模拟电子系统设计指南：从半导体、分立元件到TI集成电路的分析与实现

    本书从最基本的半导体ＰＮ结开始，以二极管、双极结型晶体管、金属氧化物半导体场效应管，以及美国ＴＩ公司的集成运算放大器、集成功率放大器、集成线性低压降电源芯片、集成开关电源芯片为主线，系统介绍了半导体和PN结特性、半导体二极管的特性和分析、二极管电路的设计和分析、双极结型晶体管的特性和分析、双极结型晶体管放大电路应用、双极结型晶体管电路反馈原理及稳定分析、金属氧化物半导体场效应管特性和电路分析、金属氧化物半导体场效应管放大电路应用、运算放大器电路的设计和分析、集成差动放大器的原理和分析、运算放大器的性能指标、运算放大器电路稳定性分析、高速放大器的原理和分析、有源滤波器的原理和设计、功率放大器的分析和设计、振荡器的特性和分析、电源管理器的原理和应用、模拟-数字转换器的原理及应用、数字-模拟转换器的原理及应用等内容。本书的一大特色是将模拟电子系统理论知识和SPICE电路仿真进行系统化融合，通过理论计算及SPICE仿真结果，诠释了模拟电子系统的本质；本书的另一大特色是通过与美国TI公司和美国NI公司的产、学、研深度合作，将最新的模拟电子设计理论和设计方法引入书中，使得本书内容能与时俱进，将更精彩的内容呈现给广大读者。本书适用于从事模拟系统设计的工程师，尤其适用于从事TI集成电路设计的工程师。同时，本书也可以作为高等学校模拟电子技术基础课程的教学参考用书。

    何宾，著名的嵌入式技术和EDA技术专家，长期从事电子设计自动化方面的教学和科研工作，与全球多家知名的半导体厂商和EDA工具厂商大学计划保持紧密合作。目前已经出版嵌入式和EDA方面的著作近30部，内容涵盖电路仿真、电路设计、可编程逻辑器件、数字信号处理、单片机、嵌入式系统、片上可编程系统等。典型的代表作有《Xilinx FPGA设计权威指南》、《Altium Designer13.0电路设计、仿真与验证权威指南》、《Xilinx FPGA数字设计-从门级到行为级的双重描述》、《Xilinx FPGA数字信号处理权威指南-从HDL、模型到C的描述》、《模拟与数字系统协同设计权威指南-Cypress集成开发环境》、《STC单片机原理及应用》、《Altium Designer15.0电路仿真、设计、验证与工艺实现权威指南》、《STC单片机C语言程序设计》。

