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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Behzad Razavi

出品人:

页数:960

译者:

出版时间:2008-01-28

价格:187.45

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471478461

丛书系列:

图书标签:

• 英文原版
• 电子
• IC
• 电气工程
• Microelectronics
• Devices
• Behzad
• Microelectronics
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• Electronics
• Physics
• Engineering

深入浅出：现代电子学基础 本书旨在为致力于理解和掌握当代电子学核心原理的读者提供一份全面、严谨且富有洞察力的入门指南。 我们将避开微电子器件的特定细节，专注于构成所有现代电子系统的基石——电路理论、信号处理基础、以及电磁场的物理学原理。本书的叙事结构旨在构建一个坚实的理论框架，使读者能够从最基本的物理现象出发，逐步推导出宏观的电路行为和系统功能。 第一部分：电与磁的交织——基础物理与元件模型 本部分首先回顾并深化了电荷、电流、电压以及电场和磁场的经典物理学概念。我们不会直接进入半导体PN结的细节，而是将重点放在集总元件模型的建立上。 1.1 电路的数学基础： 详细阐述基尔霍夫电压定律（KVL）和电流定律（KCL）的严格数学推导及其在复杂网络分析中的应用。我们将深入探讨节点的割集（Cut-sets）和回路（Loops）的概念，为后续系统分析奠定拓扑学基础。 1.2 静态电路分析： 欧姆定律的精确表述及其在电阻网络中的应用。重点分析戴维南（Thévenin）和诺顿（Norton）等效电路的推导过程，并展示如何利用这些工具简化大规模线性电路的分析。我们还将探讨功率的精确计算与最大功率传输定理的实际意义。 1.3 储能元件的特性： 对电容和电感进行深入的物理分析。电容不再仅仅是一个$C$值，而是电场能量在介质中存储能力的体现；电感则是电流变化产生的磁场反作用力的量化。我们详细分析了它们在时域下的瞬态响应，特别是一阶RL和RC电路的自然响应和阶跃响应，着重讲解时间常数$ au$的物理意义。 1.4 暂态分析与自然响应： 使用微分方程方法求解二阶RLC串并联电路的响应。我们将分类讨论过阻尼、欠阻尼和临界阻尼三种情况，并解释其在实际系统中（如滤波器和振荡器设计）的应用场景，强调系统稳定性的概念。 第二部分：周期性信号与频率域分析 现代电子系统处理的信号很少是纯粹的直流电，理解信号在不同“速度”下的行为至关重要。本部分将电子学分析从时间域扩展到频率域。 2.1 傅里叶级数与周期信号： 详尽介绍傅里叶级数的数学形式，并展示如何将任意周期性信号分解为其正弦和余弦分量。我们将通过具体实例（如方波、三角波）来计算其谐波内容，强调信号带宽的概念。 2.2 傅里叶变换与非周期信号： 引导读者从周期信号的傅里叶级数过渡到非周期信号的傅里叶变换（FT）。对FT的性质（线性、时移、频移、卷积定理）进行严格证明和应用解释。我们将特别关注$ ext{sinc}$函数在频谱分析中的核心地位。 2.3 系统的频率响应： 定义传递函数（Transfer Function） $H(jomega)$，并阐述其如何描述系统对不同频率信号的放大或衰减作用。通过分析典型的低通、高通网络的伯德图（Bode Plots），直观展示相位和幅度对信号波形的影响。 2.4 拉普拉斯变换的威力： 引入拉普拉斯变换，作为处理初始条件下的非齐次线性微分方程的强大工具。重点讲解复平面$s$域的概念，以及系统在$s$域中的极点（Poles）和零点（Zeros）如何决定系统的稳定性。 第三部分：线性稳态分析与交流电路 本部分专注于处理正弦稳态下的电路分析，即当所有输入信号均为正弦波时的系统行为。 3.1 相量（Phasor）表示法： 介绍使用复数相量来表示正弦信号的幅值和相位，从而将复杂的三角函数运算转化为代数运算。详细说明电容和电感在相量域中的阻抗（Impedance） 表示。 3.2 交流稳态分析技术： 应用相量法，重新审视第二部分介绍的线性电路分析工具（如KVL/KCL、网孔/节点分析），但现在是在复平面上进行。 3.3 谐振电路分析： 深入研究RLC串联和并联电路的谐振现象。详细计算谐振频率、带宽（Bandwidth）和品质因数（Q-factor），解释Q值如何量化电路的选择性。 3.4 互感与变压器原理： 讨论互感现象，分析两个或多个耦合电感线圈之间的能量传递。详细阐述理想变压器的工作原理，包括匝数比与阻抗变换的关系。 第四部分：基础信号处理与系统特性 本部分将前三部分建立的数学工具应用于实际信号处理的抽象模型。 4.1 线性时不变（LTI）系统回顾： 再次强调LTI系统的核心特性——叠加性和时不变性。通过卷积积分，精确描述输入信号与系统冲激响应（Impulse Response）之间的关系。 4.2 滤波器的基本概念： 基于频率响应分析，对线性滤波器进行分类：低通、高通、带通和带阻。着重讨论截止频率和滚降（Roll-off） 的工程含义，而不涉及具体的有源元件实现。 4.3 调制与解调概述： 从信息论的角度，简要介绍将信息加载到载波信号上的基本概念（如AM和FM的数学描述），以及如何通过线性滤波器和非线性处理来恢复原始信息。 4.4 统计信号基础： 引入随机过程的基本概念，包括均值、方差和功率谱密度（PSD）。说明在噪声环境中，如何使用平均功率和相关函数来评估系统的性能。 本书的结构确保了读者在不接触晶体管或集成电路的复杂非线性行为之前，能够完全掌握电子系统分析的数学和物理基础，为后续深入学习任何特定领域的电子学（如通信、控制或器件物理）打下不可动摇的通用基石。

