单平衡混频器

17.12.4双平衡混频器

17.12.5JONES混频器——双平衡混频器/调制器

小结

关键词

参考文献

习题

第18章

晶体管反馈放大器与振荡器

18.1基本反馈系统回顾

18.1.1闭环增益

18.1.2闭环阻抗

18.1.3反馈的作用

18.2反馈放大器的中频分析

18.2.1闭环增益

18.2.2输入电阻

18.2.3输出电阻

18.2.4偏移电压计算

18.3反馈放大器电路举例

18.3.1串并反馈(电压串联反馈) ——电压

放大器

18.3.2差分输入串并电压放大器

18.3.3并并反馈（电压并联反馈）—— 跨阻

放大器

18.3.4串串反馈(电流串联反馈)——跨导

放大器

18.3.5并串反馈（电流并联反馈）——电流

放大器

18.4反馈放大器稳定性回顾

18.4.1未补偿放大器的闭环响应

18.4.2相位裕度

18.4.3高阶效应

18.4.4补偿放大器响应

18.4.5小信号限制

18.5单极点运算放大器补偿

18.5.1三级运放分析

18.5.2场效应管运放的传输零点

18.5.3双极性放大器补偿

18.5.4运算放大器的摆率

18.5.5摆率与增益带宽积之间的关系

18.6高频振荡器

18.6.1Colpitts 振荡器

18.6.2Hartley 振荡器

18.6.3LC振荡器的幅值稳定

18.6.4振荡器中的负阻

18.6.5负Gm振荡器

18.6.6晶体振荡器

小结

关键词

参考文献

习题

附录

附录A标准离散元件参数

附录B固态器件模型及SPICE 仿真参数

附录C二端口网络回顾

本书全面讲解了现代电子电路设计中的基本技术。通过本书的学习，读者可以对模拟电路、数字电路及分立元件与集成电路技术有深入的理解。尽管大多数读者可能不会从事集成电路设计的相关工作，但对于集成电路结构的深入理解，有助于读者从系统设计的角度加深认识，从而消除系统设计中的隐患，增强集成电路的可靠性。数字电路是电路设计的重要内容，但许多关于电子学的入门书仅将这部分内容列为补充知识，本书对数字电路和模拟电路的内容做了均衡的介绍。本书的创作完成得益于作者在精密数字设计领域多年的丰富工作经历以及多年的教学总结。书中涉及内容广泛，读者可以根据需要选择适当的内容用于两个学期或者连续三个学期的学习。本书第5版对书中内容进行了更新，强化和改进了一些概念的讲解，更利于读者学习和掌握。
第2章强化了速度饱和的概念。第4章增加Rabaey和Chandrakasan的统一MOS模型的方式。本书第二部分和第三部分多次给出速度限制对数字电路和模拟电路的影响分析。
第7章在CMOS逻辑电路设计中介绍了触发器和锁存器等基本逻辑电路。近年来，闪存技术发展迅速，第8章重点补充了与闪存相关的存储技术、主要电路及存在的问题等内容。当前，TTL电路已经被逐步取代，因此在第9章中相应减少了对该电路的介绍，增加了对正射极耦合逻辑电平（PECL）电路的简短讨论。
同时，在本书第三部分讨论了速度饱和状态下的偏置、失真及由此引起的一些新问题。第15章新增了达林顿对的相关内容。第16章改进了偏移电压计算的方法，修正了带隙材料的基准。第17章对FET中栅极电阻的讨论则映射了在BJT中对基极电阻的讨论，同时增加了对互补射极跟随器频率响应的扩展讨论，也增加了FET频率相关的电流增益影响的讨论，包括其对源极跟随器配置的输入和输出阻抗的影响。最后，更新了经典和普适的JONES混频器讨论方法。第18章用实例讲解了新的偏移电压计算方法，同时增加了对MOS运算放大器补偿的讨论。
本书具有鲜明的特点，可以归纳如下：
 所有实例均采用了结构性问题求解方法。
 每章都提供了相关的电子应用案例。
 每章开始都介绍了与本章内容相关的电子学领域技术的重要发展历程。
 重点强调设计要点，给出了大量的实际电路设计案例。
 本书设计实例中充分利用了SPICE仿真软件。
 在SPICE中整合了器件模型。
 整合了网站素材。
 至少增加了35%的习题。
 可以从McGrawHill获得最新的PowerPoint幻灯片。
 提供流行的自适应学习工具：Connect、LearnSmart及SmartBook。
 修订和扩展了流行的ElectroniceinAction功能，包括IEEE社团、SPICE的历史发展、身体传感器网络、JONES混频器、高级CMOS技术、闪存增长、低压差分信号（LVDS）和全差动放大器。

