深入理解微電子電路設計：模擬電子技術及應用(原書第5版)（簡體書）

本書系統論述了模擬電子技術的基本知識及其應用。作者從放大器主要概念入手，由淺入深地詳細介紹了放大器相關概念及二端口模型、反饋放大器頻率響應、小信號建模、單晶體管放大器、差分放大器、反饋放大器以及振蕩器等內容， 詳細列舉了模擬電路的相關原理、分析及設計方法。本書從工程求解角度定義了一種非常清晰的問題求解方法，書中提供的大量設計實例都是採用該方法進行求解，有助於讀者加深對相關電路設計的理解與掌握。

通過本書的學習，讀者可以全面掌握模擬電子技術的概念和知識，能夠學會模擬電路的分析及電路設計方法，書中給了大量的設計練習可供讀者進行學習與實踐。

本書可以作為電子信息類、電氣類專業本科生或研究生作為專業教材或參考書，也可以作為從事固態電子學與器件、數字電路和模擬電路設計或開發的工程技術人員的參考資料。

[美] 理乍得·C.耶格（Richard C. Jaeger） ：美國佛羅裡達大學電氣工程專業博士，奧本大學電氣與計算機工程系資深教授，1995年被任命為研究生院杰出導師，主要研究領域為固態電路和器件、電子封裝、壓阻應力傳感器、低溫電子設備、VLSI設計以及電子設備和電路中的噪聲等。

[美] 特拉維斯·N.布萊洛克（Travis N. Blalock）：美國弗吉尼亞大學電氣與計算機工程系教授。

注重方法：本書從工程求解角度定義了一種非常清晰的9步問題求解方法，書中提供的大量設計實例採用該方法進行求解，有助於讀者加深對相關電路設計的理解與掌握。

注重實踐：本書每一章都提供了大量的設計實例，每一章的最後都會給出專門的設計習題、計算機習題和SPICE習題，並具有在線的習題指導。

軟件仿真：本書全部採用計算機作為輔助工具，注重電子技術的運用，包括利用MATLAB、電子表格或者利用高級語言來開發設計選項，許多電路設計提供了SPICE仿真模型，便於讀者對所設計電路進行性能上的模擬驗證。

內容全面：本書既有電子學相關的基礎概念、分析方法，也有電子元器件相關的電路性能、元器件特性、電路分析與設計，內容由淺入深，前後聯接緊密，能夠激發讀者學習興趣，並能啟迪讀者創新。

前言

本書全面講解了現代電子電路設計中的基本技術。通過學習，讀者可以對模擬電路、數字電路及分立元件與集成技術有深入的理解。盡管大多數讀者可能不會從事集成電路設計相關工作，但對於集成電路結構的深入理解，有助於從系統設計的角度深刻認識，從而消除系統設計中的隱患，增強集成電路使用的可靠性。

數字電路是電路設計中的重要領域，但許多電子學入門書籍僅將這部分內容列為補充知識，本書對數字電路和模擬電路部分做了均衡的介紹。本書的創作完成得益於作者在精密數字設計領域多年豐富的工作經歷及多年的教學總結。書中內容涉及範圍廣泛，讀者可以根據需要選擇適當的內容作為兩個學期或者連續3個學期的電子學教材。

本版說明

本版繼續對書中相關資料進行了更新，更利於讀者學習和掌握。除了常規的資料更新外，書中強化了一些概念的講解和改進。

第2章強化了速度飽和的概念。在場效應晶體管章節中增加了Rabaey和Chandrakasan的統一MOS模型的方式，在第6~18章的討論、實例和新設問題中，多次給出速度限制對數字電路和模擬電路的影響分析。

第7章在CMOS邏輯電路設計中介紹了觸發器和鎖存器等基本邏輯電路。近年來，閃存技術發展迅速，第8章重點補充了與閃存相關的存儲技術、主要電路及存在的問題等內容。當前，TTL電路已經被逐步取代，因此在第9章中相應減少了對該電路的介紹，增加了對正射極耦合邏輯電平(PECL)電路的簡短討論，但網上仍可查到書中刪除的電路介紹。

第15章新增了達林頓對的相關內容。第16章改進了偏移電壓計算的方法，修正了帶隙材料的基準。在第17章對FET柵極電阻的討論則映射了在BJT中對基極電阻的討論，同時增加了對互補射極跟隨器頻率響應的擴展討論，也增加了與FET頻率相關的電流增益影響的討論，包括其對源極跟隨器配置的輸入和輸出阻抗的影響。最後，更新了經典和普適的Jones Mixer討論方法。第18章用實例講解了新的偏移電壓計算方法，同時增加了對MOS運算放大器補償的討論。

注：

由於翻譯時將本書拆分成3卷，第1卷《深入理解微電子電路設計——電子元器件原理及應用(原書第5版)》為原書第1~5章，第2卷《深入理解微電子電路設計——數字電子技術及應用(原書第5版)》為原書第6~9章，第3卷《深入理解微電子電路設計——模擬電子技術及應用(原書第5版)》為原書第10~18章。參考文獻和擴展閱讀影印自原書。