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这本书的优点在于，它并没有将复杂的微电子概念“神化”，而是以一种极其接地气的方式呈现出来。我印象深刻的是关于MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的部分。书中对MOSFET的结构，特别是NMOS和PMOS的详细描述，以及阈值电压、跨导等关键参数的推导，都做得非常到位。我曾一度对场效应晶体管的工作原理感到困惑，但这本书通过生动的插图和循序渐进的讲解，彻底打消了我的疑虑。书中详细解释了MOSFET在不同栅极电压下的沟道形成机制，以及其作为开关和放大器的两种基本工作模式。我对书中关于MOSFET小信号模型的推导过程尤为欣赏，这为后续的模拟电路设计奠定了坚实的基础。书中还深入探讨了MOSFET的各种寄生效应，如沟道长度调制、短沟道效应等，并提出了相应的解决或缓解措施。这让我意识到，实际的MOSFET器件并非理想模型那么简单，而是充满着各种挑战。此外，书中还提供了一些实际的MOSFET电路设计示例，比如简单的放大器和逻辑门，这让我能够更好地理解MOSFET在数字和模拟集成电路中的应用。通过对MOSFET的深入学习，我不仅掌握了其基本工作原理，还对其在现代半导体技术中的重要性有了更深刻的认识。

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《Fundamentals of Microelectronics》这本书，可以说是我在电子工程领域一次非常宝贵的学习经历。它不仅仅是一本教科书，更像是一位耐心的导师，引导我一步步探索微电子世界的奥秘。在对各种器件和电路有了基本了解后，书中还探讨了微电子的测试和可靠性问题。我了解到，确保电子产品在各种环境下都能稳定可靠地工作，需要进行严格的测试和质量控制。书中介绍了不同的测试方法，如功能测试、参数测试和寿命测试，以及常见的失效模式，如氧化层击穿、金属迁移和静电损伤。这让我意识到，一个成功的微电子产品背后，是无数次的测试和改进。此外，书中还简要提到了微电子技术的发展趋势，如摩尔定律的挑战、先进封装技术和新兴材料的应用。这让我对未来微电子领域的发展充满了期待。总而言之，这本书为我提供了一个扎实的微电子基础，并激发了我继续深入学习的动力，我强烈推荐给所有对微电子领域感兴趣的读者。

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《Fundamentals of Microelectronics》这本书，真的是我电子工程学习道路上的“指路明灯”。它的讲解方式非常注重循序渐进，让我在学习过程中很少感到吃力。我最喜欢的一点是，书中不仅介绍了电路的工作原理，还深入探讨了这些原理背后的物理基础。例如，在讲解半导体器件时，书中花了大量篇幅介绍能带理论、费米能级以及PN结中的载流子扩散和漂移机制。这些概念对于真正理解器件的内在特性至关重要。书中对于MOSFET电流-电压特性的推导，清晰地展示了表面势、阈值电压和亚阈值区等概念的物理意义。这种将物理学原理与电子器件工程紧密结合的方式，让我能够更深入地理解为何器件会呈现出特定的行为。同时，书中还引入了SPICE等电路仿真工具的使用，并提供了相应的示例。这让我能够通过实践来验证理论，也为我将来进行实际电路设计和验证打下了良好的基础。这本书让我明白，微电子技术并非空中楼阁，而是建立在扎实的物理学和严谨的工程学基础之上的。

