內容簡介
《實用電子電路設計叢書:晶體管電路設計套裝(套裝上下冊)》是“現代半導體電路設計教材係列”之一。《實用電子電路設計叢書:晶體管電路設計套裝(套裝上下冊)》分上下兩冊。上冊中通過實驗介紹放大電路技術,下冊則通過實驗介紹,FET、功率MOS,開關電路等。主要內容有FET放大電路,原極跟隨器電路的設計,門接地放大電路的設計,電流反饋運算放大器的設計與製作,FET開關電路的設計、使用功率MOS的電動機驅動電路,晶體管一開關電源的設計等等。
內頁插圖
目錄
上冊:
第一章 概述
學習晶體管電路或FET電路的必要性
晶體管和FET的工作原理
晶體管和FET的近況
第二章 放大電路的工作
觀察放大電路的波形
放大電路的設計
放大電路的性能
共發射極應用電路
第三章 增強輸齣的電路
觀察射極跟隨器的波形
電路設計
射極跟隨器的性能
射極跟隨器的應用電路
第四章 小型功率放大器的設計與製作
功率放大電路的關鍵問題
小型功率放大器的設計方法
小型功率放大器的性能
小型功率放大器的應用電路
……
第五章 功率放大器的設計與製作
第六章 拓寬頻率特性
第七章 視頻選擇器的設計和製作
第八章 渥爾曼電路的設計
第九章 負反饋放大電路的設計
第十章 直流穩定電源的設計與製作
第十一章 差動放大電路的設計
第十二章 OP放大器電路的設計與製作
結束語
參考文獻
下冊:
第1章 晶體管、FET和lC
1.1 晶體管和FET的靈活使用
1.1.1 使用IC的優缺點
1.1.2 使用晶體管和FET的優缺點
1.1.3 靈活使用IC以及晶體管、FET
1.1.4 靈活使用技術
1.2 進入自我設計IC的時代
1.2.1 自己設計IC
1.2.2 模擬電路今後也將采用(CMOS)FET器件
第2章 FET放大電路的工作原理
2.1 放大電路的波形
2.1.1 3倍放大器
2.1.2 柵極上加偏壓
2.1.3 柵極一源極間電壓為0.4 V
2.1.4 FET是電壓控製器件
2.1.5 輸齣是源極電流的變化部分
2.1.6 漏極的相位相反
2.1.7 與雙極晶體管電路的差彆
2.2 FET的工作原理
2.2.1 JFET與MOSFET
2.2.2 FET的結構
2.2.3 FET的電路符號
2.2.4 JFET的傳輸特性
2.2.5 放大倍數是跨導gm
2.2.6 實際器件的跨導
2.2.7 MOSFET的傳輸特性
2.2.8 MOSFET的跨導
第3章 源極接地放大電路的設計
3.1 設計放大電路前的準備
3.1.1 源極接地電路的直流電位
3.1.2 求解交流電壓放大倍數
3.1.3 更換FET器件的品種
3.1.4 用晶體管替代FET
3.2 放大電路的設計
3.2.1 確定電源電壓
3.2.2 選擇FET
3.2.3 使用低頻低噪聲器件2SK
3.2.4 決定漏極電流工作點
3.2.5 確定RD和Rs
3.2.6 功率損耗的計算
3.2.7 柵極偏壓電路的設計
3.2.8 進行必要的驗算
3.2.9 確定電容Cl、C2的方法
3.2.10 FET電路中旁路電容也是重要的
3.3 放大電路的性能
3.3.1 測定輸入阻抗
3.3.2 確認輸入阻抗的高低
3.3.3 輸齣阻抗
3.3.4 放大倍數與頻率特性
3.3.5 高頻截止頻率
3.3.6 更換FET時的高頻特性
3.3.7 使輸入電容變大的米勒效應
3.3.8 如何提高放大倍數
3.3.9 電壓增益與頻率特性的關係
3.3.10 噪聲特性
3.3.11 總諧波失真
3.4 源極接地放大電路的應用電路
3.4.1 使用N溝JFET和負電源的電路
3.4.2 使用零偏置JFET的電路
3.4.3 150MHz調諧放大電路
3.4.4 高增益、高輸入阻抗放大電路
……
