模拟电路原理与设计

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作者：姚剑清张宁波

出版社：北京邮电大学出版社

本类榜单：工业技术

分类：工业技术 > 电工技术 > 电工基础理论

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ISBN：9787563561216
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
开本：其他
页数：232
出版时间：2020-08-01
条形码：9787563561216 ; 978-7-5635-6121-6

内容简介

本书包括了电子和模拟电路工程师所必须掌握的*基本的分析技术和概念；从*底层的电路理论（拉普拉斯变换、传递函数、频率响应、伯德图和时域响应等）出发，然后介绍运算放大器的电路和参数（摆速的计算、失调的组成等），并提升至顶层的电路技术（带隙基准源和全差分运放的频域分析等）。此外，书中结合了实际工程中的案例，对部分基本原理进行了讲解。本书面向的是通信电子类工程师、大学教师以及在校研究生。

模拟电路原理与设计
目录

目录

第1章电路理论1

1.1电路定理1

1.1.1基尔霍夫电流和电压定律1

1.1.2叠加定理1

1.1.3戴维南定理与诺顿定理2

1.1.4电流源、电压源和受控源3

1.1.5符号使用规则4

1.2从复指数信号到傅里叶变换5

1.2.1复指数信号与频率谱5

1.2.2傅里叶变换7

1.3拉普拉斯变换8

1.3.1从傅里叶变换到拉普拉斯变换8

1.3.2电容和电感阻抗的拉普拉斯变换9

1.4传递函数10

1.4.1串联电容电路10

1.4.2并联电容电路11

1.5零点与极点11

1.6频率响应11

1.6.1图解法12

1.6.2解析法13

1.7伯德图14

1.7.1串联电容电路的伯德图14

1.7.2并联电容电路的伯德图15

1.7.3放大器的频率响应16

1.8时间响应17

1.8.1一阶电路17

1.8.2二阶电路18

1.9小结18

练习题19

第2章半导体二极管与双极型晶体管21

2.1半导体二极管21

2.1.1直流特性21

2.1.2PN结的性质22

2.1.3大信号模型25

2.1.4小信号模型26

2.2双极型晶体管27

2.2.1物理结构与电路符号27

2.2.2工作原理28

2.2.3大信号特性29

2.2.4小信号参数与模型30

2.3小结32

练习题32

第3章MOS晶体管34

3.1物理结构与工作原理34

3.1.1NMOS管的结构34

3.1.2沟道的生成35

3.1.3三个工作区36

3.1.4导出iDvDS关系式37

3.1.5NMOS管的电路符号39

3.2大信号特性40

3.2.1传递特性曲线40

3.2.2输出特性曲线41

3.2.3亚阈值区42

3.2.4PMOS管的电特性43

3.3小信号参数与模型44

3.3.1计算跨导44

3.3.2小信号模型46

3.3.3体效应47

3.4三种MOS基本放大器48

3.4.1共源放大器(CS)48

3.4.2共栅放大器(CG)48

3.4.3共漏放大器(CD)50

3.5MOS管的高频特性51

3.5.1栅极与沟道之间的电容51

3.5.2栅极与源漏区之间的重叠电容52

3.5.3结电容52

3.5.4高频模型52

3.6基本放大器的高频特性53

3.6.1MOS管的Miller效应53

3.6.2共源放大器54

3.6.3共栅放大器54

3.6.4源极跟随器56

3.7小结57

练习题57

第4章理想运算放大器60

4.1什么是理想运算放大器60

4.2反相放大器61

4.2.1反相放大器分析61

4.2.2反相放大器用作加法器63

4.3同相放大器63

4.3.1同相放大器分析63

4.3.2电压跟随器64

4.4运放的基本应用65

4.4.1电流电压转换器65

4.4.2电压电流转换器66

4.4.3差值放大器67

4.4.4测量放大器68

4.4.5阻抗元件反相放大器70

4.4.6反相积分器71

4.4.7精密半波整流器73

4.5运放电路的设计74

4.5.1基准电压源设计74

4.5.2桥式电路设计75

4.6小结76

练习题76

第5章运算放大器的参数78

5.1输入参数78

5.1.1输入电阻ri78

5.1.2输入电容Ci79

5.1.3输入失调电压VOS79

5.1.4输入共模电压范围VICR79

5.2输出参数80

5.3传递参数80

5.3.1差分电压增益Ad80

5.3.2带宽BW80

5.3.3单位增益带宽f181

