本书首先从分立晶体管的行为开始介绍放大的机理、电流/电压的处理方法。进而对模拟IC的典型电路OP放大器进行晶体管级解析，目的是掌握乘法电路、A-D转换器、非线性电路的构成方法。书中所列举的晶体管电路，以及能够利用电子电路模拟器PSpice和SIMetrix的数据文件都收录在科学出版社（www.sciencep.com）下载区，对电路或参数稍作变更，就能够用于解析。 本书可作为从事模拟技术开发及电路设计的技术人员的参考书，也可供工科院校相关专业师生参考使用。
样章试读
目录
- 第1章 晶体管的放大机理
1.1 有效地利用原料
1.1.1 I_C是由大量的晶体管构成的
1.1.2 如果掌握了1~4个器件组合成的电路单元就没有什么可担心的
1.2 晶体管梗概
1.2.1 双极晶体管的物理结构
1.2.2 晶体管擅长的技能——放大
1.3 理解二极管的行为
1.3.1 只有当V_F为正时,才有I_F的流动
1.3.2 V_F与I_F的关系
1.4 晶体管的基本工作
1.4.1 晶体管具有与二极管相同的指数特性,不过电压和电流是分开的
1.4.2 稍详细地描述工作状态
1.5 使用晶体管的最初的放大
1.5.1 放大信号,用电压取出
1.5.2 能放大多少倍?
1.5.3 放大倍数与R_C成比例地增大
1.5.4 输入信号的偏置电压V_OFF与放大倍数
1.6 晶体管放大的机理
1.6.1 双极晶体管的放大能力与集电极电流成比例
1.6.2 解开18mV之谜
小结
第2章 高明地使用晶体管进行放大的方法
2.1 仔细地分析晶体管
2.1.1 I_C、I_E、I_B对于V_BE的变化
2.1.2 基极电流与集电极电流成比例
2.2 从二极管的角度考虑的晶体管的工作
2.2.1 二极管的I-V特性
2.2.2 晶体管的工作原理
2.2.3 电流放大倍数β
2.2.4 发射极电流与集电极电流相等
2.2.5 晶体管的工作状态
2.3 晶体管的等效电路
2.3.1 直流工作的晶体管的等效电路
2.3.2 小信号解析时使用的晶体管的等效电路
2.4 晶体管的弱点
2.4.1 容易受偏置电压变化的影响
2.4.2 容易受温度变化的影响
2.5 高明地使用晶体管进行放大的方法
2.5.1 给集电极接入电流源,进行电流偏置
2.5.2 给发射极接入电阻,进行电流偏置
2.5.3 通过模拟确认发射极电阻的效果
2.5.4 插入发射极电阻时,求放大倍数的关系式
2.5.5 为什么发射极插入电阻后,抗变化的能力增强了?
2.5.6 用晶体管变换阻抗
2.6 能克服这些弱点的差动放大电路
2.6.1 输入电压被两个晶体管均等地分配
2.6.2 温度或电压发生变动时,差动放大电路可以稳定工作
2.6.3 电流偏置是晶体管电路的基本偏置方法
小结
第3章 用晶体管制作电流源
3.1 在与电压源的比较中熟悉电流源的性质
3.1.1 电压源——即使输出电流改变,电压也不改变
3.1.2 电流源——即使输出电压改变,流过的电流也不改变
3.2 用1个晶体管制作电流源
3.2.1 输出阻抗的模拟分析
3.2.2 得到了r_o=∞Ω的不现实的解析结果
3.2.3 晶体管的模拟模型的分析
3.2.4 初始效应体现在模型中,再次进行解析
3.2.5 通过计算进行确认
3.2.6 加进输出电阻后,得到接近实际的晶体管特性的等效电路
3.3 电流源在差动放大电路中的应用
3.3.1 如果把集电极电阻R_C也置换成电流源,就可以得到非常高的增益
3.3.2 电压增益与集电极电流无关
3.4 进一步提高电流源的输出阻抗的技巧
3.4.1 通过发射极电阻提高输出阻抗
3.4.2 通过发射极电阻加反馈,能使集电极电流稳定
3.4.3 更精密地控制负反馈——增大回路的放大倍数
3.4.4 用模拟的方法确认插入发射极电阻提高输出阻抗的问题
3.4.5 用等效电路分析插入发射极电阻提高输出阻抗的问题
