基本電路理論詳解

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圖書描述

電子設計與工程實踐:從器件到係統 第一部分:半導體器件基礎與應用 第一章:晶體管的物理本質與特性分析 本章深入探討半導體PN結的形成機理、能帶理論基礎,以及二極管在不同偏置條件下的電學特性。重點分析瞭雙極性晶體管(BJT)的工作原理,包括載流子輸運機製、不同工作區(截止、放大、飽和)的電流關係和跨導特性。我們還將詳述金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的結構、閾值電壓的確定、以及跨導特性的模型化。不同類型的MOSFET(增強型、結型、SOI等)的優缺點和適用場景將被細緻比較,為後續電路設計打下堅實的器件物理基礎。 第二章:常用半導體器件的建模與仿真 本章側重於將理想化的器件模型轉化為可用於電路仿真(如SPICE)的精確數學模型。詳細介紹肖特基二極管、齊納二極管、光電器件(光敏電阻、光電二極管、LED)的等效電路模型和非綫性參數的提取方法。對於晶體管,我們將解析HSPICE等仿真軟件中常用的BSIM模型族,重點講解其對工藝參數變化的敏感性和溫度效應的修正。此外,本章還將介紹功率器件(如IGBT、MOSFET)在開關狀態下的動態特性建模,包括米勒效應和開關損耗的量化分析。 第三章:集成電路製造工藝簡介 本章提供對現代半導體集成電路製造流程的宏觀認知。內容涵蓋晶圓製備、光刻技術(步進與掃描)、薄膜沉積(CVD、PVD)、刻蝕技術(乾法與濕法)的關鍵步驟。深入探討CMOS工藝的結構演變(從平麵到FinFET),以及先進封裝技術(如TSV、2.5D/3D IC)對電路性能的影響。本章旨在讓讀者理解器件性能的限製因素往往根植於製造工藝的物理約束。 第二部分:模擬電路設計核心 第四章:運算放大器(Op-Amp)的理論與高級設計 本章超越瞭理想運放的簡單概念,專注於實際運算放大器的內部結構和非理想特性。詳細分析雙極型和CMOS工藝下的差分輸入級、增益級和輸齣緩衝級的電路拓撲。關鍵內容包括:輸入失調電壓的産生與補償、共模抑製比(CMRR)和電源抑製比(PSRR)的分析、開環增益帶寬積(GBW)的限製因素、以及壓擺率(Slew Rate)的優化。本章將提供設計高精度、低噪聲、寬帶寬運放的實用指南。 第五章:反饋理論與綫性電路穩定性分析 本章係統闡述反饋在模擬電路設計中的核心作用。從負反饋的基本拓撲(串聯、並聯、串並聯)入手,定義開環和閉環增益、輸入/輸齣阻抗。重點分析瞭反饋對帶寬、失真和噪聲的影響。在穩定性方麵,本章深入探討瞭波特圖、根軌跡分析法,用於確定相位裕度和增益裕度。補償技術(如米勒補償、導納前饋補償)的設計原理和其實施方法將是本章的重點,以確保反饋放大器係統的穩定性。 第六章:電流鏡與偏置技術 電流鏡是構建高增益、高綫性度模擬電路的基石。本章首先介紹最基本的兩管電流鏡,然後逐步引入提高輸齣阻抗和匹配精度的技術,如MIMIC(多輸齣電流鏡)、級聯電流鏡(Cascode Current Mirror)以及基於Gilbert Cell的結構。同時,本章將詳細講解設計高精度、溫度穩定的偏置電路(如Widlar偏置、自偏置技術)的方法,這些技術對於構建固定工作點的集成電路至關重要。 第七章:有源濾波器設計 本章專注於使用有源器件(主要是運放和電阻電容)來構建頻率選擇性網絡。內容涵蓋Butterworth、Chebyshev、Bessel等經典濾波器的性能指標對比。從二階Sallen-Key結構入手,推導其傳遞函數,並講解如何通過選擇閤適的Q值和極點位置來實現所需濾波特性。高級內容包括設計壓控振蕩器(VCO)中的環路濾波器(Loop Filter)以及開關電容濾波器的基本原理。 第三部分:開關電源與功率管理 第八章:DC-DC變換器的拓撲與控製 本章聚焦於高效的直流電壓轉換技術。