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出版者:Thomson Learning

作者:Robbins, Allan H./ Miller, Wilhelm C.

出品人:

页数:1048

译者:

出版时间:2006-7

价格:1613.00元

装帧:HRD

isbn号码:9781418038618

丛书系列:

图书标签:

• 电路分析
• 电路
• 电子学
• 电气工程
• 模拟电路
• 线性电路
• 电路理论
• 工程数学
• 高等教育
• 教科书

电子器件基础与数字系统设计：从晶体管到微处理器 第一部分：半导体物理与电子器件基础 本书深入探讨了现代电子技术的核心——半导体物理学原理及其在电子器件中的实际应用。我们将从材料科学的角度出发，解析硅、锗等半导体材料的能带结构、载流子输运机制，以及掺杂工艺如何精确控制材料的导电特性。 第一章：半导体基础物理 本章详细阐述了固体物理学的基本概念，特别是晶体结构、晶格振动（声子）与电子的相互作用。我们将建立严格的量子力学模型，解释费米能级、本征载流子浓度及其温度依赖性。重点分析了N型和P型半导体的载流子统计分布，包括简并和非简并半导体的区分。随后，将讨论扩散电流和漂移电流的物理机制，以及爱因斯坦关系式的推导，为理解器件的工作特性奠定理论基础。 第二章：PN结的形成与特性 PN结是所有集成电路的基石。本章聚焦于PN结的形成过程，包括内建电场、空间电荷区（耗尽层）的形成及其宽度计算。我们将分析不同偏压（零偏、正向偏压、反向偏压）下PN结的I-V特性曲线，并深入探讨二极管的瞬态响应，如存储时间和开关速度。此外，本章还将介绍齐纳击穿和雪崩击穿的物理机制，并对各种类型的二极管（如稳压管、肖特基二极管、光电二极管）的应用场景进行比较分析。 第三章：双极性晶体管（BJT） BJT作为电流控制型器件，是模拟电路设计中的重要组成部分。本章系统地介绍NPN和PNP晶体管的结构、载流子注入和传输过程。核心内容包括晶体管的Ebers-Moll模型和简化模型（如混合$pi$模型），用于精确描述晶体管的放大特性。我们将详细分析共射极、共集电极和共基极三种基本组态下的电压增益、电流增益和输入/输出阻抗。本章的实践部分将指导读者如何使用BJT搭建基本的放大器电路，包括偏置电路的设计与稳定性分析。 第四章：场效应晶体管（FET）——MOSFET MOSFET是现代数字集成电路的主流器件。本章从金属-氧化物-半导体（MOS）电容的结构入手，解释“悬浮”在氧化层之上的栅极如何通过电场效应控制沟道内的载流子浓度。我们将详细推导增强型和结型MOSFET的工作原理，特别是其亚阈值区、线性区和饱和区的I-V特性方程。特别强调了MOSFET的跨导$g_m$的意义及其对放大性能的影响。本章还将讨论器件的寄生效应，如栅极电阻、源极/漏极串联电阻，以及它们对高频性能的限制。 第二部分：模拟电路设计与应用 本部分将理论知识应用于实际的模拟信号处理电路的设计与分析中，重点关注线性放大、反馈机制和频率响应。 第五章：晶体管放大器与偏置技术 本章聚焦于如何设计稳定且高增益的单级和多级放大器。我们将探讨各种偏置技术（如定性偏置、分压器偏置、发射极反馈偏置）的优缺点及其对温度漂移的抵抗能力。在小信号分析中，我们将使用$pi$模型和T模型来计算不同配置下的电压和电流增益。本章还深入分析了放大器的输入/输出阻抗匹配问题，以及如何通过阻抗匹配实现最大功率传输。 第六章：运算放大器（Op-Amp）的理想与非理想特性 运算放大器作为构建复杂模拟系统的通用模块，其理解至关重要。本章首先从理想运放的特性（无限开环增益、零输入阻抗、无限带宽）入手，然后引入输入失调电压、共模抑制比（CMRR）和摆率（Slew Rate）等非理想参数对电路性能的实际影响。我们将详细分析反相放大器、同相放大器、电压跟随器、求和电路和积分/微分电路的构建方法。 第七章：频率响应、反馈与稳定度 所有放大电路的性能都受限于频率。本章分析了BJT和MOSFET模型中的寄生电容如何导致放大器在高频和低频区域的响应衰减，并引入波特图（Bode Plot）来直观展示增益和相位的变化。核心内容是负反馈理论，我们将探讨电压串联、电流串联、电压并联和电流并联四种反馈组态，分析负反馈如何改善线性度、扩展带宽和稳定增益。最后，将介绍Nyquist稳定判据和相频裕度（Phase Margin）的概念，确保反馈系统的稳定性。 第八章：线性滤波器的设计与实现 滤波器是信号调理的关键。本章从基础的RC滤波器（一阶、二阶）开始，逐步过渡到更复杂的有源滤波器设计。我们将详细介绍巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和椭圆（Elliptic）滤波器的特性对比，包括通带的平坦度和阻带的衰减率。重点讲解如何利用运放和电阻电容网络（如Sallen-Key拓扑）来实现高精度的低通、高通、带通和带阻滤波器。 第三部分：组合逻辑与时序电路 本部分转向数字电子领域，从布尔代数基础出发，构建和分析复杂的组合逻辑和具有存储功能的时序电路。 第九章：布尔代数与组合逻辑电路 本章以布尔代数的基本公理和定理为起点，教授读者如何化简复杂的逻辑表达式。我们将利用卡诺图（Karnaugh Maps）和Quine-McCluskey方法进行逻辑最简化，以设计出成本最低、速度最快的数字电路。随后，本章全面介绍标准逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的物理实现与逻辑特性，并分析不同逻辑家族（如TTL和CMOS）的性能指标差异。最后，我们将设计和分析译码器、数据选择器、加法器、乘法器等核心组合逻辑模块。 第十章：组合逻辑电路的实现 本章专注于使用标准集成电路（IC）芯片实现复杂的逻辑功能。我们将学习如何解读数据手册，并利用多功能门阵列（如ROM和PLA）来构建灵活的组合逻辑系统。本章将通过实例演示如何设计和实现算术逻辑单元（ALU）的基本结构。 第十一章：时序逻辑电路与存储元件 时序电路的特点是输出不仅依赖于当前的输入，还依赖于电路过去的状态。本章从最基本的存储单元——锁存器（Latch）开始，分析其对输入信号的毛刺敏感性。核心内容是触发器（Flip-Flop）：SR, JK, D, T触发器的工作原理、特性表和状态图。我们将详细分析不同触发器在同步电路设计中的应用。 第十二章：寄存器、计数器与有限状态机（FSM） 本章将触发器组合起来构建更高级的数字系统。首先介绍寄存器（Register）和移位寄存器（Shift Register）在数据暂存和并行/串行转换中的作用。随后，深入探讨异步和同步计数器的设计与实现，包括进位传播延迟的分析。最后，本章引入有限状态机的理论模型（Mealy和Moore模型），并教授如何使用状态图、状态表和卡诺图来设计和优化复杂的控制逻辑。 结语 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实践导向的学习路径，覆盖从半导体物理的微观世界到复杂数字系统构建的宏观应用，为未来的高级电子工程和系统设计打下坚实的基础。

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