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页数:310

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出版时间:2010-5

价格:25.00元

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isbn号码:9787122071255

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深入浅出：晶体管电路设计与实践指南 本书面向对电子技术充满热情，希望系统掌握晶体管电路设计与应用，并能独立完成实用电子项目的中、高级电子爱好者、在校工程技术人员以及初级电子工程师。 本指南摒弃了晦涩的纯理论推导，聚焦于晶体管（特别是BJT和MOSFET）作为有源器件在实际电路中的核心应用。我们相信，真正的理解来源于动手实践和对电路工作原理的透彻把握。 --- 第一章：现代电子学的基石——晶体管的深入解析 本章将重塑读者对晶体管的认知，超越教科书上的简单开关概念，深入理解其作为放大器和开关的内在机制。 1.1 双极性结型晶体管（BJT）的结构、特性与工作区剖析 物理结构与载流子输运： 详细解析PN结的形成、反转层、以及集电极电流是如何被基极电流精确控制的。我们将重点阐述共射、共基、共集三种组态下的电流放大系数 ($eta, alpha$) 及其相互关系。 晶体管的四个工作区： 深入分析截止区、放大区（线性区）、饱和区和反向区的工作状态。重点讲解如何通过输入偏置精确地将晶体管置于放大区的“工作点”（Q点），这是所有线性电路设计的前提。 小信号模型与等效电路： 介绍$pi$模型（混合参数模型）和$T$模型，理解电阻$r_{pi}$、$r_e$（发射极动态电阻）的物理意义及其计算方法。这为后续的放大电路分析奠定基础。 1.2 金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的特性与优势 增强型与耗尽型MOSFET的差异： 详细比较PMOS和NMOS的结构、阈值电压（$V_{th}$）的概念及其对开关速度和功耗的影响。 MOSFET的工作区： 重点讲解MOSFET的截止区、线性区（欧姆区）和饱和区。区分欧姆区与饱和区对电阻和电压控制特性的影响，这是设计开关电源和数字逻辑的基础。 导通电阻$R_{DS(on)}$的意义： 在功率电子和开关应用中，如何通过选择合适的MOSFET型号来最小化导通损耗，实现高效率设计。 --- 第二章：晶体管作为有源元件的放大电路设计 本章是本书的核心，系统讲解如何利用晶体管实现信号的无失真放大，是所有模拟电路设计的基础。 2.1 单级放大器的设计与分析 共射极放大器（CE）： 剖析其高电压增益的来源，设计一个固定偏置和分压偏置电路。详细推导电压增益 ($A_v$)、输入阻抗 ($Z_{in}$) 和输出阻抗 ($Z_{out}$)。 共源极放大器（CS）： 针对MOSFET设计，重点分析其高输入阻抗的优势，并解决米勒效应（Miller Effect）对高频性能的影响。 差分放大器（Common-Mode Rejection）： 引入差分对的概念，解释共模抑制比（CMRR）的意义，并设计一个基础的两输入差分放大电路。 2.2 影响放大器性能的关键因素与优化 频率响应与带宽： 介绍高频（$f_H$）和低频（$f_L$）截止频率的概念，利用开尔文法或波特图初步分析耦合电容和旁路电容对增益的影响。 反馈原理在放大器中的应用： 讲解电压串联反馈（负反馈）如何稳定增益、减小失真并改善输入输出阻抗特性。设计一个基于电阻网络的基本反馈放大器实例。 --- 第三章：晶体管在开关与逻辑电路中的应用 本章将晶体管的应用从模拟领域拓展到数字和开关控制领域，这是现代电子设备控制系统的基础。 3.1 晶体管作为电子开关的实现 开关电路的理想化与非理想化： 深入探讨开关电路中“关断”和“导通”的损耗（$V_{CE(sat)}$和$I_{C(off)}$）。 驱动电路设计： 如何设计足够的驱动电流或驱动电压，确保大功率负载（如继电器、小型电机或LED阵列）能够可靠地被微控制器（MCU）完全开启或关闭。介绍钳位二极管在继电器驱动中的作用。 3.2 基础逻辑门的搭建与TTL/CMOS简介 电阻晶体管逻辑（RTL）与二极管晶体管逻辑（DTL）的演变： 通过搭建最简单的与非门（NAND）和或非门（NOR）电路，理解逻辑运算是如何由晶体管的开关特性实现的。 驱动能力与扇出（Fan-out）： 分析不同逻辑电路结构的负载能力差异，理解为什么现代电子设备最终都倾向于使用CMOS结构。 --- 第四章：振荡器与波形发生电路 理解如何利用晶体管的负反馈（在特定条件下转为正反馈）实现周期性信号的产生，是掌握信号源设计能力的关键。 4.1 基于RC网络的振荡电路 相移振荡器（Phase-Shift Oscillator）： 详细分析RC串联网络如何提供180度相移，以及晶体管的180度反相等效，从而满足正反馈振荡条件。设计一个低频（如音频范围）信号源。 惠斯通电桥与施密特触发器： 介绍如何利用晶体管的饱和与截止特性，设计一个无源器件驱动的方波发生器——施密特触发器，并分析其迟滞电压的计算。 4.2 谐振振荡器基础 电感电容（LC）振荡器简介： 简要介绍Colpitts和Hartley振荡器的工作原理，重点讨论电感和电容元件对输出频率的决定性作用。 --- 第五章：电源稳压与保护电路实践 没有稳定可靠的电源，任何精密的放大或逻辑电路都无法正常工作。本章专注于实用电源管理。 5.1 线性稳压电路的设计与优化 串联调整管（Pass Transistor）的应用： 详细解析线性稳压器（如LDO的前身）中，调整管如何工作在线性区以吸收多余电压。 恒流源电路： 设计一个基于BJT或MOSFET的恒流源（Current Mirror），讲解其在匹配负载、偏置电路和保护电路中的不可替代性。 5.2 晶体管在电路保护中的角色 过流保护（Crowbar Circuit）： 利用两级晶体管实现快速响应的过流保护机制，防止后级电路因短路而烧毁。 电源软启动（Soft Start）： 通过RC时间常数结合晶体管的开关特性，设计电路，确保大容量电容充电时不会产生瞬间大电流冲击。 --- 附录：元器件选型与实用故障排除 本书最后提供了一份实用的选型参考，包括如何根据功率耗散、最大电流、开关速度和封装类型选择合适的BJT和MOSFET。同时，提供了针对放大器和开关电路中常见故障（如漂移、振荡、饱和不良）的快速诊断流程和测量技巧。 本书旨在帮助读者从“知道有晶体管”进阶到“能熟练地利用晶体管解决实际的电子设计挑战”。

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