3.4.6 插入发射极电阻,降低了输出电压范围
3.4.7 希望获得更高的输出阻抗时,采用共射共基放大器连接
3.4.8 希望进一步提高输出阻抗时——BJT
3.4.9 希望获得更高的输出阻抗时——FET
小结
第4章 复制电流的电流反射镜电路
4.1 基本的电流反射镜电路
4.1.1 使用晶体管的电流源的改进型
4.1.2 通过模拟确认电流反射镜电路的工作
4.2 各种电流反射镜电路
4.2.1 多输出型电流反射镜电路
4.2.2 电流比为1∶2的电流反射镜电路
4.2.3 电流比为2∶1的电流反射镜电路
4.2.4 电流比为M∶N的电流反射镜电路
4.3 电流复制时的误差
4.3.1 基极电流引起误差的机理
4.3.2 追加晶体管,减小基极电流引起的误差
4.3.3 既能减小基极电流引起的误差又提高了稳定性的威尔森电流反射镜电路
4.3.4 基极电流误差以外的复制误差
4.3.5 与差动放大电路组合,可以无拘束地输入输出电流
4.4 复杂的电流反射镜电路
4.4.1 基于零增益放大器的电流源
4.4.2 任意倍率的电流反射镜电路
4.5 电流反射镜的应用:D-A转换器
4.5.1 D-A转换器的结构
4.5.2 电流输出型D-A转换器的工作
小结
第5章 复制电压的射极跟随器电路
5.1 复制电压
5.1.1 电压复制电路必备的性质
5.1.2 电压复制电路的基本应用
5.2 用晶体管复制电压
5.2.1 输入输出电压的关系
5.2.2 射极跟随器
5.2.3 输出电压的变动
5.2.4 阻抗变换
5.2.5 最大供给电流
5.3 射极跟随器的应用电路
5.3.1 简易型恒压源电路
5.3.2 使用齐纳二极管的恒压源电路
5.3.3 达林顿连接
5.3.4 不同极性的达林顿连接
5.3.5 反向达林顿连接
5.3.6 对吸入和吐出都没有限制的推挽射极跟随器
5.3.7 菱形电路
5.3.8 失真补偿型跟随器
小结
第6章 OP放大器的基础与负反馈的机构
6.1 OP放大器概要
6.1.1 OP放大器的三个性质
6.1.2 加上负反馈,OP放大器接近理想的放大器
6.2 认识OP放大器的第一步——负反馈的作用
6.2.1 理解人工OP放大器中负反馈的机构
6.2.2 人工OP放大器的响应
6.2.3 负反馈动作
6.3 OP放大器的增益与负反馈后电路的性能
6.3.1 如果OP放大器的增益大,非反转输入端与反转输入端的电压就变得相等
6.3.2 在OP放大器的增益小的情况下,输入输出增益不是1/β
6.3.3 在OP放大器的增益大的情况下,加负反馈后的增益接近1/β
6.4 OP放大器对交流信号的响应
6.4.1 使用晶体管的OP放大器的响应速度
6.4.2 当响应过于快时,有时会发生振荡
6.5 加负反馈后的性能由环路增益决定
6.5.1 负反馈电路的输入输出关系的一般表达式
6.5.2 环路增益越大,输入输出增益越接近1/β
小结
第7章 用晶体管制作的OP放大器:基础篇
7.1 一个晶体管的OP放大器
7.2 基于差动对和电阻负载的OP放大器
7.3 基于差动对和电流反射镜负载的OP放大器
7.4 基于差动对、电流反射镜、发射极接地电路的OP放大器
7.5 基于差动对、电流反射镜、发射极接地电路、电压缓冲器的OP放大器
7.6 转换速率
7.6.1 通过模拟确认
7.6.2 发生转换的原因
7.6.3 改善转换速率的方法
7.6.4 基于发射极退化改善转换速率的缺点
小结
第8章 用晶体管制作的OP放大器:应用篇
8.1 折叠共射共基型OP放大器
8.1.1 折叠共射共基连接
8.1.2 折叠共射共基型的OP放大器
8.1.3 折叠共射共基型OP放大器的模拟
8.2 基于折叠共射共基和共射共基自举的OP放大器
8.3 电流反射镜型的OP放大器
8.4 高转换速率的OP放大器
8.4.1 OP放大器内部的电流源限制转换速率
8.4.2 高转换速率OP放大器的设计