本书适合于从事模拟系统设计的工程师，尤其是使用TI集成电路设计的工程师。同时，也可以作为高等学校模拟电子技术基础课程的教学参考用书。

目录

第1章模拟电子技术绪论

1.1电子技术的发展历史

1.2模拟电子技术的目标

1.2.1模拟电子技术的基础地位

1.2.2模拟电子技术的知识点结构

1.2.3模拟电子技术的研究角度

1.3模拟电子系统的评价和分析

方法

1.3.1理论分析方法类型

1.3.2理论分析方法的实质

1.3.3实际测试

第2章半导体和PN结特性

2.1半导体材料

2.1.1N型杂质

2.1.2P型杂质

2.1.3多子和少子

2.1.4费米函数

2.1.5载流子浓度

2.2零偏置PN结

2.2.1内建结电势

2.2.2电场分布

2.2.3结电势分布

2.2.4空间耗尽区宽度

2.3正偏PN结

2.3.1耗尽区宽度

2.3.2少子电荷分布

2.4反偏PN 结

2.4.1耗尽区宽度

2.4.2结电容

2.5结电流密度

2.6温度依赖性

2.7高频交流模型

2.7.1耗尽电容

2.7.2扩散电容

2.7.3正偏模型

2.7.4反偏模型

第3章半导体二极管的特性和

分析

3.1二极管的符号和分类

3.1.1二极管的符号

3.1.2二极管的分类

3.2二极管电压和电流特性

3.2.1测试电路构建和分析

3.2.2查看和分析SPICE网表

3.2.3二极管SPICE模型描述

3.2.4二极管正偏电压-电流

特性分析

3.2.5二极管反偏电压-电流

特性分析

3.2.6二极管电压-电流线性

化模型

3.3二极管温度特性

3.3.1执行二极管温度扫描分析

3.3.2绘制和分析二极管温度

特性图

3.4二极管频率特性

3.4.1波特图工具的原理

3.4.2波特图使用说明

3.4.3二极管频率特性分析

3.5二极管额定功率特性

3.6发光二极管及其特性

3.7齐纳二极管及其特性

3.7.1电压电流特性

3.7.2电源管理器的设计

第4章二极管电路的设计和分析

4.1二极管整流器

4.1.1半波整流

4.1.2全波整流

4.1.3平滑整流器输出

4.2二极管峰值检测器

4.2.1二极管峰值检测器原理

4.2.2包络检波器实现

4.3二极管钳位电路

4.4二极管斩波器

4.4.1二极管斩波器原理

4.4.2二极管斩波器应用

4.5二极管倍压整流器

4.6压控衰减器

第5章双极结型晶体管的特性和

分析

5.1晶体管基本概念

5.2双极结型晶体管符号

5.3双极结型晶体管SPICE

模型参数

5.4双极结型晶体管工作原理

5.4.1双极结型晶体管结构

5.4.2电压、电流和电荷控制

5.4.3晶体管的α和β

5.4.4BJT工作区域

5.5双极结型晶体管输入和

输出特性

5.5.1输入特性

5.5.2输出特性

5.6双极结型晶体管电路模型及

分析方法

5.6.1直流模型

5.6.2大信号模型

5.6.3厄尔利效应

5.6.4小信号模型

5.7密勒定理及其分析方法

5.7.1密勒定理及其推导

5.7.2密勒定理的应用

5.7.3密勒效应

5.8双极结型晶体管的直流

偏置

5.8.1有源电流源偏置

5.8.2单基极电阻偏置

5.8.3发射极电阻反馈偏置

5.8.4射极跟随器偏置

5.8.5双基极电阻偏置

5.8.6偏置电路设计

5.9共发射极放大器

5.9.1有源偏置共射极放大器

5.9.2电阻偏置共射极放大器

5.10共集电极放大器

5.10.1有源偏置射极跟随器

5.10.2电阻偏置射极跟随器

5.11共基极放大器

5.11.1输入电阻Ri

5.11.2无负载电压增益Avo

5.11.3输出电阻Ro

5.12达林顿对晶体管

5.13直流电平移位和放大器

5.13.1电平移动方法

5.13.2电平移位的直流放大器

5.14双极结型晶体管电路的

频率响应

5.14.1高频模型

5.14.2BJT频率响应

5.15BJT放大器的频率响应

5.15.1共发射极BJT放大器

5.15.2共集电极BJT放大器

5.15.3共基极BJT放大器

第6章双极结型晶体管放大电路