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这本书的优点在于，它并没有将复杂的概念“一次性”呈现出来，而是用一种温和且系统的方式引导读者去理解。在学习最后几个章节时，我感到对整个微电子领域的认识又上升了一个台阶。书中对传感器接口电路和微机电系统（MEMS）的介绍，让我看到了微电子技术在更广泛领域的应用。我了解到，许多物理量，如温度、压力、光和运动，都可以通过微电子器件来感应和转换成电信号。书中对不同类型传感器的基本工作原理进行了概述，比如热敏电阻、压阻式传感器和电容式传感器。此外，书中还简单介绍了MEMS技术，这是一种将机械结构和电子电路集成在同一芯片上的技术，能够制造出微小的传感器、执行器和微型机器人。这些内容让我看到了微电子技术在物联网、医疗健康和汽车电子等新兴领域的巨大潜力。这本书让我明白了，微电子技术并非孤立存在，而是与其他工程学科相互融合，共同推动着科技的进步。

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《Fundamentals of Microelectronics》这本书，真的是一本非常全面且深入的微电子入门读物。它不仅仅是教你如何“做”电路，更重要的是让你理解“为什么”这样做。在学习到电源管理和信号完整性这两个章节时，我感到受益匪浅。书中对DC-DC转换器，如降压（Buck）和升压（Boost）转换器的原理讲解，清晰地展示了如何有效地控制电压的变换。我尤其欣赏书中对脉冲宽度调制（PWM）控制的详细分析，这让我明白了高效电源管理背后的奥秘。同时，书中还讨论了信号完整性问题，包括信号的反射、串扰和时域/频域分析。我了解到，在高速数字电路设计中，保持信号的纯净和时序的准确性是多么重要。书中提供了一些关于PCB（印制电路板）布局和布线的指导原则，以及如何通过阻抗匹配来解决信号反射问题。这些内容对于理解现代电子产品的稳定运行至关重要，也让我认识到，微电子工程不仅仅是器件和电路本身，还包括了系统层面的考量。

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《Fundamentals of Microelectronics》这本书，真的是为我打开了新世界的大门。我原本以为微电子离我生活很远，但这本书让我看到了它无处不在的重要性。在学习完基本的晶体管之后，我迫不及待地想了解它们是如何组合成更复杂的电路的。书中关于组合逻辑和时序逻辑电路的讲解，真的让我感到茅塞顿开。对于数字电路部分，作者并没有直接跳到复杂的芯片设计，而是从最基本的逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）讲起，并详细解释了它们是如何通过晶体管来实现的。我记得书中用非常清晰的图示展示了如何用MOSFET构建出基本的逻辑门，这让我一下子明白了“0”和“1”是如何在硬件层面被实现的。接着，书中进一步介绍了组合逻辑电路，如加法器、多路选择器和译码器，并展示了如何利用布尔代数和卡诺图来简化和设计这些电路。然后，是时序逻辑电路，如触发器（SR, JK, D, T）和寄存器。我特别欣赏书中对触发器状态转移的详细分析，以及它们如何存储信息。通过对这些基本数字电路模块的学习，我开始对计算机的底层工作原理有了更直观的认识，也理解了为何这些电路如此基础但又如此重要。

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这次偶然的机会，我接触到了《Fundamentals of Microelectronics》，说实话，在翻开它之前，我对微电子这个领域只停留在一些模糊的概念层面，感觉离我的日常生活很遥远。但这本书的出现，彻底改变了我固有的认知。它不像某些教材那样，上来就堆砌一堆晦涩难懂的公式和理论，而是循序渐进，从最基础的概念讲起。我记得我最开始就被书中对半导体材料的介绍吸引了。作者花了相当篇幅讲解了硅的晶体结构、载流子（电子和空穴）的概念，以及掺杂是如何改变导电性的。这些看似枯燥的物理知识，在作者生动的笔触下，变得清晰而富有启发性。尤其是在解释P-N结的形成和特性时，书中运用了大量的图示和类比，让我能够非常直观地理解正向偏置和反向偏置下的电流流动机制。这种从微观到宏观，从原理到应用的讲解方式，真的让我感到受益匪浅。我尤其欣赏的是，它并没有止步于概念的讲解，而是很快地将这些基础知识应用到实际的器件模型中，比如二极管和MOSFET。通过对这些基本有源器件的深入剖析，我开始逐渐理解了集成电路中最基本的构建模块是如何工作的。书中的每一个例子都经过精心设计，既能验证理论，又能为后续的学习打下坚实的基础。这种细致入微的讲解，让我在学习过程中很少感到困惑，反而能不断发现新的知识点，并将其与已有的知识融会贯通。