8.4.3 高转换速率OP放大器的模拟
8.5 基于缓冲器和电流反射镜的电流反馈型OP放大器
8.5.1 GB积由外部的反馈电阻值决定
8.5.2 确定电流反馈型OP放大器的反馈电阻值的方法
8.5.3 电流反馈型OP放大器的模拟
小结
第9章 处理乘法运算的乘法电路
9.1 基于对数变换的乘法电路
9.2 基于差动放大电路的乘法电路
9.2.1 差动放大电路实际上也是乘法电路
9.2.2 乘法运算的状态
9.2.3 由于差动放大电路的传输特性是tanh函数,所以乘法运算不能得到正确的结果
9.3 吉伯(Gilbert)增益单元
9.3.1 用tanh^-1产生失真后输入
9.3.2 tanh^-1电路的结构
9.3.3 追加了tanh^-1电路的电流模式乘法电路
9.3.4 直线性得到大幅度的改善
9.3.5 能够从属连接的宽频带乘法器“吉伯增益单元”
9.4 吉伯乘法器
9.4.1 扩展为4象限乘法器
小结
第10章 高速型A-D转换器
10.1 计时电压比较器
10.1.1 用时钟在工作的电压比较器内采样
10.1.2 准确的比较需要高的增益
10.1.3 需要多高的增益?
10.1.4 用正反馈获得高的增益
10.2 正反馈放大电路的设计
10.2.1 简化等效电路
10.2.2 设计合成电阻R_X使之成为负性电阻
10.2.3 增益随着时间而增大
10.2.4 达到必要的增益所需的时间决定采样频率的极限
10.3 完成计时电压比较器
10.3.1 追加变换计时控制电路
10.3.2 追加提供初始电压的电路
10.3.3 把计时控制电路和提供初始电压的电路组合到正反馈放大电路中
10.3.4 偏置电流I_0和负载电阻R_1、R_2的常数确定
10.3.5 时常数的确认
10.3.6 最高时钟频率是11MHz
10.4 通过模拟确认动作
10.4.1 计时电压比较器的模拟
10.4.2 2bit高速型A-D转换器工作的模拟
10.4.3 解析结果:A-D转换器与所期待的一致
小结
第11章 ΔΣ型A-D转换器
11.1 环路增益减小失真和噪声
11.1.1 OP放大器与ΔΣ型A-D转换器很相似
11.1.2 环路增益减小末级的失真和噪声
11.1.3 给回路的一部分加以数字信号
11.1.4 ΔΣ型A-D转换器
11.1.5 分辨率提高了,频带却变窄了
11.1.6 高阶的回路滤波器使特性得到改善
11.1.7 最终的输出需要经滤波取出
11.1.8 即使1bit的数字路径也OK
11.2 低通ΔΣ型A-D转换器
11.2.1 g_m-C滤波器
11.2.2 未知参数的确定
11.2.3 状态模型(behavior model)
11.2.4 内部8bitΔΣ型A-D转换器的状态模拟
11.2.5 环路滤波器的调整
11.2.6 内部3bit型ΔΣA-D转换器
11.2.7 S/N的测量方法
11.2.8 内部1bitΔΣ型A-D转换器
11.3 低通ΔΣ型A-D转换器的晶体管化
11.3.1 内部1bit的A-D转换器
11.3.2 内部1bit的D-A转换器
11.3.3 跨导
11.3.4 调整
11.4 频带路径型ΔΣ型A-D转换器
11.4.1 中间频率的A-D转换
11.4.2 行为频带路径ΔΣ型A-D转换器的设计
11.4.3 行为频带路径ΔΣ型A-D转换器的模拟
11.4.4 频带路径ΔΣ型A-D转换器的晶体管化
11.4.5 晶体管化的频带路径ΔΣ型A-D转换器的模拟
小结
第12章 应用跨导线性原理
12.1 所谓跨导线性原理
12.1.1 定义
12.1.2 用双极晶体管电路能够表现任意函数
12.1.3 跨导线性原理的推导
12.1.4 温度变化时,跨导线性电路是稳定的
12.2 基本的函数的合成
12.2.1 一次方电路
12.2.2 二次方电路
12.2.3 n次方电路
12.2.4 除法电路
12.2.5 乘法电路
