本书是教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会推荐教材。作为《电路与电子线路基础(电子线路部分)》教程,本书首先引出非线性器件与电路的概念,接下去依次讲述半导体PN结及其代表性器件二极管、双极型晶体管和各种场效应晶体管的器件原理、制造工艺、电路模型和基本电路,进一步讲述多级放大器、反馈放大器、运算放大器和由运算放大器构造的各种电路,晶体管功率放大与处理电路,振荡和频率变换电路,逻辑门电路和模拟数字互相转换电路,最后介绍电子线路的分析、设计与测试。本书可作为高等学校电子电气信息类专业本科生电子线路课程的教材,并建议与《电路与电子线路基础(电路部分)》教程联合使用。
王志功,1973年9月至1981年12月先后在南京工学院(现东南大学)无线电工程系学习、任助教和攻读硕士;1982年1月赴同济大学任教;1984年12月至1990年8月先后在德国波鸿鲁尔大学电子系进修和攻读博士;1990年10月至1997年9月先后在德国弗朗霍夫协会所属的应用固体物理研究所做博士后和任客座研究员;1997年10月作为国务院归国定居专家回国工作,受聘为东南大学无线电系教授,博士生导师,电路与系统学科带头人,领导建立了东南大学射频与光电集成电路研究所,担任所长。
迄今为止已在国际和国家重要会议和核心期刊上发表论文近600篇,其中SCI/EI收录论文400多篇,获得中国和国际发明专利30余项。出版专著3部、译著6部和教材12本。
系复旦大学、华中科技大学、大连理工大学等20多所中国大学以及加拿大Carleton大学和澳大利亚EdittlCowan大学兼职教授。
培养出硕士100余名,博士50名,博士后8名。其中已有8名晋升副教授,8名晋升教授。所创建的研究所已培养出硕士400余名,博士60余名。
1998年获得“国家杰出青年科学基金”。1998—2004年担任国家“863”计划光电子主题专家组专家。2000年荣获教育部长江学者特聘教授。2001年以来担任教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会主任委员。2009年受聘为国务院学位委员会第六届学科评议组电子科学与技术组成员。2011年荣膺“中国侨联特聘专家”,入选“中国电子学会健康物联网专家委员会”。
2003年9月获科技部和教育部等6部联合授予的“留学回国人员成就奖”。2004年6月荣获国务院侨务办公室和全国归国华侨联合会授予的“全国归侨十杰”称号。2006年获“全国五一劳动奖章”和“全国师德标兵”。2013年获“宝钢优秀教师特等奖”。
目前担任本科生“电路”与“电子线路”课程教学,研究生集成电路设计相关课程教学。研究方向包括本专业领域内的数字无线电、数字电视、移动通信和互联网无线接入等系统的射频集成电路、微波毫米波集成电路、光通信用超高速集成电路,以及以受损脊髓神经功能恢复为目标、跨学科的“微电子神经桥”系统研究与动物实验及经络机理和针灸效应研究。
前辅文
第1章 非线性电路概述
1.1 引言
1.2 非线性元件
1.2.1 非线性电阻
1.2.2 非线性电容
1.2.3 非线性电感
1.2.4 非线性器件建模
1.3 非线性电路方程
1.4 小信号分析法
1.5 分段线性优化方法
思考题与习题
第2章 半导体PN结与二极管
2.1 半导体与PN结
2.1.1 半导体与掺杂
2.1.2 N型与P型半导体
2.1.3 PN结的动态平衡
2.1.4 PN结的正向偏置
2.1.5 PN结的反向偏置
2.2 二极管模型
2.2.1 二极管的伏安特性
2.2.2 PN结电容效应
2.2.3 二极管大信号模型
2.2.4 二极管的小信号模型
2.2.5 简单二极管电路的计算方法
2.3 二极管器件的SPICE语句输入格式
2.3.1 半导体器件的SPICE语句描述方式
2.3.2 二极管D的SPICE语句输入格式
2.4 二极管的应用
2.4.1 整流电路
2.4.2 检波电路
2.4.3 限幅电路
2.4.4 二极管的主要参数
2.5 特殊二极管
2.5.1 齐纳二极管
2.5.2 肖特基二极管
2.5.3 发光二极管
2.5.4 激光二极管
2.5.5 光电二极管
思考题与习题
第3章 双端口非线性器件与受控源
3.1 双端口非线性电子器件
3.2 单元电路的隔离
3.2.1 隔离的必要性
3.2.2 隔离器基本结构
3.3 受控电源
3.3.1 受控源电路图
3.3.2 电压控制电压源
3.3.3 电压控制电流源
3.3.4 电流控制电压源
3.3.5 电流控制电流源
