Analysis and Design of Quadrature Oscillators pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Oliveira, Luis B./ Fernandes, Jorge R./ Filanovsky, Igor M./ Verhoeven, Chris J. M./ Silva, Manuel M

出品人:

页数:180

译者:

出版时间:

价格:129

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isbn号码:9781402085154

丛书系列:

图书标签:

• Quadrature Oscillators
• Oscillator Design
• Analog Circuit Design
• RF Circuit Design
• Signal Generation
• Phase Noise
• Nonlinear Circuits
• Electronic Oscillators
• Circuit Analysis
• High-Frequency Circuits

《晶体管电路原理与设计：从基础理论到实际应用》 导言 电子工程领域，晶体管作为现代电子设备的核心组成单元，其设计与应用构成了模拟和数字电路设计的基石。本书旨在为读者提供一套全面、深入且高度实用的晶体管电路设计与分析的知识体系。我们聚焦于经典的BJT（双极结型晶体管）和MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）在放大、开关和偏置电路中的应用，力求在理论深度和工程实践之间建立一座坚实的桥梁。本书的撰写严格遵循严谨的科学态度，注重从物理机制出发理解电路行为，并最终导向可行的工程实现。 第一部分：半导体基础与晶体管物理 本部分奠定了理解后续复杂电路设计所需的理论基础。我们首先回顾PN结的形成、能带理论以及载流子输运现象，这些是理解晶体管工作机理的先决条件。 第一章：半导体物理基础回顾 深入探讨了本征半导体、掺杂过程以及费米能级在非平衡状态下的变化。重点分析了二极管的伏安特性曲线，包括正向导通机制、反向击穿现象及其在电路中的等效模型。 第二章：双极结型晶体管（BJT）的结构与工作原理 详细阐述了NPN和PNP晶体管的物理结构，并推导出Ebers-Moll模型在小信号和大信号下的适用性。重点分析了三种工作状态：截止、线性（放大）和饱和，并结合物理载流子扩散和复合机制解释了这些状态的跨越。我们引入了$eta$（电流增益）和$r_{pi}$（输入电阻）的概念，并讨论了温度对这些参数的影响。 第三章：金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET） 本章集中于MOSFET，特别是增强型和耗尽型器件的结构。详细描述了MOSFET的四种工作区：截止区、线性（欧姆）区、饱和区以及反向偏置区。推导了输出特性曲线和跨导的数学表达式。与BJT相比，我们强调了MOSFET的输入阻抗极高、开关速度快等特性，并讨论了沟道长度调制效应（Channel Length Modulation）对输出电阻的影响。 第二部分：晶体管偏置与工作点稳定 任何晶体管放大器的性能首先取决于其静态工作点的准确设置。本部分致力于提供稳定且可靠的偏置技术。 第四章：BJT直流偏置电路设计 涵盖了多种偏置拓扑结构，包括固定基极偏置、发射极反馈偏置和分压器偏置。重点分析了采用负反馈机制（如使用发射极电阻）来保证集电极直流电压和电流对晶体管$eta$值变化不敏感的设计方法。我们引入了“最大稳定裕度设计”的概念，确保晶体管在整个工作温度范围内仍处于线性区。 第五章：MOSFET直流偏置技术 针对NMOS和PMOS器件，介绍了自偏置、分压器偏置以及使用恒流源作为负载的偏置方法。强调了阈值电压$V_{TH}$的工艺变化对工作点的影响，并设计了利用匹配晶体管实现高精度偏置的方案。讨论了如何利用自举技术（Bootstrapping）在某些特定应用中提高栅极驱动的有效性。 