具体描述
《电力电子技术》随着全控型器件的大量涌现，电力电子技术已不再局限于以晶闸管为主导的变流技术。《电力电子技术》介绍了晶闸管、GTO、GTR、MOSFET、IGBT等较成熟的电力电子器件的工作原理、特性、参数及其选择、驱动与保护方法，同时跟踪国内外电力电子器件的新发展，对SIT、SITH、MCT、PIC等功率器件也作了简要的介绍。从应用的角度出发，以定性分析为主，介绍了可控整流：交流电力控制、有源与无源逆变、直流斩波等典型应用电路及实例；提供了部分实验电路的实验指导。《电力电子技术》内容具有理论与实际结合及突出应用的特点。
《电力电子技术》可作为高职、高专学校电气自动化技术、电气技术、工业企业电气化、数控技术、电子技术等专业教材，亦可供有关的工程技术人员参考。
晶体管电路设计与应用 （非《电力电子技术》内容，聚焦于传统半导体器件的电路原理与实践） 第一章：半导体基础与晶体管特性回顾 本章将系统回顾半导体物理学的基本概念，作为理解晶体管工作原理的基石。我们将深入探讨P型和N型半导体的载流子迁移率、禁带结构以及PN结的形成过程，重点解析其在不同偏置条件下的势垒区特性和电流传输机制。 随后，我们将聚焦于双极性结型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET，特别是MOSFET）的核心工作原理。对于BJT，我们将详细分析其共射极、共基极和共集电极三种基本组态下的输入阻抗、输出阻抗、电流增益（$eta$和$alpha$）及其与工作点（$Q$点）的关系。我们还将讨论小信号模型（如$r_e$模型和$h$参数模型）的建立及其在低频放大电路分析中的应用。对于MOSFET，本章将区分增强型和结型场效应管，深入剖析其跨导特性、阈值电压（$V_{th}$）的温度效应，以及在“截止区”、“线性区”（欧姆区）和“饱和区”的I-V特性曲线。理解这些基础特性是设计任何依赖晶体管的电路的前提。 第二章：晶体管放大电路的偏置与稳定化技术 放大电路的设计核心在于建立稳定的工作点（$Q$点），确保晶体管工作在线性区内，并能最大化地处理输入信号而不产生不必要的截止或饱和失真。本章将全面介绍BJT和MOSFET的偏置电路设计方法。 对于BJT，我们将详细讲解分压器偏置（Voltage Divider Bias）的设计原理、元件容差对稳定性的影响分析。重点将放在偏置点稳定性分析，引入$eta$不稳定的灵敏度系数$S_{eta}$，并对比固定偏压法、集电极反馈偏压法和发射极接地偏压法的优劣。我们将通过数学推导展示如何选择电阻值以实现对温度变化和晶体管替换的鲁棒性。 对于MOSFET，我们将分析固定栅极电压偏置和自偏置电路（如源极反馈偏压）的设计。本章还将引入热稳定性的概念，讨论如何通过选择合适的偏置点来避免“热跑逸”（Thermal Runaway）现象，尤其是在高功率或高集成度应用中。 第三章：单级和多级小信号放大器分析 本章着重于使用小信号模型对放大器进行精确的频率响应和增益分析。 单级放大器分析： 我们将利用混合$pi$模型（Hybrid-pi Model）对BJT放大器进行详细分析。推导其电压增益、电流增益、输入阻抗和输出阻抗。随后，分析由内部结电容（如$C_{pi}$和$C_{mu}$）引入的高频响应限制，计算中频带宽（$f_H$）和米勒效应（Miller Effect）在确定有效输入电容中的作用。对于低频响应，我们将分析由旁路电容和耦合电容决定的下限截止频率（$f_L$）。 多级放大器： 探讨级联放大器的设计，包括共射极-共源极级联、共集电极（射随管）或共源极（源极跟随器）作为缓冲级的应用。分析多级电路的总增益、输入/输出阻抗的级间相互影响，以及如何通过合理布局来控制整体通频带。本章还将引入反馈理论的基础知识，初步探讨负反馈对放大器增益、输入/输出阻抗以及失真和噪声的改善作用。 