本版增加的主要內容還包括：

 至少增加了35%的習題。

 可以從McGrawHill獲得最新的PowerPoint。

 具有流行的自適應學習工具Connect、LearnSmart及SmartBook。

 所有示例採用結構化的問題解決方法。

 修訂和擴展了流行的ElectronicsinAction功能，包括IEEE社團、SPICE的歷史發展、身體傳感器網絡、瓊斯混音器、高級CMOS技術、閃存增長、低壓差分信號(LVDS)和全差動放大器。

每章的開頭都給出了與本章內容相關的電子學發展歷史，能夠加深讀者對該技術發展進程的了解。重點的設計方法高亮顯示以便讓電路設計者重點記憶。萬維網可被看作本書的擴展。

本書具有鮮明的特點，可以歸納如下：

 所有實例均採用了結構性問題求解方法。

 每章都提供了相關的電子應用案例。

 每章開頭都給出了與本章內容相關的電子學領域的重要發展歷程。

 重點強調設計要點，給出了大量的實際電路設計案例。

 本書正文及設計實例中充分利用了SPICE仿真軟件。

 在SPICE中整合了器件模型。

 書中給出了大量的練習、例子及設計實例。

 增加了大量新的習題。

 整合了網站素材。

書中首先介紹了數字電路的部分內容，便於非電子工程專業的學生學習，尤其是計算機工程或計算機科學專業的學生，他們往往只學習電子學系列課程中的第一門課程。

第6章和第7章對NMOS和PMOS邏輯設計進行了全面介紹。第8章介紹了存儲器單元及其周邊電路。第9章給出了有關雙極型邏輯設計的介紹，包含對ECL、CML和TTL的討論。由於MOS工藝的重要性，書中對雙極型邏輯相關內容做了刪減。本書沒有涉及任何有關邏輯模塊層次的設計，因為在數字設計課程中會對此進行全面介紹。

第1~9章僅僅關注的是晶體管的大信號特徵，這樣可以讓讀者在學會將電路拆分成不同模塊(可能是不同結構)進行直流和交流小信號分析之前，對器件特性和電流電壓特性進行深入了解(小信號概念在第13章中正式給出)。

盡管本書涉及數字電路的篇幅比大多數書籍要多，但仍有超過50%的篇幅介紹的是傳統的模擬電路。從第10章開始介紹模擬電路內容。第10章介紹了放大器概念和經典的理想運算放大器電路。第11章對非理想運算放大器進行了詳細討論。第12章給出了大量運算放大器應用實例。第13章全面介紹了二極管、BJT和FET(場效應管)的小信號模型的研究方法，其中BJT和FET採用的是混合π模型和π模型。

第14章對單級放大器設計和多級交流耦合放大器進行了深入討論，對耦合電容和旁路電容設計進行了介紹。第15章討論了直流耦合多級放大器，並介紹了運算放大器的原型電路。第16章繼續介紹集成電路設計中的重要結論，並研究了經典741運算放大器。

第17章研究了晶體管的高頻模型，討論了高頻電路特性的分析，並詳細介紹了用於估算低頻和高頻主極點的重要短路和開路時間常數技術。第18章給出了晶體管反饋放大器的實例，並探討了它們的穩定性和補償，同時還總結了關於高頻LC、負gm和晶體振蕩器的相關討論結果。

設計

在工程師培訓中設計仍然是一個較難的課題。本書定義了非常清晰的問題求解方法，利用該方法可以加深學生對於設計相關問題的理解能力。書中提供的設計實例有助於建立對設計流程的了解。

第6章直接切入與NMOS和CMOS邏輯門設計相關的問題。在整本書中都討論了器件的影響和無源元件的容限問題。當前，由於電池供電的低功耗、低電壓設計變得越來越重要，邏輯設計實例的電源電壓關注更低的電源電壓。同時，本書中一直貫穿著計算機技術的使用，包括利用MATLAB、電子表格或者高級語言來開發設計選項。

在本書的模擬部分一直強調採用設計模擬決策的方法。在任何適合的情況下，都在標準混合π模型表示的基礎上將放大器特性表達式進行了簡化。例如，在絕大多數書中放大器的電壓增益表達式只能寫為|Av|=gmRL，而隱藏了電源電壓作為基本設計變量這一事實。本書中對此表達式進行了改進，將雙極型晶體管的電壓增益近似為gmRL≈10VCC，或將FET的電壓增益為gmRL≈VDD，明確地揭示了放大器設計與電源供電電壓選擇的關係，為共發射極放大器和共源極放大器的電壓增益提供了一種簡單的一階設計估算方法。

第1章結尾處介紹了最差情況分析和蒙特卡洛分析技術。傳統上在本科生課程中並不會包含這些內容，然而，在面臨較多的元器件容限和差異情況下進行電路設計是電子電路設計中需要具備的一項重要技能。在本書給出的例子中對採用標準元器件和給定元器件容限的電路都利用該技術進行了討論，在眾多習題中也包含這一內容。