第4章 源級跟隨器電路的設計
第5章 FET低頻功率放大器的設計與製作
第6章 柵極接地放大電路的設計
第7章 電流反饋型OP放大器的設計與製作
第8章 晶體管開關電路的設計
第9章 FET開關電路的設計
第10章 功率MOS電動機驅動電路
第11章 功率MOS開關電源的設計
第12章 晶體管開關電源的設計
第13章 模擬開關電路的設計
第14章 振蕩電路的設計
第15章FM無綫話筒的製作
參考文獻
前言/序言
現在,電子電路的元器件正逐漸地被由IC(集成電路)和LSI(大規模集成電路)代替。因此,在數字電路的基闆上很難找到電阻。
隨著電路元件黑盒子化的逐步進展,電路設計更趨於便利。因此,當使用晶體管或FET也能製作簡單電路的場閤,使用IC的設計者也越來越多。
由於將IC視為黑盒子的緣故,不能適當處理小故障的工程師不斷增多。
本書的目的是通過模擬體驗放大電路的實驗,充分掌握最基本的放大元件,即晶體管的工作原理,從而達到從容設計利用晶體管的分立電路。
另一個目的是不要將IC和LSI看成簡單的黑盒子,而是看成“晶體管和FET,電阻和電容等分立元件的集閤體”。也就是說,能夠看懂IC內部的電路為目的。
這樣一來,在不能滿足IC性能時(不是換成彆的IC),將采取晶體管電路來彌補其性能上的不足,並且,即使有瞭故障也能夠采用考慮到IC內部工作狀態的適當處置方法。
掌握晶體管電路的好處是,對電路的整體——從一個角落到另一個角落都能按自己所喜歡的方式來組閤。
使用IC的優點是能夠簡單地、小型地製作各種電路。在性能方麵,也許使用IC時要好一些;在使用方麵,IC也是方便的。然而,IC的不足之處使技術人員不能在電路技術方麵得到真正的鍛煉,其結果導緻不能以自身的力量來考慮新的電路——即原始電路。
當體驗經過自己百分之百的努力設計的電路時,即使采用瞭IC也會感受到風格不同的樂趣。這樣對於今後認為是重要的模擬ASIC(ApplicationSpecificIC,特殊用途定製的IC,即專用集成電路),也不會感到手足無措。
本書中,在說明或設計晶體管電路時,並沒有采用等效電路、負載綫等過去常考慮的方法。因此,對於在學校和參考書中學過使用等效電路和負載綫進行設計方法的讀者,或許有些不協調的感覺。
等效電路和負載綫的考慮方法是從事設計電子電路的前輩們為瞭有助於理解電路工作、進行簡單的設計而提齣的。但是以筆者的經驗,即使不采用這些方法,也能掌握電路的工作原理,而且在電路設計時也沒有感到不便。
最後,在本書齣版之際,衷心感謝co齣版株式會社晶體管技術總編蒲生良治先生、擔任編寫本書第5章的Accuphase株式會社技術部的山本誠先生、通過工作給予技術指導的前輩們以及提供編寫場所的日本國立市中央圖書館與JR南武綫。
第18次印刷時,經由中山市技師學院葛中海老師進行瞭修訂,以適應國內讀者的閱讀習慣,在此錶示感謝。
實用電子電路設計叢書:晶體管電路設計套裝(套裝上下冊) 簡介: 《實用電子電路設計叢書:晶體管電路設計套裝》是一套旨在為電子工程師、技術愛好者以及相關專業學生提供全麵、深入的晶體管電路設計理論與實踐指導的權威著作。本套裝共包含上下兩冊,係統地涵蓋瞭晶體管在各種模擬和數字電路設計中的應用,從基礎原理到高級技巧,從理論推導到實際案例,力求為讀者構建堅實的知識體係,並培養解決實際工程問題的能力。 上冊:基礎篇——理解晶體管的核心奧秘 上冊內容側重於晶體管的基本原理、特性分析以及在常用模擬電路中的應用。本冊首先從半導體物理基礎齣發,深入淺齣地介紹瞭PN結的形成與特性,為理解晶體管的工作機製奠定理論基礎。隨後,重點圍繞雙極結型晶體管(BJT)和場效應晶體管(FET)這兩種核心器件展開詳細論述。 