5.3.4增益带宽积GBW81

5.3.5共模抑制比CMRR81

5.3.6电源抑制比PSRR81

5.3.7摆速SR82

5.3.8总谐波失真THD83

5.3.9稳定时间ts84

5.3.10相位裕度Φm和幅值裕度Am84

5.4闭环放大器的低频增益85

5.4.1实际反相放大器的低频增益85

5.4.2实际同相放大器的低频增益86

5.5闭环放大器的频率响应86

5.5.1实际运放的开环频率特性86

5.5.2实际的闭环频率特性87

5.6摆速与带宽88

5.6.1上升摆速SR+的计算88

5.6.2下降摆速SR-的计算89

5.6.3反馈使运放回到线性状态90

5.6.4带宽90

5.6.5摆速与带宽的关系91

5.7失调电压91

5.7.1差分级输入管引起的失调电压91

5.7.2差分级负载电阻引起的失调电压93

5.7.3失调电压的漂移94

5.8小结94

练习题94

第6章反馈96

6.1基本反馈理论96

6.2负反馈的优点97

6.2.1降低增益敏感度和非线性失真97

6.2.2扩展带宽98

6.2.3抑制噪声98

6.3四种反馈结构99

6.3.1理想情况下的参数计算100

6.3.2实际电路的参数计算103

6.4稳定性与环路增益105

6.4.1稳定性问题106

6.4.2如何确定环路增益106

6.5放大器的伯德图107

6.5.1两极点放大器107

6.5.2三极点放大器108

6.5.3反馈放大器的环路增益108

6.6稳定性判据109

6.6.1奈奎斯特判据109

6.6.2用伯德图判别稳定性111

6.6.3相位裕度和幅值裕度112

6.7小结113

练习题113

第7章频率补偿115

7.1主极点补偿115

7.1.1利用负载电容的主极点补偿115

7.1.2利用Miller电容的主极点补偿118

7.2幅值补偿123

7.3超前补偿124

7.4同相与反相放大器的环路增益125

7.5小结126

练习题127

第8章滤波器128

8.1滤波器的性能指标128

8.2滤波器的传递函数129

8.2.1巴特沃斯滤波器129

8.2.2切比雪夫滤波器131

8.3关于滤波器系数表133

8.4有源低通滤波器设计134

8.4.1一阶低通滤波器134

8.4.2二阶低通滤波器135

8.4.3高阶低通滤波器136

8.5有源高通滤波器设计137

8.6有源带通和带阻滤波器设计138

8.7开关电容滤波器138

8.7.1基本原理139

8.7.2开关电容滤波器举例140

8.7.3实际的开关电容电路141

8.7.4非重叠两相时钟发生电路142

8.8开关电容电路142

8.8.1开关电容放大器143

8.8.2放大器的精度143

8.8.3放大器的速度144

8.8.4开关电容电路小结145

8.9小结145

练习题145

第9章振荡器147

9.1基本原理147

9.1.1振荡的条件147

9.1.2相移与频率稳定性148

9.1.3振荡器的增益149

9.1.4运放对振荡器的影响149

9.2桥式振荡器150

9.3相移振荡器151

9.3.1单级相移振荡器152

9.3.2多级相移振荡器152

9.4高频振荡器153

9.4.1考毕兹振荡器153

9.4.2晶体振荡器154

练习题155

第10章电流镜156

10.1MOS两管电流镜156

10.2局部反馈电流镜158

10.3cascode电流镜159

10.4Wilson电流镜161

10.5有源负载放大器163

10.5.1双极有源负载放大器163

10.5.2MOS有源负载放大器166

10.6小结168

练习题169

第11章基准源170

11.1MOS Widlar小电流基准源170

11.2电流源的电源敏感度172

11.2.1利用基射压降的基准电流源172

11.2.2利用阈值电压的基准电流源173

11.3CMOS自偏置电流源174

11.4电流源的温度敏感度176

11.5带隙基准电压源177

11.5.1基本原理177

11.5.2双极带隙基准源电路180

11.5.3CMOS带隙基准源电路181

11.6小结183

练习题184

第12章CMOS集成运算放大器185

12.1MOS差分级185

12.1.1电阻负载MOS差分级185

12.1.2电流镜负载CMOS差分级187

12.2CMOS运算放大器189

12.2.1低频电压增益189

12.2.2共模输入电压范围190

12.2.3共模抑制比191

12.2.4输入失调电压192

12.2.5输入级的PMOS与NMOS194