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《Fundamentals of Microelectronics》这本书，真的给了我一种前所未有的学习体验。我通常认为电子工程类的书籍会比较枯燥，但这本书却让我对微电子世界的探索充满好奇。在深入学习的过程中，我特别被书中关于BJT（双极结型晶体管）的讲解所震撼。作者详细阐述了BJT的PNP和NPN结构，以及其作为电流放大器的基本原理。从发射区、基区、集电区的掺杂浓度和厚度差异，到载流子传输和复合过程，每一个细节都被剖析得淋漓尽致。书中用图表和数学模型清晰地展示了BJT的各种工作区域，如截止区、放大区和饱和区，以及相应的电流-电压特性曲线。我特别喜欢书中对BJT输入和输出特性的分析，这对于理解如何设计放大电路至关重要。此外，书中还介绍了BJT的不同配置，如共射、共集和共基放大器，并分析了它们各自的优缺点和应用场景。通过对BJT的系统学习，我开始体会到这些看似简单的三端器件，是如何成为现代电子设备的核心。书中还提供了一些实际的电路应用例子，比如简单的放大电路和开关电路，这让我能够将理论知识与实践联系起来，加深了对BJT工作原理的理解。整体而言，这本书在讲解BJT的部分，非常注重理论的严谨性和应用的实用性，这对于初学者来说是极其宝贵的。

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这本书的另一大亮点是其对模拟电路的讲解，内容深入且易于理解。在对基本器件有了初步认识后，这本书并没有止步于此，而是将目光投向了更复杂的模拟电路设计。我特别欣赏书中对各种放大器类型的详细介绍，从单级放大器到多级放大器，从共射放大器到差分放大器，每个部分都讲得非常透彻。书中对放大器频率响应的分析，包括增益随频率变化的曲线和截止频率的概念，都解释得非常清晰。我记得书中还详细讲解了反馈的概念，以及负反馈如何稳定放大器性能、增加带宽和减小失真。这对理解为何许多复杂的模拟电路能够稳定工作至关重要。此外，书中还涉及了运算放大器（Op-Amp）的理想模型和实际应用，这让我看到了运算放大器在各种滤波器、积分器和微分器电路中的强大作用。通过对这些模拟电路的学习，我逐渐意识到，尽管数字电路在现代计算中占据主导地位，但模拟电路在信号处理、传感器接口和电源管理等领域仍然不可或缺。这本书让我对模拟电路的复杂性和精妙性有了全新的认识，也激发了我进一步探索这个领域的兴趣。

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这本书在讲解过程中，非常注重理论与实际的结合，这一点让我印象深刻。我原以为微电子只是理论知识的学习，但这本书让我看到了它在实际应用中的巨大价值。书中对集成电路（IC）的基本结构和制造工艺的介绍，虽然不涉及非常详细的工艺细节，但足以让我对芯片的“诞生”过程有一个大致的了解。从晶圆制造、光刻、刻蚀到金属互连，每一步都充满了精密的工程技术。书中还介绍了不同类型的集成电路，如数字IC、模拟IC和混合信号IC，并分析了它们各自的特点和应用领域。我特别喜欢书中关于CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的部分，这是一种当前最主流的集成电路制造技术，书中详细解释了CMOS的反相器是如何构建的，以及其低功耗的优势。通过对CMOS技术的学习，我才真正理解了为何现代电子设备能够如此高效和集成化。书中还提及了一些集成电路设计中的挑战，如功耗、性能和可靠性等问题，这让我对这个领域有了更全面的认识。

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拉扎维也许不是模拟大师，但肯定是写书大师。这么多年从工业界到学术界，从专著一直写到大学课本，RF，数据转换，光通信，射频，cmos，总之，模拟电路的方方面面都被他写了。国内很早就着手翻译这本书，但不知怎么回事，迟迟不见踪影。都说模拟是本科四大天书，感觉太抽象，初学的时候就没搞懂过，考研时不敢选为复试题目，作为学电子的，深感愧疚。上研后花了一个寒假的时间跟着Berkeley的Wu.Ming 老师的视频把EE105学了一遍，边看打印的ppt边听讲，受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

拉扎维也许不是模拟大师，但肯定是写书大师。这么多年从工业界到学术界，从专著一直写到大学课本，RF，数据转换，光通信，射频，cmos，总之，模拟电路的方方面面都被他写了。国内很早就着手翻译这本书，但不知怎么回事，迟迟不见踪影。都说模拟是本科四大天书，感觉太抽象，初学的时候就没搞懂过，考研时不敢选为复试题目，作为学电子的，深感愧疚。上研后花了一个寒假的时间跟着Berkeley的Wu.Ming 老师的视频把EE105学了一遍，边看打印的ppt边听讲，受益匪浅。

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