应用

6.1BJT多级放大器及频率

响应

6.1.1电容耦合

6.1.2直接耦合

6.1.3级联晶体管

6.1.4频率响应

6.2BJT电流源原理

6.2.1基本电流源

6.2.2改进型基本电流源

6.2.3Widlar电流源

6.2.4共射-共基电流源

6.2.5威尔逊电流源

6.2.6多重电流源

6.2.7零增益放大器

6.2.8稳定电流源

6.3BJT差分放大器原理

6.3.1采用阻性负载的BJT

差分对

6.3.2采用基本电流镜有源负载

的BJT差分放大器

6.3.3采用改进电流镜的差分

放大器

6.3.4共射极-共基极差分放

大器

6.3.5差分放大器频率响应

第7章双极结型晶体管电路反馈

原理及稳定分析

7.1放大器反馈机制类型

7.2放大器反馈特性

7.2.1闭环增益系数

7.2.2频率响应

7.2.3失真

7.3放大器反馈结构

7.3.1串联-并联反馈结构

7.3.2串联-串联反馈结构

7.3.3并联-并联反馈结构

7.3.4并联-串联反馈结构

7.4放大器反馈分析

7.4.1串联-并联反馈结构

7.4.2串联-串联反馈结构

7.4.3并联-并联反馈结构

7.4.4并联-串联反馈结构

7.5放大器稳定性分析

7.5.1闭环频率和稳定性

7.5.2瞬态响应和稳定性

7.5.3闭环极点和稳定性

7.5.4奈奎斯特稳定准则

7.5.5相对稳定性判定

7.5.6相位裕度的影响

7.5.7波特图分析稳定性方法

第8章金属氧化物半导体场效应

管特性和电路分析

8.1金属氧化物半导体场效应

管基础

8.1.1金属氧化物半导体场效应

管概述

8.1.2金属氧化物场效应晶体管

符号

8.1.3金属氧化物场效应管的基本

概念

8.1.4MOSFET的SPICE模型

参数

8.2增强型MOSFET

8.2.1内部结构

8.2.2工作模式

8.2.3工作特性

8.3耗尽型MOSFET

8.3.1内部结构

8.3.2工作模式

8.3.3工作特性

8.4MOSFET低频模型

8.4.1直流模型

8.4.2小信号模型

8.4.3小信号分析

8.5MOSFET直流偏置

8.5.1MOSFET偏置电路原理

8.5.2MOSFET偏置电路设计

8.6共源极放大器

8.6.1采用电流源负载的共源极

放大器

8.6.2采用增强型MOSFET负载的

共源极放大器

8.6.3采用耗尽型MOSFET负载的

共源极放大器

8.6.4采用电阻负载的共源极

放大器

8.7共漏极放大器 

8.7.1有源偏置的源极跟随器

8.7.2电阻偏置的源极跟随器

8.8共栅极放大器

8.9直流电平移位和放大器

8.9.1电平移动方法

8.9.2电平移位的MOSFET

放大器

8.10MOSFET放大器频率响应

8.10.1MOSFET高频模型

8.10.2共源极放大器频率响应

8.10.3共漏极放大器频率响应

8.10.4共栅极放大器频率响应

第9章金属氧化物半导体场效应

管放大电路应用

9.1MOSFET多级放大器及

频率响应

9.1.1电容耦合级联放大器

9.1.2直接耦合放大器 

9.1.3共源-共栅放大器

9.2MOSFET电流源原理

9.2.1基本电流源

9.2.2改进型基本电流源

9.2.3多重电流源

9.2.4共源-共栅电流源

9.2.5威尔逊电流源

9.2.6零增益放大器

9.2.7稳定电流源

9.3MOSFET差分放大器原理

9.3.1NMOSFET差分对

9.3.2采用有源负载的MOSFET

差分对

9.3.3共源-共栅MOSFET差分

放大器

9.4耗尽型MOSFET差分放大器

原理

9.4.1采用阻性负载的耗尽型

MOSFET差分对

9.4.2采用有源负载的耗尽型

MOSFET差分对

第10章运算放大器电路的设计

和分析

10.1集成运算放大器的原理

10.1.1集成运放的内部结构

10.1.2集成运放的通用符号

10.1.3集成运放的简化原理

10.2理想运算放大器模型

10.2.1理想运算放大器的特点

10.2.2放大器“虚短”和

“虚断”

