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第1章 晶体管的放大机理1

1.1 有效地利用原料2

1.1.1 IC是由大量的晶体管构成的2

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2

1.2 晶体管梗概2

1.2.1 双极晶体管的物理结构3

1.2.2 晶体管擅长的技能——放大4

1.3 理解二极管的行为4

1.3.1 只有当VF为正时，才有IF的流动4

1.3.2 VF与IF的关系5

1.4 晶体管的基本工作6

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6

1.4.2 稍详细地描述工作状态8

1.5 使用晶体管的最初的放大8

1.5.1 放大信号，用电压取出9

1.5.2 能放大多少倍？10

1.5.3 放大倍数与Rc成比例地增大10

1.5.4 输入信号的偏置电压VOFF与放大倍数11

1.6 晶体管放大的机理11

1.6.1 双极晶体管的放大能力与集电极电流成比例12

1.6.2 解开18mV之谜13

小结14

第2章 高明地使用晶体管进行放大的方法15

2.1 仔细地分析晶体管15

2.1.1 Ic、IE、IB对于VBE的变化15

2.1.2 基极电流与集电极电流成比例16

2.2 从二极管的角度考虑的晶体管的工作17

2.2.1 二极管的I-V特性18

2.2.2 晶体管的工作原理19

2.2.3 电流放大倍数β20

2.2.4 发射极电流与集电极电流相等20

2.2.5 晶体管的工作状态21

2.3 晶体管的等效电路21

2.3.1 直流工作的晶体管的等效电路22

2.3.2 小信号解析时使用的晶体管的等效电路22

2.4 晶体管的弱点23

2.4.1 容易受偏置电压变化的影响23

2.4.2 容易受温度变化的影响26

2.5 高明地使用晶体管进行放大的方法27

2.5.1 给集电极接入电流源，进行电流偏置28

2.5.2 给发射极接入电阻，进行电流偏置29

2.5.3 通过模拟确认发射极电阻的效果30

2.5.4 插入发射极电阻时，求放大倍数的关系式31

2.5.5 为什么发射极插入电阻后，抗变化的能力增强了？32

2.5.6 用晶体管变换阻抗32

2.6 能克服这些弱点的差动放大电路33

2.6.1 输入电压被两个晶体管均等地分配34

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34

2.6.3 电流偏置是晶体管电路的基本偏置方法35

小结36

第3章 用晶体管制作电流源37

3.1 在与电压源的比较中熟悉电流源的性质37

3.1.1 电压源——即使输出电流改变，电压也不改变37

3.1.2 电流源——即使输出电压改变，流过的电流也不改变39

3.2 用1个晶体管制作电流源40

3.2.1 输出阻抗的模拟分析40

3.2.2 得到了ro＝∞Ω的不现实的解析结果41

3.2.3 晶体管的模拟模型的分析42

3.2.4 初始效应体现在模型中，再次进行解析43

3.2.5 通过计算进行确认44

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44

3.3 电流源在差动放大电路中的应用44

3.3.1 如果把集电极电阻Rc也置换成电流源，就可以得到非常高的增益45

3.3.2 电压增益与集电极电流无关47

3.4 进一步提高电流源的输出阻抗的技巧47

3.4.1 通过发射极电阻提高输出阻抗48

3.4.2 通过发射极电阻加反馈，能使集电极电流稳定49

3.4.3 更精密地控制负反馈——增大回路的放大倍数49

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50

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50

3.4.6 插入发射极电阻，降低了输出电压范围52

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52

3.4.8 希望进一步提高输出阻抗时——BJT53

3.4.9 希望获得更高的输出阻抗时——FET56

小结57

第4章 复制电流的电流反射镜电路59

4.1 基本的电流反射镜电路59

4.1.1 使用晶体管的电流源的改进型59