詳細分析非隔離型DC-DC變換器的主流拓撲:降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓(Buck-Boost)的連續導通模式(CCM)和非連續導通模式(DCM)下的工作原理、輸入輸齣電壓關係和占空比控製。本章還將介紹隔離型變換器(如反激、正激)的磁性元件設計要求。 第九章:開關電源的穩定性與環路補償 開關電源的設計關鍵在於控製環路的穩定性和瞬態響應。本章從平均狀態模型(Average State Model)齣發,推導Buck/Boost變換器的狀態空間模型。利用復平麵分析,講解如何繪製係統開環波特圖,確定交叉頻率、相位裕度。重點介紹如何使用Type II或Type III補償器(基於誤差放大器)來精確調整係統的瞬態性能和瞬態負載調節能力。 第十章:電源管理關鍵技術 本章涉及電源係統中不可或缺的輔助功能。內容包括:精確的電壓基準源(Voltage Reference)的設計,如紮納基準源和Brokaw Cell,分析其溫度漂移和噪聲特性。詳細討論過壓/欠壓保護電路的設計、軟啓動機製的實現、以及電流模式控製(Current Mode Control)與電壓模式控製的優缺點對比和應用場景選擇。 第四部分:信號處理與數據轉換 第十一章:模數轉換器(ADC)的原理與精度指標 本章全麵介紹各類模數轉換器的內部結構和性能指標。詳細解析比較型ADC(Flash)、逐次逼近寄存器型ADC(SAR ADC)、積分型ADC(Dual Slope)的工作流程。核心指標包括有效位數(ENOB)、積分非綫性(INL)、微分非綫性(DNL)、量化噪聲和失真。特彆關注SAR ADC中采樣保持電路(Sample and Hold)的設計對整體精度的影響。 第十二章:數模轉換器(DAC)的結構與綫性化 本章探討數模轉換技術,重點分析電阻梯形網絡(R-2R Ladder)和電流舵DAC的結構。詳細討論失配誤差(Mismatch Error)如何導緻INL/DNL劣化,以及使用動態元素匹配(DEM)技術進行綫性化處理的方法。本章還將涉及電壓輸齣型和電流輸齣型DAC的接口設計和驅動能力要求。 第十三章:鎖相環(PLL)與頻率閤成 鎖相環是現代通信和時鍾係統中至關重要的組成部分。本章詳細闡述PLL的基本組成單元:壓控振蕩器(VCO)、鑒相器(PD)和低通環路濾波器(LPF)。深入分析PD的非綫性特性、環路帶寬對抖動(Jitter)和相位噪聲的影響。內容涵蓋馮·諾依曼(Von Neumann)架構下的頻率閤成技術,以及如何設計低抖動的參考時鍾分配網絡。 第五部分:噪聲、匹配與布局實踐 第十四章:隨機噪聲分析與抑製 本章專注於電子係統中的不可避免的噪聲源。分類討論熱噪聲(Johnson-Nyquist Noise)、散粒噪聲(Shot Noise)以及閃爍噪聲(Flicker Noise, 1/f Noise)。介紹噪聲係數(Noise Figure, NF)的定義和計算方法,並闡述如何通過電路拓撲選擇(如使用JFET或MOSFET輸入級)和濾波器設計來優化係統的信噪比(SNR)。 第十五章:高速電路的傳輸綫效應與信號完整性 在頻率升高時,電路闆走綫必須被視為傳輸綫。本章講解特性阻抗、反射、串擾、過衝和下衝等高速效應的物理成因。分析阻抗匹配(端接)技術(串聯匹配、並聯匹配、TDR測量法)在單端和差分信號中的應用。重點討論電源完整性(Power Integrity, PI)和地彈(Ground Bounce)對數字和模擬電路的負麵影響及緩解措施。 第十六章:低壓差綫性穩壓器(LDO)設計 LDO是針對便攜式設備和低噪聲應用的關鍵組件。本章詳細解析LDO的內部結構,包括誤差放大器、帶隙基準源、調整管。重點講解如何通過優化環路補償來平衡高電源抑製比(PSRR)和快速瞬態響應的需求。本章還將涵蓋LDO的瞬態負載電流吸收能力分析和輸齣電容的選擇標準。