书中首先介绍了数字电路，便于非电子工程专业的学生学习，尤其是计算机工程或计算机科学专业的学生学习，因为他们往往只学习电子学系列课程中的第一门课程。
本书数字电路部分主要介绍逻辑门和存储单元设计。第6章和第7章全面介绍了NMOS和PMOS逻辑设计。第8章介绍了存储器单元及其周边电路。第9章介绍了有关双极型逻辑设计，包含ECL、CML和TTL等。由于MOS工艺的重要性，书中对双极型逻辑相关内容做了删减。书中没有涉及任何有关逻辑模块层次的设计，因为在数字设计课程中会对此进行全面介绍。
本书第一和第二部分仅仅关注的是晶体管的大信号特征，这样可以让读者在学会将电路拆分成不同模块（可能是不同结构）进行直流和交流小信号分析之前，对器件特性和电流电压特性进行深入了解（小信号概念在第三部分的第13章中介绍）。
尽管本书涉及数字电路的篇幅比大多数图书要多，但仍有超过50%的篇幅介绍的是传统的模拟电路，即本书第三部分。第10章介绍了放大器概念和经典的理想运算放大器电路。第11章详细讨论了非理想运算放大器。第12章给出了大量运算放大器应用实例。第13章全面介绍了二极管、BJT晶体管和FET（场效应管）的小信号模型的研究方法，其中的BJT晶体管和FET采用的都是混合π模型和π模型。第14章深入讨论了单级放大器设计和多级交流耦合放大器，对耦合电容和旁路电容设计。第15章讨论了直流耦合多级放大器，并介绍了运算放大器的原型电路。第16章继续介绍集成电路设计中的重要结论，并研究了经典μA741运算放大器。第17章研究了晶体管的高频模型，讨论了高频电路特性，并详细介绍了用于估算低频和高频主极点的重要的短路和开路时间常数技术。第18章给出了晶体管反馈放大器的实例，并探讨了它们的稳定性和补偿，同时在第18章中总结了关于高频LC、负gm和晶体振荡器的相关讨论。  
设计
在工程师培训中，设计仍然是一个较难的课题。本书定义了非常清晰的问题求解方法，利用该方法可以加深学生对于设计相关问题的理解能力。书中提供的设计实例有助于建立对设计流程的了解。
本书第二部分直接切入与NMOS和CMOS逻辑门设计相关的问题。在整本书中都讨论了器件的影响和无源元件的容限问题。当前，由于电池供电的低功耗、低电压设计变得越来越重要，逻辑设计实例的电源电压关注更低的电源电压。同时，书中一直贯穿着对计算机技术的利用，包括利用MATLAB、电子表格或者利用计算机高级语言来开发设计选项等。
本书模拟电路部分一直强调采用设计模拟决策的方法。在任何适合的情况下，都在标准混合π模型表示的基础上将放大器特性表达式进行了简化。例如，在绝大多数图书中放大器的电压增益表达式只能写为Av=gmRL，而隐藏了电源电压作为基本设计变量这一事实。本书对此表达式进行了改进，将双极型晶体管的电压增益近似为gmRL10VCC，或将FET的电压增益近似为gmRLVDD，明确地揭示了放大器设计与电源供电电压选择的关系，为共发射极放大器和共源极放大器的电压增益提供了一种简单的一阶设计估算方法。双极型放大器的增益优势也显而易见。只要有可能，书中经常会给出近似估算此类性能的技巧和方法。双极型电路和FET电路之间的比较和设计权衡贯穿了第三部分内容。
在第1章结尾处介绍了最差情况分析和蒙特卡洛分析技术。传统的本科生课程并不会包含这些内容，但是这却是在面临较多的元件容限和差异情况下进行电路设计时需要具备的重要技能，在本书的例子和习题中对采用标准元件和给定元件容限的电路利用该技术都进行了讨论。
习题与指导
在每章的最后都给出专门的设计习题、计算机习题和SPICE习题。设计习题用符号表示，计算机习题用符号表示，SPICE习题用符号表示。习题对书中的内容而言十分重要，更难或需要花费更多时间的习题用*和**表示。此外，书中所有图标都制成了PowerPoint文件，可以从Connect提供的教师资源部分获得，也可从网站上进行检索。从中还可以找到制作成PowerPoint幻灯片的指导和注意事项。