4.1.2 通过模拟确认电流反射镜电路的工作61

4.2 各种电流反射镜电路62

4.2.1 多输出型电流反射镜电路62

4.2.2 电流比为1：2的电流反射镜电路62

4.2.3 电流比为2：1的电流反射镜电路63

4.2.4 电流比为M：N的电流反射镜电路64

4.3 电流复制时的误差65

4.3.1 基极电流引起误差的机理65

4.3.2 追加晶体管，减小基极电流引起的误差65

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66

4.3.4 基极电流误差以外的复制误差67

4.3.5 与差动放大电路组合，可以无拘束地输入输出电流67

4.4 复杂的电流反射镜电路68

4.4.1 基于零增益放大器的电流源68

4.4.2 任意倍率的电流反射镜电路69

41.5 电流反射镜的应用：D-A转换器70

4.5.1 D-A转换器的结构70

4.5.2 电流输出型D-A转换器的工作72

小结73

第5章 复制电压的射极跟随器电路75

5.1 复制电压75

5.1.1 电压复制电路必备的性质76

5.1.2 电压复制电路的基本应用77

5.2 用晶体管复制电压77

5.2.1 输入输出电压的关系79

5.2.2 射极跟随器79

5.2.3 输出电压的变动80

5.2.4 阻抗变换81

5.2.5 最大供给电流82

5.3 射极跟随器的应用电路83

5.3.1 简易型恒压源电路83

5.3.2 使用齐纳二极管的恒压源电路84

5.3.3 达林顿连接84

5.3.4 不同极性的达林顿连接85

5.3.5 反向达林顿连接86

5.3.6 对吸入和吐出都没有限制的推挽射极跟随器87

5.3.7 菱形电路88

5.3.8 失真补偿型跟随器89

小结90

第6章 OP放大器的基础与负反馈的机构91

6.1 OP放大器概要91

6.1.1 OP放大器的三个性质92

6.1.2 加上负反馈，OP放大器接近理想的放大器93

6.2 认识OP放大器的第一步——负反馈的作用93

6.2.1 理解人工OP放大器中负反馈的机构94

6.2.2 人工OP放大器的响应94

6.2.3 负反馈动作96

6.3 OP放大器的增益与负反馈后电路的性能96

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97

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/β98

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/β98

6.4 OP放大器对交流信号的响应98

6.4.1 使用晶体管的OP放大器的响应速度99

6.4.2 当响应过于快时，有时会发生振荡99

6.5 加负反馈后的性能由环路增益决定99

6.5.1 负反馈电路的输入输出关系的一般表达式100

6.5.2 环路增益越大，输入输出增益越接近1/β100

小结101

第7章 用晶体管制作的OP放大器：基础篇103

7.1 一个晶体管的OP放大器104

7.2 基于差动对和电阻负载的OP放大器106

7.3 基于差动对和电流反射镜负载的OP放大器109

7.4 基于差动对、电流反射镜、发射极接地电路的OP放大器110

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112

7.6 转换速率113

7.6.1 通过模拟确认113

7.6.2 发生转换的原因115

7.6.3 改善转换速率的方法117

7.6.4 基于发射极退化改善转换速率的缺点119

小结119

第8章 用晶体管制作的OP放大器：应用篇121

8.1 折叠共射共基型OP放大器121

8.1.1 折叠共射共基连接121

8.1.2 折叠共射共基型的OP放大器123

8.1.3 折叠共射共基型OP放大器的模拟124

8.2 基于折叠共射共基和共射共基自举的OP放大器125

8.3 电流反射镜型的OP放大器128

8.4 高转换速率的OP放大器128

8.4.1 OP放大器内部的电流源限制转换速率128

8.4.2 高转换速率OP放大器的设计130

8.4.3 高转换速率OP放大器的模拟132

8.5 基于缓冲器和电流反射镜的电流反馈型OP放大器133

8.5.1 GB积由外部的反馈电阻值决定134

8.5.2 确定电流反馈型OP放大器的反馈电阻值的方法135