BJT部分: BJT的基本結構與工作原理: 詳細講解瞭NPN和PNP型BJT的構造,包括發射區、基區、集電區以及它們的摻雜特性。深入分析瞭BJT在截止區、放大區和飽和區的工作狀態,並推導瞭重要的輸入輸齣特性麯綫(Ic-Vce特性麯綫、Ib-Vbe特性麯綫)和傳輸特性麯綫(Ic-Ib特性麯綫)。 BJT的參數與模型: 詳細介紹瞭BJT的關鍵參數,如電流增益(β)、跨導(gm)、輸入電阻(rπ)、輸齣電阻(ro)等,並解釋瞭它們對電路性能的影響。在此基礎上,引入瞭BJT的各種等效電路模型,包括混閤π模型和T型模型,為電路分析提供瞭便捷的工具。 BJT的偏置電路設計: 深入探討瞭多種BJT偏置方法的優缺點,包括固定偏置、發射極自偏置、集電極反饋偏置、電壓分壓偏置等。詳細講解瞭如何根據所需的靜態工作點(Q點)來計算偏置元件的取值,並分析瞭各種偏置電路對溫度穩定性和電源電壓變化的敏感性。 BJT放大電路: 係統講解瞭單級BJT放大電路的設計,包括共發射極放大電路、共集電極(射極輸齣)放大電路和共基極(集電極輸齣)放大電路。詳細分析瞭它們的電壓增益、輸入電阻、輸齣電阻以及頻率響應特性,並結閤實際應用講解瞭它們的適用範圍。 多級BJT放大電路: 介紹瞭級聯技術,詳細講解瞭RC耦閤、變壓器耦閤和直接耦閤等連接方式,以及如何設計多級放大器以獲得更高的增益。重點分析瞭直流耦閤放大器的穩定性和交流耦閤放大器的頻率特性。 BJT的反饋與穩定性: 深入探討瞭負反饋在放大器設計中的作用,包括提高增益的穩定性、展寬帶寬、降低失真等。詳細分析瞭不同類型的反饋(電壓並聯、電流串聯、電壓串聯、電流並聯)對放大器性能的影響,並講解瞭反饋放大器的穩定性判據。 BJT的頻率響應: 闡述瞭BJT在不同頻率下的響應特性,包括低頻響應(由旁路電容和耦閤電容引起)和高頻響應(由BJT內部的結電容和寄生參數引起)。介紹瞭增益滾降、單位增益頻率等概念,並提供瞭提高放大器高頻性能的設計策略。 BJT的非綫性失真分析: 詳細分析瞭BJT放大電路中存在的各種失真,如諧波失真(偶次、奇次)、交調失真等,並提齣瞭抑製失真的方法,如使用差動放大器、采用AB類偏置等。 FET部分: FET的基本結構與工作原理: 重點介紹瞭結型場效應晶體管(JFET)和絕緣柵型場效應晶體管(MOSFET)的結構和工作原理。詳細解釋瞭它們的溝道導電機製,以及柵極電壓對溝道電導的控製作用。 JFET的特性麯綫與參數: 講解瞭JFET的漏極特性麯綫(Id-Vds)和跨導特性麯綫(Id-Vgs),以及關鍵參數如夾斷電壓(Vp)、零偏置跨導(gm0)、飽和跨導(gms)等。 MOSFET的類型與特性: 詳細區分瞭增強型和耗盡型MOSFET,以及P溝道和N溝道MOSFET。講解瞭它們的閾值電壓(Vt)、跨導(gm)、輸入電容等參數,並重點分析瞭MOSFET的四種工作區:截止區、綫性區(歐姆區)、飽和區和弱反型區。 FET偏置電路設計: 介紹瞭JFET和MOSFET的多種偏置方法,如固定偏置、自偏置、電壓分壓偏置等,並講解瞭如何根據所需的靜態工作點進行元件選擇。 FET放大電路: 講解瞭單級FET放大電路的設計,包括共源極放大電路、共漏極(源極輸齣)放大電路和共柵極(漏極輸齣)放大電路。分析瞭它們的增益、輸入輸齣電阻以及頻率響應。 MOSFET在數字電路中的應用: 簡單介紹瞭CMOS(互補金屬氧化物半導體)技術的基礎,並闡述瞭MOSFET在構成邏輯門(如反相器、與非門、或非門)中的作用,為後續數字電路的學習打下基礎。 下冊:進階篇——精通晶體管在復雜電路中的應用 下冊內容進一步深化,將晶體管的知識擴展到更復雜的模擬電路設計,並結閤實際應用場景,提供大量的工程實例和設計技巧。 高級模擬電路設計: 差動放大器: 詳細講解瞭差動放大器的結構、工作原理、共模抑製比(CMRR)和差模增益。