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。

前言 本书是《模拟电子系统设计指南（基础篇）：从半导体、分立元件到TI集成电路的分析与实现》一书的配套实践用书。模拟电子系统的设计能力取决于对相关理论知识理解的深度和广度，对理论知识的理解仅从书本上学习是远远不够的，需要通过大量的SPICE电路软件仿真，以及构建和测试实际硬件电路来积累大家通常所说的“设计经验”。 在编写本书的过程中，本人的学生参与了大量模拟硬件电路的构建、测试和验证工作，而他们在大学刚开始学习模拟电子技术时，感觉特别抽象，理解起来很困难，导致他们不知道学习模拟电子技术这门课程的目的所在，当然这也是国内大学教师和学生普遍的共识。本人在编写这本书的6个月的时间里，通过给学生布置书上所提供的这些设计题目，引导他们有针对性地从实践中重新学习模拟电子技术知识，而不是像原来一样仅仅从书本上学习。 在他们完成本人所布置的这些设计题目的过程中，首先要参考本人编写的《模拟电子系统设计指南（基础篇）：从半导体、分立元件到TI集成电路的分析与实现》中相关的模拟电路理论知识，然后使用SPICE对要搭建的模拟硬件电路从不同的角度进行初步可行性验证，最后在面包板/万能板上构建实际的硬件电路，并通过测试仪器从时域（包含X-Y）和频域两个不同的角度研究信号与模拟电子系统各个单元之间的内在关系。经过这个训练过程，他们从以前感觉模拟电子技术是最难学最不喜欢学的课程，到如今转变为对模拟电子技术内在所表现出深层次“魅力”的浓厚兴趣。并且，现在他们可以从整体上将所学习的各门相关专业课程知识点有机地联系在一起。由此可见，实践/实验在模拟电子课程教与学中的重要作用。 全书分为14章，以二极管、BJT、MOSFET、集成运算放大器、功率放大器、电源管理器为主线，将模拟电子课程中所需要掌握的重要知识点通过实验进行了系统化融合。本人的学生王中正负责本书第510章实验内容的设计和验证，徐佳负责本书第67章实验内容的设计和验证，唐思怡负责本书第1114章实验内容的设计和验证。此外，汤宗美负责本书教学课件的制作。本人完成对全书的文字整理、实验结构的确认及审阅工作。本书由王学伟主审。 在编写本书的过程中，TI大学计划提供了芯片和经费资助；NI大学计划提供了正版Multisim Designer 14.0工具的授权；RIGOL公司大学计划提供了程控电源、信号发生器、数字示波器、频谱分析仪、数字万用表和电子负载。正是由于这些公司的鼎力支持和帮助，使得我能够高质量地完成本书的编写工作，在此向他们的支持表示衷心的感谢。通过本书的编写，使得教育界和产业界能够更紧密地合作，并可以全方位地帮助教育界的老师将最新的模拟电子设计软件工具和硬件平台介绍给广大的学生，同时也为产业界培养更多能够从事相关工作的工程技术人员，这是一种双赢的合作。 最后，感谢电子工业出版社各位编辑对本书出版给予的帮助和支持，由于本人水平有限，书中难免出现不足之处，请读者不吝指出，帮助本人进一步完善本书的内容。 何宾 2017年4月于北京

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

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》。