3.4 受控源在电路中的基本行为
3.4.1 受控源的放大功能
3.4.2 放大的基本概念
3.5 有源电路的计算
3.5.1 有源电路计算举例
3.5.2 受控源的层次链接
3.6 反馈的基本概念
3.6.1 反馈概念的产生
3.6.2 反馈基本方程式
3.6.3 反馈的组态及判断方法
思考题与习题
第4章 双极型晶体管
4.1 晶体管的发明
4.2 BJT的基本工作原理
4.2.1 PNP型晶体管的基本工作原理
4.2.2 NPN型晶体管的基本工作原理
4.3 BJT的制造工艺
4.4 BJT的电路模型
4.4.1 BJT的Ebers-Moll模型
4.4.2 BJT的小信号等效电路
4.4.3 BJT的Gummel-Poon电路模型
4.4.4 BJT的SPICE输入语句格式
4.4.5 BJT的SPICE模型语句与参数
4.4.6 BJT的极限参数
思考题与习题
第5章 BJT基本电路
5.1 共基极、共发射极和共集电极3种基本组态电路
5.1.1 共基极组态放大电路
5.1.2 共发射极组态放大电路
5.1.3 共集电极组态放大电路
5.1.4 共基极、共发射极和共集电极放大器主要特征比较
5.2 BJT直接耦合基本电路
5.2.1 达林顿连接
5.2.2 NPN型晶体管与PNP型晶体管组合放大器
5.2.3 差分放大器
5.2.4 管联放大器
5.3 电流源及其应用
5.3.1 电流源
5.3.2 电流源的应用
5.4 BJT电压源
5.4.1 产生电压源的基本方法
5.4.2 电压源实用电路
思考题与习题
第6章 场效应晶体管原理、特性与工艺
6.1 结型场效应晶体管
6.1.1 PN结场效应晶体管
6.1.2 金属-半导体结场
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2007年秋,东南大学实施了一项教育创新计划,每学年选拔15名左右优秀高中毕业生组建“高等理工实验班”,尝试以全新模式培养创新性人才。此举对学制、课程设置和教材等诸多教学环节都提出了非常高的要求。
虽然称为“高等理工实验班”,但由于东南大学的理工教育以电子信息学科最具优势,故对这批学生在电子信息基础课程方面的特色教学成为亟待解决的问题。这时,主管教学的副校长郑家茂教授、吴健雄学院院长李久贤教授等邀请我承担“高等理工实验班”电子信息基础课程的改革工作,并担任“电路”与“电子线路”两门课程的主讲,借此实现两门课程的贯通。由此,我被推上了新课程建设的前台。
在我大学毕业后的30多年的教学科研生涯中,早期曾担任过数年本科生“电子线路”的教学工作,后赴德国深造并从事高速集成电路的科学研究,回国后的前10年中,则主要承担集成电路设计方面的教学和科研任务。如何使传统课程的教学适应当代电子工业的实际需要,实现“电路”与“电子线路”的贯通教学,成为我长时间反复思考的问题。下列5个方面为我开展新课程的建设提供了前提和基础:
(1)我的硕士导师沈永朝教授在20世纪90年代初期进行过“电路”与“电子线路”贯通教学的大胆尝试,曾编写过一套讲义。我在这套讲义基础上开始工作,以传承导师的事业。
(2)自2003年始,我作为教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会主任委员,组织了电子电气基础课程5个方向12门课程“教学基本要求”的制订工作。其间,同国内数十名“电路”与“电子线路”教学名师在一起,向他们学习了很多宝贵的知识和经验。两门课程已制订的“教学基本要求”成为我组织新课程和编写新讲义的指南。
(3)从2004年开始,我参加了一年一度的“国家精品课程”的评选工作。在此过程中,我从参评“国家精品课程”的相关材料中也学到不少知识。数门“电路”与“电子线路”方面的“国家精品课程”为准备这本《电路与电子线路基础》提供了很好的借鉴。
(4)10年以来,我主编了6本、翻译了5本集成电路设计方面的教科书,积累了不少资料和知识。我们知道,集成电路技术涵盖半导体理论、材料和工艺、电路特别是电子线路理论和技术。相关的知识为这套《电路与电子线路基础》的编写奠定了基础。
(5)Internet上有一些文献、资料和图片可供参考和选用。
本书的编写应该说是众多传统知识与新技术的一种再结晶的过程。希望这种结晶能够像硅半导体那样,最终产生出千变万化的、集成创新的电子线路。
本套教材本着基础理论与工程技术相结合、电路与电子线路贯通、循序渐进和删繁就简的原则来组织教学内容。全书总的路线是:从简单元件到实际器件,从简单电路到复杂电路,从直流到时变,从线性到非线性,从模拟到数字逻辑和从分析到设计。