著者信息

圖書目錄

圖書序言

圖書試讀

用户评价

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這本《基本電路理論詳解》的書名,讓我對它充滿瞭高度的期望。我希望這本書在內容編排上,能夠做到循序漸進,並且涵蓋到電路學中最核心、最常用的基礎知識。例如,對於歐姆定律、電阻的串並聯、以及電壓源、電流源這些基本元件的介紹,我希望能夠非常詳細,並且提供豐富的例題來鞏固。更重要的是,我希望它能深入探討一些進階一些但又至關重要的概念,像是節點電壓法、迴路電流法,以及一些基本的二極體、電晶體原理的初步介紹。我一直覺得,電路學的學習,就像是蓋房子,基礎打得穩,上層的結構纔能蓋得高。所以,我特別期盼這本書能夠提供紮實的理論基礎,並且在解題技巧方麵,也能提供一些係統性的指導。我不想隻是死記硬背公式,而是希望能理解解題的思路和邏輯,這樣纔能真正舉一反三。

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對於《基本電路理論詳解》這本書,我抱有相當大的期待。我希望它不僅僅是一本「課本」,更希望它能成為一本「工具書」和「學習指南」。首先,我希望它能提供極為詳盡的各個基本電路元件的特性介紹,例如電阻、電容、電感、二極體、電晶體等,不僅要講述它們的符號和名稱,更要深入探討它們的物理原理、工作特性以及在電路中的作用。我特別希望它能夠在理論講解的同時,輔以大量的圖示、波形圖以及實際電路的示意圖,讓抽象的概念變得具象化。再者,我期望書中能涵蓋各種常用的電路分析方法,例如節點法、網孔法,以及暫態響應分析等,並提供足夠的範例和習題,讓讀者能夠透過練習來熟練掌握這些分析技巧。我希望這本書能夠幫助我建立起一個紮實的電路學基礎,為未來更深入的電學學習打下堅實的基礎。

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哇,這本書《基本電路理論詳解》我真的等瞭好久瞭!之前讀過一些電路學的書,但總覺得有些地方講得不夠深入,像在海上漂一樣,摸不著邊際。這本《詳解》的書名就已經讓我充滿期待,希望能真正把那些抽象的概念,像是電壓、電流、電阻、電容、電感這些東西,還有它們之間的關係,像是歐姆定律、基爾霍夫定律等等,都講得清清楚楚、明明白白。我特別希望它能用一些比較貼近生活、或是更容易想像的比喻來解釋,而不是一味地丟一堆公式。畢竟,我們不是從小就泡在電學實驗室裡的神童,能夠透過實際的例子或是生活中的觀察來理解,絕對是學習的最大助力。例如,講解電容的時候,如果能比喻成儲水槽,講解電感的時候,如果能用磁力線圈的特性去聯想,那肯定會更有畫麵感。而且,我希望它能包含一些實際電路圖的分析,而不是隻有理論。像是簡單的串聯、並聯電路,還有更進階一點的RLC電路,如果能一步一步地拆解,分析它的行為,那對於我這種實踐派的學習者來說,簡直就是福音!

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說實話,接觸電路這塊,最怕的就是遇到那種「照本宣科」的教材。你看著字,但就是無法真正「懂」。這本《基本電路理論詳解》的書名,讓我感覺到作者是真的想把「詳解」這兩個字做到位。我非常期待它在概念的闡釋上,能夠做到「由淺入深」。先從最基礎的、最直觀的電學粒子(像是電子)的流動開始講起,然後再逐步建立起電壓、電流、電阻這些基本量。我希望它能夠用清晰的圖示、生動的例子,來幫助讀者建立起對這些基本量的直觀認識。像是電壓,如果能用「壓力」來比喻,電流比喻成「水流」,電阻比喻成「水管的粗細」,這種比較貼切的比喻,絕對能讓學習過程變得輕鬆許多。而且,我希望它不僅僅是停留在定義和公式的層麵,而是能夠引導讀者思考「為什麼」,例如為什麼會有電壓差,為什麼電流會朝特定方嚮流動。這纔是真正的「詳解」,而不是僅僅羅列知識點。

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收到《基本電路理論詳解》這本書,我真的是迫不及待地想翻開它。從書名來看,我預期它會深入淺齣地講解電路學的基礎理論。我希望它能在概念的引入上,能有獨到之處,例如用一些生活化的場景或故事來比喻電路中的各種物理現象,讓初學者也能夠輕鬆理解。例如,講解電容充電與放電的過程,如果能用一個簡單的水箱注水、排水的過程來類比,那肯定會更直觀。我也很期待它在公式推導方麵,能夠有清晰的步驟和解釋,而不是直接給齣結果。畢竟,很多時候,理解公式的由來,比單純記憶公式本身更重要。另外,我希望書中能夠包含一些實際的電路設計或分析的案例,讓理論知識能夠與實際應用連結起來。例如,如何分析一個簡單的LED燈電路,或者如何計算一個簡單的電源濾波電路。

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