电子学（第二版）

本书是哈佛大学的经典教材，自出版以来已被译成多种语言版本。本书通过强调电子电路系统设计者所需的实用方法，即对电路的基本原理、经验准则以及大量实用电路设计技巧的全面总结，侧重探讨了电子学及其电路的设计原理与应用。它不仅涵盖了电子学通常研究的全部知识点，还补充了有关数字电子学中的大量较新应用及设计方面的要点内容。对高频放大器、射频通信调制电路设计、低功耗设计、带宽压缩以及信号的测量与处理等重要电路设计以及电子电路制作工艺设计方面的难点也做了通俗易懂的阐述。本书包含丰富的电子电路分析设计实例和大量图表资料，内容全面且阐述透彻，是一本世界范围内公认的电子学电路分析、设计及其应用的优秀教材。

吴利民，男，江西临川人，1985年毕业于华中理工大学（现易名为华中科技大学），通信与信息系统专业硕士，中国电子学会高级会员。2000年至2001年在美国加州大学圣芭芭拉分校电子通信与控制中心作访问教授。现为空军雷达学院教授，华中科技大学兼职教授。主要研究方向为软件无线电，认知无线电技术及其应用，并先后在国内外长期从事电子通信类多门专业课程的全英文教学工作。出版专、译著四部，在中英文核心期刊上发表论文30余篇，并有多项科研成果获奖。 Paul Horowitz
哈佛大学物理学教授。他在哈佛任教物理学与电子学的同时，首开了哈佛的实验电子学课程，迄今已有15年了。他的研究兴趣广泛，涉猎观测天体物理学、X射线与粒子显微技术、光干涉技术测量技术以及外星人探索等研究领域。作为已有60多篇技术文章与报告的作者，他也广泛地为工业和政府有关部门做咨询顾问工作，并且是大量电子与摄影仪器的设计者。
Winfield Hill
一位研究科学家，Rowland科学研究所（由Edwin land创立）电子工程室主任。研究人眼彩色视觉的生理学与表象学。他也曾在哈佛大学工作，并设计了100多种电子与科学仪器。然后，他创立了Sea Data公司，并作为首席工程师设计了50多种海洋学研究用仪器。他一直致力于深海实验，并撰写了10多篇科研技术文章。

第1章 电子学基础
1.1 概述
1.2 电压、电流与电阻
1.2.1 电压与电流
1.2.2 电压与电流之间的关系：电阻
1.2.3 分压器
1.2.4 电压源和电流源
1.2.5 戴维南等效电路
1.2.6 小信号电阻
1.3 信号
1.3.1 正弦信号
1.3.2 信号幅度与分贝
1.3.3 其他信号
1.3.4 逻辑电平
1.3.5 信号源
1.4 电容与交流电路
1.4.1 电容
1.4.2 RC电路：随时间变化的V与I
1.4.3 微分器
1.4.4 积分器
1.5 电感与变压器
1.5.1 电感
1.5.2 变压器
1.6 阻抗与电抗
1.6.1 电抗电路的频率分析
1.6.2 RC滤波器
1.6.3 相位矢量图
1.6.4 “极点”与每二倍频的分贝数
1.6.5 谐振电路与有源滤波器
1.6.6 电容的其他应用
1.6.7 戴维南定理推广
1.7 二极管与二极管电路
1.7.1 二极管
1.7.2 整流
1.7.3 电源滤波
1.7.4 电源的整流器结构
1.7.5 稳压器
1.7.6 二极管的电路应用
1.7.7 感性负载与二极管保护
1.8 其他无源元件
1.8.1 机电器件
1.8.2 显示部分
1.8.3 可变元器件
1.9 补充题
第2章 晶体管
2.1 概述
2.1.1 种晶体管模型：电流放大器
2.2 几种基本的晶体管电路
2.2.1 晶体管开关
2.2.2 射极跟随器
2.2.3 射极跟随器作为稳压器
2.2.4 射极跟随器偏置
2.2.5 晶体管电流源
2.2.6 共射放大器
2.2.7 单位增益的反相器
2.2.8 跨导
2.3 用于基本晶体管电路的Ebers-Moll模型
2.3.1 改进的晶体管模型：跨导放大器
2.3.2 对射极跟随器的重新审视
2.3.3 对共射放大器的重新审视
2.3.4 共射放大器的偏置
2.3.5 镜像电流源
2.4 几种放大器组成框图
□ 2.4.1 推挽输出级
2.4.2 达林顿连接
□ 2.4.3 自举电路
2.4.4 差分放大器
2.4.5 电容与密勒效应
2.4.6 场效应晶体管
2.5 一些典型的晶体管电路