介紹瞭差模輸入、單端輸入和共模輸入等不同工作模式。重點分析瞭差動放大器作為運算放大器(Op-amp)輸入級的基礎作用。 運算放大器(Op-amp)的內部結構與應用: 深入分析瞭運算放大器的基本結構,包括輸入差動級、增益級和輸齣緩衝級。詳細講解瞭運算放大器在高增益放大、精密積分、有源濾波器、信號調理等方麵的經典應用電路,如同相比例放大器、反相比例放大器、加法器、減法器、積分器、微分器等。 有源濾波器設計: 介紹瞭有源濾波器(利用運算放大器和無源元件構成)的優勢,包括增益可調、低輸齣阻抗、易於級聯等。詳細講解瞭巴特沃斯、切比雪夫、貝塞爾等幾種典型濾波器類型的設計方法,以及低通、高通、帶通和帶阻濾波器的實現。 振蕩器電路: 詳細講解瞭負反饋振蕩器(如RC相移振蕩器、 Wien橋振蕩器、LC振蕩器)和正反饋振蕩器(如多諧振蕩器、晶體振蕩器)的工作原理。重點分析瞭振蕩頻率的確定、起振條件以及輸齣波形。 信號發生器: 介紹瞭基於晶體管和集成電路(如555定時器)的各種信號發生器,包括方波發生器、鋸齒波發生器、三角波發生器和任意波形發生器。 電源電路設計: 詳細講解瞭綫性穩壓電源和開關穩壓電源的設計。對綫性穩壓器(如三端穩壓器)和開關穩壓器(如Buck、Boost、Buck-Boost變換器)的工作原理、效率、紋波抑製能力進行瞭深入分析,並提供瞭設計實例。 晶體管的噪聲分析與抑製: 討論瞭晶體管産生的各種噪聲源(如熱噪聲、散彈噪聲、閃爍噪聲),並分析瞭它們對電路性能的影響。介紹瞭降低噪聲的設計技巧,如選擇閤適的晶體管、優化偏置點、使用噪聲濾波等。 大信號分析與功率放大器: 探討瞭晶體管在大信號下的非綫性行為,並重點講解瞭不同類彆的功率放大器(A類、B類、AB類、C類、D類)的設計原理、效率和失真特性。 特定應用領域的設計: 數字邏輯電路基礎(CMOS技術): 結閤下冊上冊對MOSFET的介紹,進一步深入CMOS邏輯門的設計原理,包括CMOS反相器、NAND、NOR、XNOR門的設計。重點講解CMOS邏輯電路的低功耗特性和工作速度。 存儲器電路簡介: 簡單介紹瞭基本的存儲器單元,如SRAM(靜態隨機存取存儲器)和DRAM(動態隨機存取存儲器)的基本結構,以及它們在數字係統中扮演的角色。 晶體管在傳感器接口電路中的應用: 講解瞭如何使用晶體管設計傳感器信號的放大和調理電路,例如光敏電阻、熱敏電阻、應變片等。 晶體管在驅動電路中的應用: 介紹瞭如何使用晶體管驅動LED、繼電器、電機等負載,重點講解瞭驅動電路的設計考慮,如電流能力、電壓匹配和保護措施。 故障診斷與排除: 提供瞭在實際電路設計和調試過程中,如何利用晶體管的特性來判斷電路故障的實用技巧和方法。 本書特色: 係統性與全麵性: 從基礎原理到高級應用,涵蓋瞭晶體管電路設計的方方麵麵,構建瞭完整的知識體係。 理論與實踐相結閤: 深入的理論推導與豐富的實際工程案例相結閤,幫助讀者理解“為什麼”並學會“怎麼做”。 圖文並茂: 大量清晰的電路圖、特性麯綫圖和原理示意圖,使抽象的理論知識直觀易懂。 循序漸進: 內容編排由淺入深,適閤不同水平的讀者學習。 注重工程應用: 強調實際電路設計中的考量因素,如元件選擇、成本控製、可靠性、功耗等。 目標讀者: 高等院校電子工程、自動化、通信工程等專業的本科生和研究生。 從事電子産品研發、電路設計、係統集成的工程師。 對電子技術充滿熱情,希望深入學習晶體管電路設計的技術愛好者。 需要係統性迴顧和鞏固晶體管電路設計知識的從業人員。 《實用電子電路設計叢書:晶體管電路設計套裝》將是您在電子電路設計領域不可或缺的寶貴參考資料和學習夥伴,助您掌握晶體管這一基礎而強大的電子元件,設計齣性能優越、穩定可靠的電子産品。