12.2.6 用晶体管电路作成计算x^2+2x+1的电路
12.3 有多个跨导线性回路情况下的解析方法
12.4 计算矢量振幅的电路
12.4.1 计算二维矢量振幅的电路
12.4.2 计算三维矢量振幅的电路
12.5 回路内有并联连接的晶体管时的解析方法
12.6 绝对值电路
12.6.1 正、负值的输入输出
12.6.2 函数的分解
12.6.3 输入电路
12.6.4 输出电路
12.6.5 把输入电路与输出电路组合起来
12.7 2象限平方电路
12.8 三角函数发生电路
12.8.1 差动结构分解
12.8.2 发生三角函数
12.8.3 正弦波函数电路的模拟
小结
第13章 把文字描绘到示波器上的电路
13.1 把文字“Q”描绘在示波器上
13.1.1 给示波器输入信号的条件
13.1.2 生成平滑信号
13.2 把三角波变换为平滑信号的晶体管电路
13.2.1 1级差动对的输入输出特性——y=tanh x
13.2.2 扩大线性范围
13.2.3 峰状特性
13.2.4 正弦波状
13.2.5 改变峰的高度
13.3 文字“Q”的生成电路
13.3.1 把差动对巧妙地组合起来,作成“Q”生成电路
13.3.2 把tanh函数转换成电路
13.3.3 移动电压的标定
13.3.4 用电阻和电流源作成电压移动电路
13.3.5 尾电流值的设定
13.4 实际的电路
13.4.1 电路与电流源
13.4.2 在文字“Q”电路与信号源之间插入偏置电路
13.5 试制与工作的确认
13.5.1 基板的制作与连接
13.5.2 工作
小结
第14章 正确施加负反馈
14.1 用煤气热水器体验不稳定的反馈
14.1.1 手动控制煤气量时水的温度不稳定
14.1.2 不稳定的主要原因是“迟钝”
14.1.3 巧妙地施加反馈的方法——慢慢地控制
14.1.4 知道输出结果之前施加前馈控制
14.2 用人工OP放大器体验不稳定现象
14.2.1 关注电子电路工作滞后的“相位滞后”问题
14.2.2 人工OP放大器
14.2.3 体验不稳定的工作
14.2.4 增加放大级数会产生相位滞后,使环路变得不稳定
14.3 负反馈放大器产生振荡的条件
14.3.1 振荡的机理
14.3.2 振荡难易的指标:相位余量和增益余量
14.3.3 电源电压与振荡条件
14.3.4 振荡的条件
14.4 伯德图的画法与使用方法
14.4.1 R_C低通滤波器的频率特性
14.4.2 伯德图的描绘方法
14.4.3 使用伯德图也可以简单地求得放大电路的合成增益
14.4.4 使用伯德图,简单地理解相位补偿的方法
14.5 晶体管放大电路的稳定性
14.5.1 频率解析的第一步从理解晶体管的等效电路开始
14.5.2 3级放大电路的频率特性
14.5.3 频带宽的放大器
14.5.4 简单的相位补偿方法
14.6 从环路增益的频率特性理解稳定的程度
14.6.1 OP放大器的相位补偿概要
14.6.2 反馈率与稳定性的关系
14.6.3 稳定工作的条件
14.6.4 要求更高的稳定性时,需要牺牲GB积
14.6.5 消除基于零点的极点的例子
14.7 OP放大器稳定性的讨论
14.7.1 用两个放大级构成的电路的模拟解析
14.7.2 基于模拟的解析方法——不切断回路,解析环路增益的频率特性
14.7.3 具体的解析方法
14.7.4 结果:在相位余量为-20°处开始不稳定
14.7.5 寻找主极点和2次极点
14.8 相位补偿法
14.8.1 窄频带法
14.8.2 米勒补偿法
小结
Appendix A 从半导体物理看到的双极晶体管的工作
Appendix B 米勒补偿的原理与极点分离
Appendix C 正确地解析环路增益的方法
Appendix D 修正节点解析法
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