2.5.1 稳压源
2.5.2 温度控制器
2.5.3 带晶体管与二极管的简单逻辑电路
2.6 电路示例
2.6.1 电路集锦
2.6.2 不合理电路
2.7 补充题
第3章 场效应管
3.1 概述
3.1.1 FET的特性
3.1.2 FET的种类
3.1.3 FET的普遍特性
3.1.4 FET漏极特性
3.1.5 FET特性参数的制造偏差
3.2 基本FET电路
3.2.1 JFET电流源
3.2.2 FET放大器
3.2.3 源极跟随器
3.2.4 FET栅极电流
3.2.5 FET用做可变电阻
3.3 FET开关
3.3.1 FET模拟开关
3.3.2 场效应管开关的局限性
3.3.3 一些场效应管模拟开关举例
3.3.4 MOSFET逻辑和电源开关
3.3.5 MOSFET使用注意事项
3.4 电路示例
3.4.1 电路集锦
3.4.2 不合理电路
第4章 反馈和运算放大器
4.1 概述
4.1.1 反馈
4.1.2 运算放大器
4.1.3 黄金规则
4.2 基本运算放大器电路
4.2.1 反相放大器
4.2.2 同相放大器
4.2.3 跟随器
4.2.4 电流源
4.2.5 运算放大器电路的基本注意事项
4.3 运算放大器常用实例
4.3.1 线性电路
4.3.2 非线性电路
4.4 运算放大器特性详细分析
4.4.1 偏离理想运算放大器特性
4.4.2 运算放大器限制对电路特性的影响
4.4.3 低功率和可编程运算放大器
4.5 详细分析精选的运算放大器电路
4.5.1 对数放大器
4.5.2 有源峰值检波器
4.5.3 抽样和保持
□ 4.5.4 有源箝位器
□ 4.5.5 值电路
4.5.6 积分器
□ 4.5.7 微分器
4.6 单电源供电的运算放大器
□ 4.6.1 单电源交流放大器的偏置
□ 4.6.2 单电源运算放大器
4.7 比较器和施密特触发器
4.7.1 比较器
4.7.2 施密特触发器
4.8 有限增益放大器的反馈
4.8.1 增益公式
4.8.2 反馈对放大电路的影响
□ 4.8.3 晶体管反馈放大器的两个例子
4.9 一些典型的运算放大器电路
4.9.1 通用的实验室放大器
4.9.2 压控振荡器
□ 4.9.3 带RON补偿的JFET线性开关
□ 4.9.4 TTL过零检测器
□ 4.9.5 负载电流感应电路
4.10 反馈放大器的频率补偿
4.10.1 增益和相移与频率的关系
4.10.2 放大器的补偿方法
□ 4.10.3 反馈网络的频率响应
4.11 电路示例
4.11.1 电路集锦
4.11.2 不合理电路
4.12 补充题
第5章 有源滤波器和振荡器
5.1 有源滤波器
5.1.1 RC滤波器的频率响应
5.1.2 LC滤波器的理想性能
5.1.3 有源滤波器：一般描述
5.1.4 滤波器的主要性能指标
5.1.5 滤波器类型
5.2 有源滤波器电路
5.2.1 VCVS电路
5.2.2 使用简化表格设计VCVS滤波器
5.2.3 状态可变的滤波器
□ 5.2.4 双T型陷波滤波器
5.2.5 回转滤波器的实现
5.2.6 开关电容滤波器
5.3 振荡器
5.3.1 振荡器介绍
5.3.2 阻尼振荡器
5.3.3 经典定时芯片：555
5.3.4 压控振荡器
5.3.5 正交振荡器
□ 5.3.6 文氏电桥和LC振荡器
□ 5.3.7 LC振荡器
5.3.8 石英晶体振荡器
5.4 电路示例
5.4.1 电路集锦
5.5 补充题
第6章 稳压器和电源电路
6.1 采用典型稳压芯片723的基本稳压电路
6.1.1 723稳压器
6.1.2 正电压稳压器
6.1.3 大电流稳压器
6.2 散热和功率设计
6.2.1 功率晶体管及其散热
6.2.2 反馈限流保护
6.2.3 杠杆式过压保护
□ 6.2.4 大电流功率器件电源电路设计的进一步研究
□ 6.2.5 可编程电源
□ 6.2.6 电源电路实例
6.2.7 其他稳压芯片
6.3 未稳压电源
6.3.1 交流器件
6.3.2 变压器
6.3.3 直流器件
6.4 基准电压
□ 6.4.1 齐纳管
□ 6.4.2 能带隙基准源
6.5 3端和4端稳压器
6.5.1 3端稳压器
6.5.2 3端可调稳压芯片