8.5.3 电流反馈型OP放大器的模拟136

小结138

第9章 处理乘法运算的乘法电路139

9.1 基于对数变换的乘法电路139

9.2 基于差动放大电路的乘法电路140

9.2.1 差动放大电路实际上也是乘法电路140

9.2.2 乘法运算的状态141

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143

9.3 吉伯（Gilbert）增益单元143

9.3.1 用tanh-1产生失真后输入144

9.3.2 tanh-1电路的结构144

9.3.3 追加了tanh-1电路的电流模式乘法电路145

9.3.4 直线性得到大幅度的改善147

9.3.5 能够从属连接的宽频带乘法器“吉伯增益单元”148

9.4 吉伯乘法器148

9.4.1 扩展为4象限乘法器149

小结150

第10章 高速型A-D转换器153

10.1 计时电压比较器153

10.1.1 用时钟在工作的电压比较器内采样153

10.1.2 准确的比较需要高的增益155

10.1.3 需要多高的增益？155

10.1.4 用正反馈获得高的增益156

10.2 正反馈放大电路的设计157

10.2.1 简化等效电路158

10.2.2 设计合成电阻Rx使之成为负性电阻158

10.2.3 增益随着时间而增大159

10.2.4 达到必要的增益所需的时间决定采样频率的极限159

10.3 完成计时电压比较器160

10.3.1 追加变换计时控制电路160

10.3.2 追加提供初始电压的电路160

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161

10.3.4 偏置电流I0和负载电阻R1、R2的常数确定162

10.3.5 时常数的确认162

10.3.6 最高时钟频率是11MHz163

10.4 通过模拟确认动作163

10.4.1 计时电压比较器的模拟163

10.4.2 2bit高速型A-D转换器工作的模拟164

10.4.3 解析结果：A-D转换器与所期待的一致165

小结166

第11章 △∑型A-D转换器167

11.1 环路增益减小失真和噪声167

11.1.1 OP放大器与△∑型A-D转换器很相似167

11.1.2 环路增益减小末级的失真和噪声169

11.1.3 给回路的一部分加以数字信号170

11.1.4 △∑型A-D转换器171

11.1.5 分辨率提高了，频带却变窄了173

11.1.6 高阶的回路滤波器使特性得到改善173

11.1.7 最终的输出需要经滤波取出174

11.1.8 即使1bit的数字路径也OK174

11.2 低通△∑型A-D转换器175

11.2.1 gm-C滤波器175

11.2.2 未知参数的确定177

11.2.3 状态模型（behavior model）177

11.2.4 内部8bit△∑型A-D转换器的状态模拟178

11.2.5 环路滤波器的调整179

11.2.6 内部3bit型△∑A-D转换器182

11.2.7 S/N的测量方法184

11.2.8 内部1bit△∑型A-D转换器185

11.3 低通△∑型A-D转换器的晶体管化186

11.3.1 内部1bit的A-D转换器186

11.3.2 内部1bit的D-A转换器187

11.3.3 跨导188

11.3.4 调整189

11.4 频带路径型△∑型A-D转换器190

11.4.1 中间频率的A-D转换190

11.4.2 行为频带路径△∑型A-D转换器的设计191

11.4.3 行为频带路径△∑型A-D转换器的模拟193

11.4.4 频带路径△∑型A-D转换器的晶体管化194

11.4.5 晶体管化的频带路径△∑型A-D转换器的模拟195

小结195

第12章 应用跨导线性原理197

12.1 所谓跨导线性原理197

12.1.1 定义197

12.1.2 用双极晶体管电路能够表现任意函数198

12.1.3 跨导线性原理的推导198

12.1.4 温度变化时，跨导线性电路是稳定的199

12.2 基本的函数的合成199

12.2.1 一次方电路199

12.2.2 二次方电路200

12.2.3 n次方电路201

12.2.4 除法电路202

12.2.5 乘法电路203

12.2.6 用晶体管电路作成计算x2+2x+1的电路204