第四章：放大器频率响应与噪声特性 本章深入探究放大器在不同频率范围内的行为，并引入信号保真度的重要考量——噪声。 频率响应精细分析： 对于高频响应，我们将详细解析晶体管的$f_T$（过渡频率）和$f_{alpha}$，并结合晶体管的寄生电容，推导带宽与工作点电流的关系。学习使用伯德图（Bode Plot）来直观分析多极点系统的频率特性。 低频响应的精细处理： 针对直流耦合电路中可能出现的漂移问题，以及耦合电容在极低频率下（如次声波范围）的行为，进行数学建模和补偿策略的讨论。 噪声理论与应用： 介绍放大器中的主要噪声源，包括热噪声（约翰逊噪声）、散粒噪声（分立电流噪声）和闪烁噪声（1/$f$噪声）。定义并计算等效输入噪声电压$e_n$和等效输入噪声电流$i_n$。讨论如何通过选择合适的晶体管（例如，低噪声管JFET或特定BJT）和优化偏置电流来最小化噪声因子（Noise Figure, NF），以满足射频或精密测量应用的要求。 第五章：特定功能电路的实现：振荡器与调制电路 本章将晶体管的应用从线性放大拓展到非线性功能电路的设计与分析。 振荡器电路： 详细分析正弦波振荡器的原理，重点研究基于RC、LC和晶体振荡器结构。深入探讨哈特莱振荡器（Hartley）和科尔皮兹振荡器（Colpitts）的工作机制，通过波形分析和反馈网络设计来确定振荡频率。最后，应用巴克豪森判据（Barkhausen Criterion）来分析振荡的启动条件和稳定性，并讨论晶体振荡器的等效电路模型。 调制与解调基础： 介绍晶体管在信号处理中的非线性应用，包括幅度调制（AM）和频率调制（FM）的基本概念。重点分析基于BJT或FET的乘法器电路（Multiplier Circuit）和限幅器（Limiter）的设计，理解它们在载波信号处理中的作用。 第六章：CMOS集成电路基础与互补对称电路 本章将视角转向基于MOSFET的集成电路设计，特别关注互补金属氧化物半导体（CMOS）技术。 CMOS反相器设计： 这是CMOS数字电路的基石。分析CMOS反相器的静态和动态特性，推导其电压传输特性（VTC），计算其高低电平噪声容限（Noise Margins）。分析负载电容对开关延迟时间的影响，并探讨如何通过调整NMOS和PMOS的W/L比来优化传播延迟和静态功耗之间的平衡。 互补对称（推挽）输出级： 设计Class AB功率输出级，这是一种结合了BJT和MOSFET特性的混合结构。分析其交越失真（Crossover Distortion）的产生机理，并详细讲解如何使用“零偏置”或“微小偏置”技术（如使用二极管或特定偏置电路）来消除或显著减小该失真，从而实现高效率且低失真的音频功率放大器的核心驱动级。 第七章：开关应用与保护电路 本章将晶体管视为理想开关进行分析，重点关注开关电路的瞬态响应和可靠性。 开关电路分析： 详细分析晶体管作为电子开关时的几个关键参数：开关时间（上升时间$t_r$、存储时间$t_s$、下降时间$t_f$）。讨论如何通过减小驱动电流和优化开关波形来加速关断过程。介绍逻辑电路中的开关应用，如使用晶体管作为电平转换器。 保护电路设计： 针对晶体管在电路中可能遇到的过压、过流和静电放电（ESD）风险，设计相应的保护机制。讨论钳位二极管、雪崩二极管在输入端的应用。重点分析如何设计电流限制电路和热关断（Thermal Shutdown）机制，以确保晶体管在异常工况下不被永久损坏。本章强调了瞬态分析在保证系统长期可靠性中的重要性。 --- 目标读者： 本书适合电子工程、通信工程、自动化专业的本科高年级学生，以及需要深入理解和设计基础放大、振荡及数字逻辑电路的工程师和技术人员。本书的重点在于传统半导体器件的建模、分析与实践应用，而非大功率开关变换器的控制理论。
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