12.2.6过驱电压与沟道长度194

12.3CMOS cascode运算放大器195

12.3.1基本cascode运放电路195

12.3.2cascode结构的小信号参数196

12.4CMOS望远镜式cascode运算放大器198

12.5宽摆幅cascode电流镜199

12.6CMOS折叠式cascode运算放大器201

12.7CMOS cascode结构的频率特性202

12.8小结204

练习题204

第13章全差分运算放大器206

13.1全差分运放与单边输出运放206

13.2全差分运放的优点207

13.3全差分运放的使用208

13.3.1单边信号向差分信号的转换208

13.3.2输入共模控制端的连接210

13.4小信号模型210

13.5共模反馈原理212

13.5.1简单全差分运放212

13.5.2共模反馈的实现214

13.5.3输入共模信号与共模控制信号215

13.5.4差分输入信号与共模反馈回路216

13.5.5共模反馈回路的带宽217

13.6共模反馈网络217

13.7实际的全差分运放电路219

13.7.1望远镜式cascode全差分运放220

13.7.2折叠式cascode全差分运放221

13.8小结221

练习题222

部分练习题答案223

参考文献226

索引228

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节选

今天的模拟电路在小尺寸和低功耗方面取得了很大进展。四五十年前，当数字电路取得快速进展时，许多人曾预测模拟电路将很快被数字电路淘汰。诚然，有些模拟电路已被数字电路所取代，比如音视频电路。但随着数字技术的发展，人们对高性能模拟电路的需求有增无减。比如在对模拟信号做数字化处理时，高性能的A/D和D/A转换器及其相关电路是不可或缺的。另外，当数字电路的集成度和速度变得越来越高时，与外部世界相连的模拟接口电路，往往成为整个芯片设计的关键。许多人把模拟电路设计看作是一种“艺术”。因为相对而言，数字电路的设计是系统化的，有一整套固定的设计方法，而模拟电路的分析和设计显得有点模糊，全靠自己的想象。本书意在通过深入浅出的讲解和恰当的例题，帮助读者建立起模拟电路设计的整体理念。在内容安排上，本书共分三部分。 **部分包括第1章至第7章，介绍模拟电路*基本的内容。其中，第1章说明电路设计中必需的理论和分析工具，包括传递函数、频率特性、伯德图和时域响应等。第2章主要讨论作为晶体管基础的半导体二极管，然后简要介绍双极型晶体管。第3章详细介绍MOS晶体管，说明其传递特性和小信号模型，并在此基础上详细分析了3种基本MOS放大器的低频和高频特性。第4章讨论理想运算放大器的性质和许多用理想运放搭建的实用电路，并说明两种运放电路的设计。第5章说明运放的主要参数，讨论这些参数对闭环特性的影响，然后详细讨论了摆速、带宽和失调电压3个重要参数。第6章讨论4种反馈结构，说明反馈系统的参数计算，并导出奈奎斯特稳定性判据。第7章讨论主极点补偿、幅值补偿和超前补偿三种常用的补偿技术，以此说明补偿技术的基本思路。第二部分包括第8章和第9章，介绍模拟电路中常用的滤波器和振荡器。其中，第8章讨论巴特沃斯和切比雪夫两种传递函数，并详细说明低通和高通滤波器的设计方法。第9章介绍两种常用的桥式和相移低频振荡器，以及考毕兹和石英晶体两种高频振荡器，并讨论开关电容滤波器的精度、速度和设计要点。第三部分包括第10章至第13章，详细介绍模拟电路中*主要的单元电路：运算放大器。其中，第10章介绍运算放大器中必需的电流镜电路，从*基本的两管电流镜到具有高输出电阻的共栅共源电流镜和Wilson电流镜，并详细讨论以电流镜为负载的双极和MOS放大器。第11章介绍基准电流源和电压源，并讨论电源敏感度和相对温度系数两个参数，*后介绍模拟集成电路中用得*多的带隙电压基准源，说明双极和MOS带隙基准源的设计和计算方法。第12章以常用的两级MOS集成运放为例，详细说明集成运算放大器的结构、特性和参数计算，介绍共栅共源结构的小信号参数和输出宽摆幅电路，以及望远镜式和折叠式两种常用的集成运放，然后比较三种运算放大器的主要特性。第13章介绍全差分运算放大器，说明它的电路结构和参数计算，并详细讨论全差分运放中使用的共模反馈网络的结构和参数计算；*后介绍望远镜式和折叠式两种常用的全差分集成运放。本书虽然包含了双极型和MOS晶体管的内容，但把重点放在MOS晶体管上。书中还穿插了一些基本概念和设计思路的解释，希望能从一个侧面帮助读者理解模拟电路。总体来说，模拟电路设计是一项充满挑战的工作。希望本书对从事模拟和通信类工作的工程师、大学教师和研究人员有所帮助，这也是本书编写的目的所在。*后要感谢北京微电子技术研究所的马明朗、张永学和王宗民研究员对全书进行了认真审阅，提出了许多宝贵的修改意见。作者于北京