McGrawHill超鏈接

本版的在線資源包括McGrawHill Connect，這是一個基於網絡的作業和測試平臺，可以幫助學生更好地完成課程作業並掌握重要概念。通過超鏈接，教師可以輕鬆地在線提供作業、測驗和測試，學生可以按照自己的進度和時間表練習重要技能。請向您的McGrawHill代表咨詢更多詳細信息。

McGrawHill SmartBook

SmartBook由智能和自適應LearnSmart引擎提供支持，是目前第一個也是唯一的提供持續自適應閱讀體驗的平臺。通過區分學生所知道的內容和他們最容易忘記的概念，SmartBook為每個學生提供個性化內容。閱讀不再是一種被動和線性的體驗，而是一種引人入勝且充滿活力的體驗，學生更有可能掌握並保留重要的概念，為課堂做好準備。SmartBook包含功能強大的報告，可識別學生需要學習的特定主題和學習目標。這些有價值的報告還可以讓教師深入了解學生如何通過教材內容進行學習，並有助於掌握課堂趨勢，從而集中寶貴的課堂時間為學生提供個性化的反饋及定制評估。

SmartBook如何運作？每個SmartBook包含4個組件： 預習、閱讀、練習和復習。從每章的初步預習和關鍵目標學習開始，學生閱讀材料，並根據他們對練習不斷適應的反應，引導他們實踐最需要的主題，繼續閱讀和練習。SmartBook指導學生復習他們最有可能忘記的內容，以確保學生掌握概念，並記住重要的內容。

電子版教材

教師和學生都可以從CourseSmart購得此書。CourseSmart是一個在線資源，學生可以從中購買完整的電子版在線教材，而花費幾乎是傳統教材的一半。購買電子教材可以讓學生充分利用CourseSmart網絡工具的優勢進行學習，這些工具包括全文搜索、做筆記和高亮。

COSMOS

COSMOS是完整的在線解決方案指導系統，教師可以從McGrawHill的COSMOS電子解決方案手冊中獲益。COSMOS可為任課教師生成多項習題布置給學生，同時還可將教師自己設計的習題傳輸到軟件中，更多信息請聯繫McGrawHill的銷售代理。

計算機利用和SPICE

本書全部採用計算機作為輔助工具，作者堅信這樣做絕對比只採用SPICE電路分析軟件要好。如今的計算機世界中，相比費力地將複雜的方程組簡化成某種易於處理的分析形式，大家通常更願意利用計算機來研究複雜設計問題。書中多處給出了利用計算機，採用電子表格、MATLAB和(或)高級語言程序來建立迭代估算方程的實例。MATLAB還可用於生成奈奎斯特圖和伯德圖，對於蒙特卡洛分析而言非常有用。

另外，書中通篇都有SPICE的使用，SPICE仿真結果全都給出，在習題集中也包含了大量SPICE習題。只要有所幫助，在絕大多數實例中採用了SPICE分析。這一版本仍然強調了SPICE中直流分析、交流分析、瞬態分析及傳輸函數分析模式的區別與使用。在每種半導體器件的介紹之後都對其SPICE模型進行了討論，每種模型都給出了典型的SPICE模型參數。使用SPICE可以輕鬆檢查本書中的絕大多數問題，並建議學生能夠自己尋找答案。

致謝

感謝對本書編寫及籌備做出貢獻的工作者。我們的學生在對原稿的潤色上提供了極大的幫助，並盡力完成了原稿的多次修訂。一直以來，我們的系領導（奧本大學的J.D.Irwin和Mark Nelms,以及弗吉尼亞大學的J.C.Lach），高度支持員工努力寫出更高水平的教材。

感謝所有的審閱和審查人員：

David Borkholder，羅切斯特理工學院

Dimitri Donetski，布法羅大學

Barton Jay Greene，北卡羅來納州立大學

Marian Kazimierczuk，萊特州立大學

JihSheng Lai，弗吉尼亞理工學院和州立大學

Dennis Lovely，新不倫瑞克大學

Kenneth Noren，愛達荷大學

Marius Orlowski，弗吉尼亞理工大學

感謝J.F.Pierce和T.J.Paulus的課堂練習“電子應用”給我們帶來的靈感。Blalock教授多年前就跟隨Pierce教授學習有關電子學內容，至今仍盛贊他們早已絕版的教材中所採用的諸多分析技術。

在Jaeger教授成為佛羅裡達大學Art Brodersen教授的學生之後不久，他很幸運地獲得了Pederson的書，從頭到尾進行了仔細研究。

感謝羅馬尼亞ClujNapoca技術大學的Gabriel Chindris幫助創建NI Multisim示例的模擬。

最後，感謝McGrawHill團隊的支持，包括環球出版社的Raghothaman Srinivasan，產品開發員Vincent Bradshaw,市場經理Nick McFadden,項目經理Jane Mohr。

在本書的寫作過程中，我們盡力將自身在模擬和數字設計領域的業界背景與多年的課堂經驗融合在一起，希望能獲得一定程度的成功。歡迎大家提出建議。

Richard C.Jaeger

奧本大學

Travis N.Blalock

弗吉尼亞大學