第三部分：晶体管放大器：小信号分析与拓扑结构 在确定了稳定的直流工作点后，本部分转入对信号放大性能的分析，主要采用混合-$pi$模型和混合-$ ext{h}$参数模型。 第六章：单级BJT放大器的小信号分析 详尽分析了共源极（Common Emitter, CE）、共基极（Common Base, CB）和共集电极（Common Collector, CC，也称射极跟随器）三种基本配置。针对每种拓扑，计算了其输入电阻、输出电阻、电压增益和电流增益。重点讨论了CE放大器中发射极电阻对反馈和增益的影响，以及CB级在高频应用中的优势。 第七章：单级MOSFET放大器的小信号分析 对应于BJT，本章分析了共源极（Common Source, CS）、共栅极（Common Gate, CG）和共漏极（Common Drain, CD，也称源极跟随器）配置。强调了CS放大器中跨导$g_m$在决定电压增益中的核心作用。详细分析了CS级输出电阻的计算，特别是在使用有源负载时的简化模型。 第八章：多级放大器与反馈理论基础 探讨了如何通过级联多级放大器来达到更高的总增益和更匹配的输入输出阻抗。引入了负反馈的基本概念，分析了电压串联反馈、电流并联反馈等基本结构对带宽、输入阻抗、输出阻抗和失真率的影响。使用波特图初步分析了系统的稳定性。 第四部分：频率响应与噪声特性 任何电路的性能都受限于频率响应和噪声水平。本部分深入探讨了晶体管的寄生效应以及如何量化和最小化噪声。 第九章：晶体管的高频效应与带宽分析 分析了晶体管内部的寄生电容（如$C_{pi}, C_{mu}$在BJT中，或栅源/栅漏电容在MOSFET中）如何限制电路的带宽。使用Miller效应分析了中间频率以上响应的显著衰减。通过$f_T$（过渡频率）和$f_{eta}$（电流增益带宽积）来评估器件的高频潜力。 第十章：放大器的频率响应设计 介绍了雪球（Miller）补偿技术，用于稳定高增益放大器，防止高频振荡。同时，讲解了低频响应的限制因素，主要由直流偏置耦合电容和旁路电容引起，并提供了中频带宽的精确计算方法。 第十一章：噪声分析与建模 系统地分析了电子噪声的来源，包括热噪声（Johnson-Nyquist Noise）、散弹噪声（Shot Noise）和闪烁噪声（Flicker Noise, $1/f$噪声）。推导了BJT和MOSFET的等效输入噪声电流源和电压源模型。提出了最小化噪声因子的设计准则，特别是在低频和射频前端设计中的应用。 第五部分：高级应用与集成电路（IC）设计考量 本部分将理论知识应用于实际的集成电路设计场景，侧重于构建更复杂、更实用的电路模块。 第十二章：有源负载与电流镜电路 讨论了使用晶体管作为电阻（有源负载）替代传统电阻负载的优势，尤其是在CMOS工艺中，可以减小面积并提高电压摆幅。深入剖析了精密的双晶体管电流镜（Current Mirror）电路，包括其失配误差分析和Widlar和Wilson电流源的改进版本，这些是构建多级IC的电流源基准。 第十三章：差分放大器与有源负载 详细介绍了差分放大器的结构、共模抑制比（CMRR）的计算，以及如何通过设计实现高CMRR。分析了差分对的匹配要求，并展示了差分对作为输入级在运算放大器设计中的核心作用。 第十四章：基本运算放大器结构与性能指标 将前述知识整合，构建一个完整的两级架式（Two-Stage）运算放大器。分析了输入级（通常为差分对）、增益级和输出级。讨论了如何通过补偿技术保证整个IC的相位裕度和稳定性。最后，系统梳理了增益带宽积（GBW）、压摆率（Slew Rate）和输出电压摆幅（Output Swing）等关键性能指标的相互制约关系。 总结 本书内容覆盖了从半导体物理到完整集成电路模块设计的全链条知识。通过大量的图示、详细的数学推导和面向实际的工程案例，读者将能够熟练掌握晶体管电路的设计流程，并具备分析和解决复杂模拟电路问题的能力。本书旨在培养读者对“为什么”和“如何做”的深刻理解，而非仅仅停留在公式套用层面。

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