10.2.3叠加定理

10.3理想运算放大器的分析

10.3.1同相放大器

10.3.2反相放大器

10.4运算放大器的应用

10.4.1电压跟随器

10.4.2加法器

10.4.3积分器

10.4.4微分器

10.4.5半波整流器

10.4.6全波整流器

10.5单电源供电运放电路

10.5.1单电源运放

10.5.2运算放大电路的基本

偏置方法

10.5.3其他一些基本的单电源

供电电路

第11章集成差动放大器的原理

和分析

11.1差分放大器的基本概念

11.2差分放大器

11.3仪表放大器

11.4电流检测放大器

11.4.1低侧电流测量方法

11.4.2高测电流检测方法

11.5全差分放大器

11.5.1全差分放大器原理

11.5.2差分信号源匹配

11.5.3单端信号源匹配

11.5.4输入共模电压

第12章运算放大器的性能指标

12.1开环增益、闭环增益和

环路增益

12.2放大器直流精度

12.2.1放大器输入端直流参数

指标

12.2.2放大器输出端直流参数

指标

12.3放大器交流精度

12.3.1增益带宽积

12.3.2压摆率

12.3.3建立时间

12.3.4总谐波失真加噪声

12.4其他指标

12.4.1共模抑制比

12.4.2电源噪声抑制比

12.4.3电源电流

12.4.4运放噪声

12.5精密放大器指标

12.5.1TI精密运算放大器

12.5.2精密放大器选型步骤

第13章运算放大器电路稳定性

分析

13.1运放电路稳定性分析

方法

13.2Aol和1/β的计算方法

13.3外部寄生电容对稳定性的

影响

13.3.1负载电阻影响的瞬态分析

13.3.2负载电阻影响的交流小信号

分析

13.4修改Aol的补偿方法

13.4.1电路的瞬态分析

13.4.2电路的交流小信号分析

13.5修改1/β的补偿方法

13.5.1电路的瞬态分析

13.5.2电路的交流小信号分析

第14章高速放大器的原理和

分析

14.1高速放大器的关键指标 

14.1.1带宽

14.1.2压摆率

14.1.3建立时间

14.1.4THD+N和运放的位数

14.2Bipolar和FET型高速

放大器 

14.3电压反馈、电流反馈和去

补偿型高速放大器

14.3.1电压反馈和电流反馈放大器

的原理

14.3.2电压反馈放大器和电流反馈

放大器的区别：带宽和

增益 

14.3.3电压反馈放大器和电流反馈

放大器的区别：反馈电阻的

取值 

14.3.4电压反馈放大器和电流反馈

放大器的区别：压摆率 

14.3.5电压反馈放大器和电流反馈

放大器的选择

14.3.6去补偿电压反馈放大器 

14.4压控增益放大器应用 

第15章有源滤波器的原理

和设计

15.1有源和无源滤波器

15.2有源滤波器分类

15.3有源滤波器模型研究

方法

15.4一阶滤波器及其特性

15.4.1低通滤波器

15.4.2高通滤波器

15.4.3带通滤波器

15.4.4带阻滤波器

15.5双二次函数

15.5.1贝塞尔响应 

15.5.2巴特沃斯响应 

15.5.3契比雪夫响应

15.6Sallen-Key滤波器

15.6.1通用形式

15.6.2低通滤波器

15.6.3高通滤波器

15.6.4带通滤波器

15.7多重反馈滤波器

15.7.1低通滤波器

15.7.2高通滤波器

15.7.3带通滤波器

15.8Bainter陷波滤波器

15.9全通滤波器

15.9.1一阶全通滤波器

15.9.2二阶全通滤波器

15.10开关电容滤波器

15.10.1开关电容电阻

15.10.2开关电容积分器

15.10.3通用开关电容滤波器

15.11单电源供电滤波器设计

15.12滤波器辅助设计工具

第16章功率放大器的分析和

设计

16.1功率放大器的类型

16.2功率晶体管

16.3A类功率放大器的原理及

分析

16.3.1射极跟随器

16.3.2基本的共射极放大器

16.3.3采用有源负载的共射极

放大器

16.3.4变压器耦合负载共射极

放大器

16.4B类功率放大器的原理及

分析

16.4.1互补推挽放大器

16.4.2变压器耦合负载推挽

放大器

16.5AB类功率放大器的原理及

分析

16.5.1转移特性

16.5.2输出功率和效率

16.5.3采用二极管的偏置

16.5.4采用二极管和有源电流源

的偏置

16.5.5采用VBE乘法器的偏置

16.5.6准互补AB类放大器

16.5.7变压器耦合AB类放大器

16.6C类功率放大器的原理及

分析

16.7D类功率放大器的原理及

分析

16.8E类功率放大器的原理及

分析

16.9功率运算放大器的类型和

应用

16.9.1功率运算放大器的类型

16.9.2功率运算放大器的应用

16.9.3功率运放功耗

16.9.4功率运放热考虑

16.9.5功率运放散热设计

第17章振荡器的特性和分析

17.1振荡器原理

17.1.1振荡条件分析

17.1.2频率稳定性分析

17.1.3幅度稳定性分析

17.2音频振荡器

17.2.1移相振荡器

17.2.2正交振荡器

17.2.3三相振荡器

17.2.4文氏桥振荡器

17.2.5环形振荡器

17.3射频振荡器

17.3.1科尔皮兹振荡器

17.3.2哈特莱振荡器

17.3.3两级MOS振荡器

17.4晶体振荡器

17.5硅振荡器

17.6有源滤波器调谐振荡器

第18章电源管理器的原理

和应用

18.1线性电源管理器

18.1.1线性电源管理器的内部

结构

18.1.2负载电流对输入和输出压差

的影响

18.1.3输出电压与输入电压和负载

电流变化关系

18.1.4LDO电源管理器的效率

18.1.5LDO电源管理器反馈

补偿

18.1.6LDO电源抑制比

18.2开关电源管理器

18.2.1电感和电容的基本概念

18.2.2理想降压转换器的原理和

结构

18.2.3理想升压转换器的原理和

结构

18.2.4理想降压-升压转换器的原理

和结构

第19章模拟-数字转换器的原理及

应用

19.1数模混合系统结构

19.2ADC的原理

19.2.1ADC的基本原理

19.2.2量化误差与分辨率

19.2.3采样率

19.3ADC的性能指标

19.3.1静态特性

19.3.2动态特性

19.4ADC的类型和原理

19.4.1逐次逼近寄存器型ADC的原理

及应用

19.4.2Δ-型ADC的原理及

应用

19.4.3流水线型ADC的原理及

应用

19.5ADC数字接口类型

19.5.1I2C接口 

19.5.2SPI接口 

19.5.3LVDS接口

19.6ADC参考输入源

19.6.1串联型电压基准

19.6.2并联型电压基准

19.7全差分放大器和ADC接口

设计

19.8小结

第20章数字-模拟转换器的原理及

应用

20.1DAC的原理及信号重构

20.1.1DAC的原理

20.1.2模拟信号的重建

20.2DAC的性能指标

20.2.1分辨率

20.2.2满量程范围

20.2.3静态参数

20.2.4动态参数

20.3DAC器件类型和原理

20.3.1电阻串型

20.3.2R-2R型

20.3.3乘法型

20.3.4电流引导型

20.3.5数字电位器

20.3.6Δ-型DAC

20.4脉冲宽度调制 

20.4.1占空比分辨率 

20.4.2谐波失真 

20.4.3模拟滤波器的设计

20.5选型原则

参考文献