12.3 有多个跨导线性回路情况下的解析方法205

12.4 计算矢量振幅的电路206

12.4.1 计算二维矢量振幅的电路206

12.4.2 计算三维矢量振幅的电路207

12.5 回路内有并联连接的晶体管时的解析方法208

12.6 绝对值电路210

12.6.1 正、负值的输入输出210

12.6.2 函数的分解210

12.6.3 输入电路210

12.6.4 输出电路212

12.6.5 把输入电路与输出电路组合起来212

12.7 2象限平方电路214

12.8 三角函数发生电路215

12.8.1 差动结构分解215

12.8.2 发生三角函数216

12.8.3 正弦波函数电路的模拟218

小结219

第13章 把文字描绘到示波器上的电路221

13.1 把文字“Q”描绘在示波器上221

13.1.1 给示波器输入信号的条件221

13.1.2 生成平滑信号225

13.2 把三角波变换为平滑信号的晶体管电路225

13.2.1 1级差动对的输入输出特性——y=tanh x226

13.2.2 扩大线性范围227

13.2.3 峰状特性229

13.2.4 正弦波状230

13.2.5 改变峰的高度231

13.3 文字“Q”的生成电路233

13.3.1 把差动对巧妙地组合起来，作成“Q”生成电路233

13.3.2 把tanh函数转换成电路234

13.3.3 移动电压的标定235

13.3.4 用电阻和电流源作成电压移动电路235

13.3.5 尾电流值的设定236

13.4 实际的电路236

13.4.1 电路与电流源236

13.4.2 在文字“Q”电路与信号源之间插入偏置电路237

13.5 试制与工作的确认238

13.5.1 基板的制作与连接238

13.5.2 工作239

小结241

第14章 正确施加负反馈243

14.1 用煤气热水器体验不稳定的反馈243

14.1.1 手动控制煤气量时水的温度不稳定243

14.1.2 不稳定的主要原因是“迟钝”244

14.1.3 巧妙地施加反馈的方法——慢慢地控制245

14.1.4 知道输出结果之前施加前馈控制245

14.2 用人工OP放大器体验不稳定现象245

14.2.1 关注电子电路工作滞后的“相位滞后”问题245

14.2.2 人工OP放大器245

14.2.3 体验不稳定的工作246

14.2.4 增加放大级数会产生相位滞后，使环路变得不稳定248

14.3 负反馈放大器产生振荡的条件248

14.3.1 振荡的机理248

14.3.2 振荡难易的指标：相位余量和增益余量249

14.3.3 电源电压与振荡条件250

14.3.4 振荡的条件250

14.4 伯德图的画法与使用方法251

14.4.1 RC低通滤波器的频率特性251

14.4.2 伯德图的描绘方法252

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252

14.4.4 使用伯德图，简单地理解相位补偿的方法253

14.5 晶体管放大电路的稳定性254

14.5.1 频率解析的第一步从理解晶体管的等效电路开始254

14.5.2 3级放大电路的频率特性255

14.5.3 频带宽的放大器256

14.5.4 简单的相位补偿方法257

14.6 从环路增益的频率特性理解稳定的程度257

14.6.1 OP放大器的相位补偿概要257

14.6.2 反馈率与稳定性的关系258

14.6.3 稳定工作的条件259

14.6.4 要求更高的稳定性时，需要牺牲GB积260

14.6.5 消除基于零点的极点的例子260

14.7 OP放大器稳定性的讨论260

14.7.1 用两个放大级构成的电路的模拟解析260

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261

14.7.3 具体的解析方法262

14.7.4 结果：在相位余量为-20°处开始不稳定263

14.7.5 寻找主极点和2次极点264

14.8 相位补偿法265

14.8.1 窄频带法265

14.8.2 米勒补偿法266

小结268

Appendix A 从半导体物理看到的双极晶体管的工作271

Appendix B 米勒补偿的原理与极点分离279

Appendix C 正确地解析环路增益的方法283

Appendix D 修正节点解析法291

科学出版社下载区中有关本书的内容与使用方法299