McGrawHill SmartBook
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电子版教材
教师和学生都可以从CourseSmart购得此书。CourseSmart是一个在线资源，学生可以从中购买完整的电子版在线教材，而花费几乎是传统教材的一半。购买电子教材可以让学生充分利用CourseSmart网络工具的优势进行学习，这些工具包括全文搜索、做笔记和高亮显示，以及便于同学之间分享笔记的email工具。如要了解有关CourseSmart的更多信息，请与销售代理联系或登录www.CourseSmart.com进行咨询。
COSMOS
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利用计算机和SPICE电路分析软件
本书将计算机作为辅助工具，作者坚信这样做绝对要比只采用SPICE电路分析软件要好。如今，相比费力地将复杂的方程组简化成某种易于处理的分析形式，大家通常更愿意利用计算机来研究复杂设计问题。书中多处给出了利用计算机，采用电子表格、MATLAB和（或）高级语言程序来建立迭代估算方程的实例。MATLAB还可用于生成奈奎斯特图和伯德图，对于蒙特卡洛分析而言非常有用。
另外，整本书中都有SPICE的使用，SPICE仿真结果也全都给出，在习题集中也包含了大量SPICE习题。只要有所帮助，在绝大多数实例中都采用了SPICE分析。本书仍然强调了SPICE中直流分析、交流分析、瞬态分析以及传输函数分析模式的区别与使用。在每种半导体器件的介绍之后都对其SPICE模型进行了讨论，每种模型都给出了典型的SPICE模型参数。使用SPICE可以轻松检查本书中的绝大多数问题，并建议学生自己寻找答案。
致谢
感谢对本书编写及筹备做出贡献的工作者。我们的学生在对原稿的润色上提供了极大的帮助，并尽力完成了原稿的多次修订。一直以来，我们的系领导，奥本大学的J. D. Irwin和弗吉尼亚大学的J. C. Lach，高度支持员工努力写出更高水平的教材。
感谢下面所有的审阅和审查人员：
David Borkholder， 罗切斯特理工学院；
Dimitri Donetski， 布法罗大学；
Barton Jay Greene， 北卡罗来纳州立大学；
Marian Kazimierczuk， 莱特州立大学；
JihSheng Lai， 弗吉尼亚理工学院和州立大学；
Dennis Lovely， 新不伦瑞克大学；
Kenneth Noren， 爱达荷大学；
Marius Orlowski， 弗吉尼亚理工大学。
还要感谢J. F. Pierce和T. J. Paulus的课堂练习“电子应用”给我们带来的灵感。Blalock教授多年前就跟随Pierce教授学习有关电子学内容，至今仍盛赞他们早已绝版的教材中所采用的诸多分析技术。
那些熟悉Don Pederson教授的“Yellow Peril”的人会在整本书中看到它的影响力。在Jaeger教授成为佛罗里达大学Art Brodersen教授的学生之后不久，他很幸运地获得了Pederson的书，并从头到尾进行了仔细研究。
我们要感谢罗马尼亚ClujNapoca技术大学的Gabriel Chindris帮助创建NI Multisim示例的模拟。
最后，感谢McGrawHill团队的支持，包括环球出版社的Raghothaman Srinivasan、产品开发员Vincent Bradshaw、市场经理Nick McFadden、项目经理Jane Mohr。
在写作本书的过程中，我们尽力将自身在模拟和数字设计领域的业界背景与多年的课堂经验融合在一起，希望能获得一定程度的成功。欢迎大家提出建设性意见和建议。

Richard C. Jaeger
奥本大学
Travis N. Blalock
弗吉尼亚大学