6.5.3 3端稳压器注意事项
6.5.4 开关稳压器和直流-直流转换器
6.6 专用电源电路
□ 6.6.1 高压稳压电路
□ 6.6.2 低噪声、低漂移电源
□ 6.6.3 微功耗稳压器
6.6.4 快速电容（电荷泵）电压转换器
6.6.5 恒流源
6.6.6 商用供电模块
6.7 电路示例
6.7.1 电路集锦
6.7.2 不合理电路
6.8 补充题
第7章 精密电路和低噪声技术
7.1 精密运算放大器设计技术
7.1.1 精度与动态范围的关系
7.1.2 误差预算
7.1.3 电路示例：带自动调零的精密放大器
7.1.4 精密设计的误差预算
7.1.5 元器件误差
7.1.6 放大器的输入误差
7.1.7 放大器输出误差
7.1.8 自动调零（斩波器稳定）放大器
7.2 差分和仪器用放大器
7.2.1 差分放大器
7.2.2 标准3运算放大器仪器用放大器
7.3 放大器噪声
7.3.1 噪声的起源和种类
7.3.2 信噪比和噪声系数
7.3.3 晶体管放大器的电压和电流噪声
□ 7.3.4 晶体管的低噪声设计
7.3.5 场效应管噪声
7.3.6 低噪声晶体管的选定
□ 7.3.7 差分和反馈放大器的噪声
7.4 噪声测量和噪声源
□ 7.4.1 无需噪声源的测量
□ 7.4.2 有噪声源的测量
□ 7.4.3 噪声和信号源
□ 7.4.4 带宽限制和电压均方根值的测量
7.4.5 混合噪声
7.5 干扰：屏蔽和接地
7.5.1 干扰
7.5.2 信号接地
□ 7.5.3 仪器之间的接地
7.6 电路示例
7.6.1 电路集锦
7.7 补充题
第8章 数字电子学
8.1 基本逻辑概念
8.1.1 数字与模拟
8.1.2 逻辑状态
8.1.3 数码
8.1.4 门和真值表
□ 8.1.5 门的分立电路
8.1.6 门电路举例
8.1.7 有效电平逻辑表示法
8.2 TTL 和CMOS
8.2.1 一般门的分类
8.2.2 IC门电路
8.2.3 TTL和CMOS特性
8.2.4 三态门和集电极开路器件
8.3 组合逻辑
8.3.1 逻辑等式
8.3.2 小化和卡诺图
8.3.3 用IC实现的组合功能
8.3.4 任意真值表的实现
8.4 时序逻辑
8.4.1 存储器件：触发器
8.4.2 带时钟的触发器
8.4.3 存储器和门的组合：时序逻辑
8.4.4 同步器
8.5 单稳态触发器
8.5.1 一次触发特性
8.5.2 单稳态电路举例
8.5.3 有关单稳态触发器的注意事项
8.5.4 计数器的定时
8.6 利用集成电路实现的时序功能
8.6.1 锁存器和寄存器
8.6.2 计数器
8.6.3 移位寄存器
8.6.4 时序PAL
8.6.5 各种时序功能
8.7 一些典型的数字电路
8.7.1 模n计数器：时间的例子
8.7.2 多用LED数字显示
□ 8.7.3 恒星望远镜驱动
□ 8.7.4 n脉冲产生器
8.8 逻辑问题
8.8.1 直流问题
8.8.2 开关问题
8.8.3 TTL和CMOS的先天缺陷
8.9 电路示例
8.9.1 电路集锦
8.9.2 不合理电路
8.10 补充题
第9章 数字与模拟
9.1 CMOS和TTL逻辑电路
□ 9.1.1 数字逻辑电路家系列的发展历史
9.1.2 输入和输出特性
9.1.3 逻辑系列之间的接口
9.1.4 驱动CMOS和TTL输入端
9.1.5 用比较器和运算放大器驱动数字逻辑电路
9.1.6 关于逻辑输入的一些说明
9.1.7 比较器

本书是哈佛大学的经典教材，自出版以来已被译成多种语言版本。本书通过强调电子电路系统设计者所需的实用方法，即对电路的基本原理、经验准则以及大量实用电路设计技巧的全面总结，侧重探讨了电子学及其电路的设计原理与应用。书中不仅涵盖了电子学通常研究的全部知识点，还补充了有关数字电子学中的大量较新应用及设计方面的要点内容。对高频放大器、射频通信调制电路设计、低功耗设计、带宽压缩以及信号的测量与处理等重要电路设计以及电子电路制作工艺设计方面的难点也做了通俗易懂的阐述。本书包含丰富的电子电路分析设计实例和大量图表资料，内容全面且阐述透彻，是一本世界范围内公认的电子学电路分析、设计及其应用的优秀教材。
本书版通俗易懂，已获得普遍好评并被广泛采用。新版本重写了关于微计算机与微处理器的章节，并着重修改了数字电子学、运算放大器与精度计算以及电路构造工艺等内容。对相应的表格也进行了修改和扩充。并且，书中新增了关于有源滤波器设计、开关电容滤波器、正交振荡器、低下降稳压器、开关电源、消弧电路、隔离放大器、SCR锁存电路、地电位漂移、动态功率损耗、光电子学、RS-232接口电路、调制解调器、存储器芯片、简略归零、调幅检波、电池特性和传感器的线性化等内容的章节。

序言
在过去的40多年里，电子学及其技术比其他任何领域内的技术发展更为迅猛。这也是我们早在1980年就曾经试图编写一部关于电子学技术的教材的原因。这里，我们用“技术”或“技巧”来表明对电路与实际器件的本质与应用方面的精通与掌握，而不是像一些常用的电子学教材那样侧重于探讨电路及器件中的较抽象的理论部分。当然，在这种技术日新月异发展的领域中，探讨其主要特点及基本组成部分又不免蒙受讨论内容老套过时之责难。
电子学及其技术发展的步伐并没有令人们失望，但却让我们感慨万千。本书版还墨迹未干的时候，在我们对这样的陈述语句：“2 Kb经典2716 EPROM……，其价格大约是25美元”还记忆犹新的时候，人们却在市场上再也找不到这类器件，而新的EPROM是原来容量的64倍，价格却低于原价的一半。因此，这也导致我们对本书进行了重大修改，以适应改进的器件与方法。我们完全重写了关于微计算机与微处理器的章节（使用IBM PC与68008芯片），修改了关于PLD与新的HC与AC逻辑系列的数字电子学章节，修改了关于运算放大器与精度设计的内容，这些内容反映了具有优越性能的场效应管作为运算放大器输入级的可用性，还修改了关于CAD/CAM电路构造技术的章节。书中的每个表格也进行了修改，对其中一些表格还进行了重大修改。例如，在表4.1（运算放大器）中，只保留了原有120个条目中的65%，并添加了135种新的运算放大器。
借此机会，我们也根据读者的建议以及使用本书版进行教学所得的经验，对本书进行了修改。我们重写了关于FET的一章（原有的章节太复杂）并将其调整至运算放大器这一章之前（在这些运算放大器中大量增加了场效应管的应用），并新增了一章来讨论低功耗与微功耗设计（既含模拟部分，也含数字部分），这是一个虽重要但容易被忽视的部分。其他章节进行了广泛地修改，另外还添加了许多新的表格，包括A/D与D/A转换器，数字逻辑器件与低功率器件等。本书中电路图的数量也增加了。全书现有78个表格和1000多个图。
在修改过程中，我们力图保留本书版作为参考书或教材的通俗易懂性。正是由于这一点才使本书的版能如此成功与畅销。我们深知学生首次接触电子学课程的难度，因为这一学科错综交织，而且缺少一种能按照逻辑条理学习知识、引导初学者的途径。因此，在本书中附有大量参考条目。此外，本书还有一本配套的学生手册。该手册包含了许多电路设计实例、解释、习题与实验室练习以及对一些精选问题的解答。通过给学生提供一本补充材料，就能使本书不仅简明扼要，而且内容详实，这一点也正好满足了那些将此书作为参考书的读者的要求。
我们衷心希望本书的新版本能满足读者（无论是学生还是工程师）的需求。我们也欢迎读者提出建议与修改意见，并直接寄往：
Paul Horowitz
Physics Department
Harvard University
Cambridge, MA 02138
在新版本的编写过程中，我们得到了如下人员的帮助，在些一并表示衷心感谢。他们分别是Mike Aronson与Brian Matthews（AOX公司），John Greene（开普敦大学），Jeremy Avigad与Tom Hayes（哈佛大学），Peter Horowitz（EVI公司），Don Stern与Owen Walker。我们也非常感谢Jim Mobley的认真校对；感谢剑桥大学出版社的Sophia Prybylski与David Tranah的鼓励与专注。我们还要感谢Rosenlaui出版公司的那些永不知疲倦的排版人员所做的工作。
后，根据现代法律方面的条文精神，我们提醒读者阅读以下所附的法律通告。
Paul Horowitz
Winfield Hill
1989年3月